[发明专利]内置平衡腔室的薄膜隔离型表压传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种表压式压力传感器，特别是一种带有大气压自动补偿的内置平衡腔室的薄膜隔离型表压传感器。它可广泛应用于海洋环境（如：潮汐观测、海啸预警、海洋科学观察、舰船安全及自动化）及在有酸碱强腐蚀介质、易燃易爆介质、阴暗潮湿、相对于大气低温介质等场所的液位、压力测量和控制。

背景技术

现有多种（硅蓝宝石、扩散硅、陶瓷应变片、金属应变片、电容等等）表压式压力传感器，其外壳和正压端都可以做到耐腐蚀和严格的防护性。但是上述表压传感器中外连电路板连接座上的大气压参考端完全对大气开放的，易结露和腐蚀。这是因为在平衡大气压的同时，空气必然在传感器内、外进行交换，所以在气温变化，被测介质温度变化或大气压变化时，会造成传感器内部结露；大气压参考端形成液柱，作用于传感器背面，造成不确定的负压产生，容易使量程误差无规律变化。特别是投入式液位传感器，在导大气的空心电缆大于或等于量程时，会与整个量程相比较，影响测量的准确性。当液体侵入、灰尘侵入、有害气体（诸如HF、HCl、盐雾、易燃易爆物质）侵入时，轻者，传感器信号变的极不稳定，失效，损坏，重者，则易造成恶性事故。因此，对现有表压传感器进行大气参考压端的结构改进和防护十分必要。

据相关专利文献报导，具有代表性的表压传感器方面的专利主要为：

申请公布号为CN102356307A的“具有真空电介质的电容性表压传感器”。它记载的是将电容的一个极板，制作在绝缘体上，如陶瓷体。将此载有金属电极板的绝缘体，用一薄金属环支撑焊接在压力作用下能发生弹性形变的测量电极上，两电极形成的平行腔体抽成真空，构成真空电容，用真空来保护电容的一个电极。并特别强调支撑被封入真空的电极的薄金属环片，必须比用于测量的能在压力作用下发生形变的金属电极要薄、要软。这样，这个薄金属环片，在大气压变化时，整个传感器变化最大不会小于|±6%|（相对于1个大气压）。他们用的是真空保护传感器的电容电极，不能防止水气和尘埃进入传感器的参考压端，即传感器的背面。大气压对传感器有很大影响，严重降低传感器测量精度。

授权公告号为DN203337312U的“具有防水通气结构的表压传感器”。其公开的结构特点是：在传感器外壳上开多个毛细孔。在传感器与环境相比处于低温——结露情况下，外部水气在传感器壳上结露时（从外边结露时），利用水滴具有表面张力的特点，利用在毛细孔处形成的水珠向内表面张力，不让水向传感器里边流，其前题是在理想的隔离传感器与外界环境的条件下。但是，如果此传感器用于火箭燃料仓上，火箭竖起后，环境比较潮湿时，传感器里边已充满潮气，再加注液氧等低温燃料，那么传感器从里结露结冰，里边水气已凝结产生负压，外部潮气、空气必然补充，继续结露结冰！一般科普知识让我们知道，1份水完全变成气，要扩张到1200倍。反之，如果当时空气湿度为50%RH，那么要进入壳体内的潮湿空气可以进入好多。只要有一点水凝结，传感器就足以失效。如果传感器不能正常使用，那么火箭也就危险了！因此，现有的大气参考压端开放的表压传感器受其结构的限制，根本无法达到理想的技术效果。

现有的大气压参考端开放的表压式压力传感器，其大气压参考端的开放问题，是人们一直想解决而难以克服的老大难问题。这样的传感器精度再高，也不能在有水气或相对于大气低温介质、腐蚀性气氛、大量尘埃等场所很好地实现正常使用。以常见的硅蓝宝石表压式、扩散硅表压式等压力传感器为例，如果不考虑造价、结构复杂程度、外观大小，现有的表压传感器，在大气参考压端也可以像正压测量端那样，带有感压金属膜片，内部也真空充填隔离介质，一般充硅油。但是，结构和工艺复杂，体积太大，价格高到几倍至几十倍，且限制使用场合。因此，人们主要采用以下解决措施：