[发明专利]电极单端悬浮的电容压力传感器

说明书

一种电极单端悬浮电容压力传感器，解决了动、定电极的材料膨胀系数不同引起的测量误差的问题。其技术要点是：动电极采用恒弹性金属制作的双面镀贵金属层的薄膜动电极；定电极绝缘体采用蓝宝石单晶制作的蓝宝石绝缘体，下夹持悬浮座、上夹持焊环、双面镀贵金属层的薄膜动电极和动电极刃口焊口相互结合构成动电极单端悬浮结构体；管式电极、蓝宝石绝缘体、钎焊层、连体屏蔽环和定电极悬浮外壳相互固定构成定电极单端悬浮结构体，动、定电极单端悬浮结构体通过刃口焊接在一起。其结构简单，设计合理，使温度漂移大幅减小，显著提高测量精度，与同样量程及用途的同类产品相比，完全避免测量介质温度变化及机械冲击对动、定电极的膨胀系数不匹配的影响。

技术领域

本发明涉及一种电容压力传感器，特别是一种动电极和定电极的一端都呈自由状态的电极单端悬浮的电容压力传感器。尤其适用于对有一定腐蚀性介质的微小压力、绝对微小压力的高可靠性、高精度测量。

背景技术

目前的基于平行板电容原理的电容压力传感器，对于微小压力、绝对微小压力测量呈优势。为了能测量有一定腐蚀性的介质，动电极往往要选用耐腐蚀恒弹性合金制作，甚至还要在耐腐蚀恒弹性合金薄膜上镀金等耐腐蚀物质；定电极的绝缘体，一般选用玻璃、陶瓷、α-Al₂O₃(蓝宝石)等恒弹性绝缘体制造。这样，动电极如果是Inconel X-750时，在 0℃～150℃范围内，膨胀系数为14×10^-6/℃；定电极绝缘体用95陶瓷制作时，在0℃～ 150℃范围内，膨胀系数为7.0×10^-6/℃。两者相差了1倍。国际上美国MKS公司的有代表性的产品就选用这些材料制造。如图3～4所示，包括动电极13、定电极95陶瓷绝缘体 14，带引压口的支座15，兼外壳的上夹持环16，导电螺栓17，平垫18，螺母19，玻璃封电极20，锥形弹簧21，吸气剂室22，碟形压簧23，金属复合管24，上盖25，压簧下垫片 26，三足垫片27、聚酯膜层28、测量电极29、参考电极30、测量电极导电螺栓孔31、参考电极导电螺栓孔32等件。其定电极95陶瓷绝缘体14呈平面，在两平行面上，用厚膜电路工艺制作出了厚膜的测量电极29、参考电极30，利用导电螺栓17、平垫18、螺母19，将绝缘体正面参考电极30与测量电极29引到背面的欧姆接触膜层上，制作了定电极；用 Inconel X-750，制作20μm(对于0.1Torr量程的真空规)厚的薄膜动电极。薄膜动电极靠用同样Inconel X-750合金制作的动电极兼外壳的上夹持环16与带引压口的支座15两个配件夹持焊接固支。定电极95陶瓷绝缘体14，靠碟形弹簧23、压簧下垫片26、三足垫片 27，压封在动电极兼外壳的上夹持环16上。定电极95陶瓷绝缘体14与外壳间留有一定间隙，相对于间隙，定电极95陶瓷绝缘体14不一定是中心对称的。与薄膜动电极13间留有 200μm左右的间隙，留给薄膜动电极13受压形变用。定电极95陶瓷绝缘体14与薄膜动电极13之间垫有4mm左右的Inconel X-750叠加区。固定施压碟形弹簧23的上盖25是焊接在动电极兼外壳的上夹持环16上的。上盖25上焊有抽真空用的内铜外不锈钢的金属复合管 24，当参考室抽到高真空后，用机械压封此管，实现密封；上盖25上焊有吸气剂室22，室内充以高温激活吸气剂；上盖25上焊有两个玻璃封电极20，玻璃封电极20上分别固定有锥形弹簧21，靠压力接触定电极95陶瓷绝缘体14上的参考电极30与测量电极29的欧姆接触膜层，实现电容的电学导通。