[发明专利]一种圆柱形结构一体式谐振压力传感器

说明书

本发明公开了一种圆柱形结构一体式谐振压力传感器，涉及传感器领域，尤其涉及一种圆柱形结构一体式谐振压力传感器，用于解决现有现有技术下石英谐振压力传感器敏感元件和结构之间采用粘贴方式带来的易老化、难定位、存在温度漂移、应力集中和量程小的问题，本发明包括敏感元件和传感器主体，所述敏感元件全部由石英构成，包括元件本体，谐振晶片和第一通孔，所述元件本体为空心圆柱体结构，所述元件本体的顶部设有水平截面的施力平台，所述元件本体的底部设有水平截面的固定平台，所述元件本体的正面中心开设有第一通孔，所述第一通孔中心设有与元件本体相连的谐振晶片，本发明具有结构线性度更好，量程大，解决了偏载问题的优点。

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种圆柱形结构一体式谐振压力传感器。

背景技术

目前市面上的压力传感器不外乎压阻式，压电式或者谐振式；压阻式压力传感器的敏感单元是压敏电阻，其特点为当外界压力作用于压敏电阻上引起阻值发生改变，通过测定输出电压值的变化换算出外部压力的大小。该类传感器的缺点是温漂严重，且长时间使用易产生蠕变效应，故应用精度要求低静态力的测试。压电式传感器采用压电石英或陶瓷材料，该类传感器的最大特点压电系数高，Q值高故测试精度高；但是是能测试动态力。最近几年谐振式压力传感器越来越受到关注，采用压电谐振元器件制作而成，同谐振元器件的频率变化感知外界力的大小，其特点直接数字频率信号输出，且精度较上述两种高，另外该类传感器既能测试静态的力同时还可以测试动态的力；在较高精度力测试情况下备受关注。

在制作上述传感器时面临最大的问题是，敏感元件与结构之间的安装问题。过往的做法是通过粘贴的方式将二者连接在一起，这样的做法会存在以下几点问题：

1、胶点的连接会导致传感器长期稳定性。由于胶会随着外界的温度的影响已经长期老化必将导致敏感元件与结构间的粘合力出现问题。

2、胶点的连接无法控制敏感器件与结构之间的粘合力，其结果每个器件中敏感器件的预应力大小不一致，必将导致最终产品的一致性非常差无法批量生产。

3、点胶过程中很难保证敏感器件与结构之间的定位关系。

4、由于胶点，结构和敏感元器件三者之间的材料不同，其热膨胀系数也不同，当外界温度发生变化时，其传感器的温度漂移无法控制。瑞士奇士乐也提出一体式结构，但是结构中仍然存在晶片与金属结构的连接，因此无法避免两种材料不同温度膨胀系数导致传感器的温飘问题。

发明内容

本发明的目的在于:为了解决上述问题，本发明提供一种圆柱形结构一体式谐振压力传感器，采用全石英结构的构型，谐振晶片的切型与结构框架一致，整个结构是一体式，不存在胶点连接，具有量程大，易批量生产，结构定位准确，不存在温度漂移、应力集中和偏载问题的优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种圆柱形结构一体式谐振压力传感器，包括敏感元件和传感器主体，所述传感器主体包括基座、引线、底板和外接线，所述底板上设有放大电路，所述敏感元件固定于基座中，所述敏感元件和放大电路通过引线电连接，所述外接线与放大电路电连接，其特征在于，所述敏感元件全部由石英构成，包括元件本体，谐振晶片和第一通孔，所述元件本体为空心圆柱体结构，所述元件本体的顶部设有水平截面的施力平台，所述元件本体的底部设有水平截面的固定平台，所述元件本体的正面中心开设有第一通孔，所述第一通孔中心设有与元件本体相连的谐振晶片。

进一步地，所述元件本体的结构尺寸中，空心圆柱体壁厚为4.70～4.80mm，外径为13mm～15mm。

进一步地，所述第一通孔呈圆柱形贯穿于元件本体的正面中心，所述第一通孔的内径为8.5mm～9.0mm。

进一步地，所述谐振晶片的厚度为0.200mm～0.210mm，包括受力片和连接片，所述受力片对称的两端延伸出两片连接片，所述连接片与第一通孔内壁无缝连接。