專利名稱：納米壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)變式納米壓力傳感器，它屬于特種電子元器件。
在航天飛行器、飛機(jī)、艦船、戰(zhàn)車、坦克等裝備上，在油田勘測、井下壓力測量、發(fā)動機(jī)及液壓機(jī)械以及供排水裝置的壓力測量等工程中，都需要使用壓力傳感器。目前，應(yīng)變式壓力傳感器有三種類型，第一種是采用有機(jī)膠將應(yīng)變箔片粘貼在壓力腔的彈性膜片上，由于有機(jī)膠老化產(chǎn)生蠕變的影響，壓力傳感器的穩(wěn)定性和可靠性差，電氣性能隨溫度變化較大，工作溫度范圍窄；第二種是采用絲網(wǎng)印刷方法，將應(yīng)變材料印刷在壓力腔的彈性膜片上，這種傳感器的精度不高，工作溫度范圍窄；第三種是采用薄膜工藝，將應(yīng)變材料沉積在壓力腔的彈性膜片上，這種傳感器穩(wěn)定性有明顯提高，可靠性也較好，工作溫度范圍較上述二種傳感器有所加寬，但生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成品率很低、價(jià)格昂貴。
本實(shí)用新型的目的就是要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種應(yīng)用納米應(yīng)變材料，采用絲網(wǎng)印刷、壓制或原子搬遷方法，將納米應(yīng)變材料涂覆在壓力腔彈性體膜片上而制成的一種性能優(yōu)良、精度高、長期穩(wěn)定性好、工作溫度范圍寬、抗惡劣環(huán)境的新型納米壓力傳感器。
為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型由引壓嘴、圓杯形納米應(yīng)變敏感元件、內(nèi)引線裝置、電路元件板、外引線裝置、外罩等組成，其特征是壓力敏感元件是采用作用不同的納米材料制成，圓杯形敏感元件的底部是壓力腔的彈性膜片，膜片上有三層納米材料涂層，第一層涂覆納米二氧化硅(SiO2)或金屬氧化物如三氧化二鋁(Al2O3)；第二層涂覆納米鎳鉻(Ni-Cr)合金材料；第三層涂覆納米二氧化硅(SiO2)或三氧化二鋁(Al2O3)材料，各層之間的界面處的納米原子互相擴(kuò)散、熔合形成牢固的夾層結(jié)構(gòu)，夾層的外表面上采用集成電路光刻工藝、微細(xì)加工技術(shù)制作而成電橋臂的四個納米應(yīng)變電阻，這四個納米應(yīng)變電阻構(gòu)成了壓力敏感元件，當(dāng)流體介質(zhì)的壓力通過引壓嘴進(jìn)入壓力腔并作用在敏感元件上，四個納米應(yīng)變電阻阻值發(fā)生變化，電橋失出平衡，輸出與壓力成正比的電信號，以達(dá)到檢測介質(zhì)壓力的目的。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明

圖1為本實(shí)用新型納米壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為本實(shí)用新型圖1的圓形杯納米應(yīng)變敏感材料夾層結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型圖2夾層上部應(yīng)變納米電阻位置示意圖。
圖4為本實(shí)用新型圖3的四個應(yīng)變電阻構(gòu)成的電橋示意圖。
如圖1、2、3、4所示，本實(shí)用新型是由引壓嘴(1)、圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)、內(nèi)引線裝置(3)、電路元件板(4)、外引線裝置(5)、外罩(6)組成；圖1中的引壓嘴(1)與圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)焊接構(gòu)成壓力腔，內(nèi)引線裝置(3)焊在圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)頂部外側(cè)壁上；電路元件板(4)通過三個螺釘固定在圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)頂部外圓周上的三個定位孔上；外引線裝置(5)的引線一端焊接在電路元件板(4)上，另一端焊接在外罩(6)的航空插座上；外罩(6)與引壓嘴(1)密封焊接，成為一個整體。
圖3中的圓杯形納米應(yīng)變敏感元件是由金屬(或陶瓷)制成的圓形杯狀體，其底端是彈性體膜片，在它的外表面上涂覆三層納米材料，第一層是4μm(微米)厚的納米SiO2或Al2O3材料，它作為敏感元件的電氣隔離層；第二層是600nm(納米)厚的納米Ni-Cr合金材料，它作為應(yīng)變電阻材料，構(gòu)成電橋臂的四個應(yīng)變電阻；第三層是200nm(納米)厚的SiO2或Al2O3材料，它對電橋臂的四個納米應(yīng)變電阻起保護(hù)、鈍化作用。
圖3是圖2中三層納米材料夾層，經(jīng)光刻工藝，微細(xì)加工工藝制作的四個納米應(yīng)變電阻的示意圖，即R1、R2、R3、R4。
圖4是圖3涂層上制作的四個納米應(yīng)變電阻構(gòu)成的電橋連接示意圖，電阻上箭頭方向表示受壓發(fā)生應(yīng)變后，電阻值增加或減少的情況。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的當(dāng)被測介質(zhì)(液體、氣體)的壓力通過引壓嘴進(jìn)入壓力腔后，壓力作用在圓杯形壓力敏感元件的彈性體上，彈性體發(fā)生形變，引起電橋臂上的應(yīng)變電阻阻值發(fā)生變化，電橋失去平衡，從而輸出與壓力成正比的電信號，以實(shí)現(xiàn)對被測介質(zhì)壓力的測量；電路元件板(4)是一種通用的溫度和線性度補(bǔ)償電路，電橋的輸出信號經(jīng)過電路元件板(4)處理后，其線性度和溫度特性能得到很好的補(bǔ)償與校正。
本實(shí)用新的特點(diǎn)是采用納米材料制作壓力傳感器，傳感器的精度高0.05％F.S-0.1％F.S；長期穩(wěn)定性好0.1％F.S/年；工作溫度寬低溫-100℃、高溫300℃；同時(shí)具有動態(tài)性能好，可靠性高，抗震動，耐沖擊，能承受電磁輻射等優(yōu)良特點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種納米壓力傳感器，它由引壓嘴(1)、圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)、內(nèi)引線裝置(3)、電路元件板(4)、外引線裝置(5)、外罩(6)組成，其特征是所述引壓嘴(1)與圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)焊成一體，購成壓力腔；
2.如權(quán)利要求書1所述的納米壓力傳感器，其特征是圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)是由金屬(或陶瓷)制作而成的一個圓形杯狀體，其底部作為敏感元件的彈性體，它的外表面涂覆三層不同作用的納米材料，第一層是4μm(微米)厚的納米SiO2或Al2O3材料，它起電氣隔離作用；第二層是600nm(納米)厚的納米Ni-Cr合金應(yīng)變材料，用來構(gòu)成電橋四個納米應(yīng)變電阻；第三層是200nm(納米)厚的納米SiO2或Al2O3材料，它對四個納米應(yīng)變電阻起保護(hù)、鈍化作用；當(dāng)液體或氣體介質(zhì)的壓力通過引壓嘴(1)進(jìn)入壓力腔并作用在圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)的敏感彈性體上，使之發(fā)生形變，其臂上的納米應(yīng)變電阻阻值發(fā)生變化，電橋失出平衡，輸出與壓力成正比的電信號；
3.如權(quán)利要求書1所述的納米壓力傳感器，其特征是內(nèi)引線裝置(3)焊接在圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)的頂部外側(cè)壁上；
4.如權(quán)利要求書1所述的納米壓力傳感器，其特征是電路元件板(4)用三個螺釘固定在圓杯形納米應(yīng)變敏感元件(2)的頂部外圓周上；
5.如權(quán)利要求書1所述的納米壓力傳感器，其特征是外引線裝置(5)的引線一端焊在電路元件板(4)上，另一引線端焊在外罩(6)的航空插座上；
6.如權(quán)利要求書1所述的納米壓力傳感器，其特征是外罩(6)與引壓嘴(1)密封焊接成一體。
專利摘要一種納米壓力傳感器,它由引壓嘴、圓杯形納米應(yīng)變敏感元件、內(nèi)引線裝置、電路元件板、外引線裝置、外罩組成,其特征是:引壓嘴與圓杯形納米應(yīng)變敏感元件構(gòu)成壓力腔。起隔離、應(yīng)變、鈍化作用的納米材料涂覆在敏感元件彈性體的外端面,通過光刻、微細(xì)加工等現(xiàn)代技術(shù)形成電橋的四個應(yīng)變電阻,當(dāng)介質(zhì)的壓力進(jìn)入壓力腔后,電橋的四個納米應(yīng)變電阻發(fā)生變化,電橋失出平衡,輸出與壓力成正比的電信號。本實(shí)用新型具有高精度、高可靠性、高穩(wěn)定性、寬溫度適用范圍、耐惡劣環(huán)境等優(yōu)良性能。
文檔編號G01L1/22GK2483705SQ01235210
公開日2002年3月27日 申請日期2001年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月31日
發(fā)明者安志超, 楊彪, 雷衛(wèi)武 申請人:湖南長沙索普測控技術(shù)有限公司