專利名稱：硅電容壓力傳感器提高過載能力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器制造， 一種提高硅電容壓力傳感器過壓能力的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
電容差壓傳感器是一種新型的差壓、壓力傳感器，其核心檢測(cè)部件把外加的兩個(gè)不 同壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為各個(gè)相應(yīng)的電容變化，后部檢測(cè)電路則把電容的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，對(duì) 該電信號(hào)進(jìn)行處理檢測(cè)就可以得到外加壓力值。
壓力傳感器通常是工作在規(guī)定的量程范圍內(nèi)。但在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境中，或者是工 作環(huán)境的具體條件要求，或者是傳感器安裝時(shí)意外情況的出現(xiàn)，可能導(dǎo)致壓力傳感器的加 壓力超過傳感器量程范圍。對(duì)較高量程的傳感器來說，壓力傳感器過載時(shí)候受到的壓力相 對(duì)較高，這種情況對(duì)壓力傳感器的過載能力是比較嚴(yán)酷的。按要求壓力傳感器不能損壞或 者性能變差，所以為應(yīng)付這種實(shí)際情況，要求壓力傳感器必須有一定的抗過載能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，利用成熟的硅微機(jī) 械加工及腐蝕技術(shù)，在玻璃的固定極板上加工出限位結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)。
這種提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，釆用陽極鍵合工藝將三塊板組裝而成， 其特征在于固定極板上有限位結(jié)構(gòu)，通過位于兩固定極板中間的硅中心極板的可動(dòng)電極實(shí) 現(xiàn)過載限位；兩玻璃的上、下固定極板相對(duì)內(nèi)側(cè)腐蝕區(qū)預(yù)留出限位點(diǎn)，可動(dòng)極板與限位點(diǎn) 端面之間有間隙；在傳感器的量程工作范圍內(nèi)，可動(dòng)極板6不會(huì)碰到限位點(diǎn)8，當(dāng)外加工 作壓力超過正常量程后，中心可動(dòng)極板6由于位移加大，會(huì)與限位點(diǎn)8接觸，此時(shí)存在于 中心可動(dòng)極板和固定上、下極板之間的兩個(gè)電容發(fā)生相應(yīng)的變化，通過外部電路檢測(cè)出兩 電容的這種變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)外加壓力的測(cè)量；如果外加壓力再增加，則可動(dòng)極板6由于被限 位點(diǎn)8抵住而不再發(fā)生移動(dòng)，從而限位點(diǎn)8的存在實(shí)現(xiàn)了對(duì)可動(dòng)極板6的過載限位保護(hù)。
本發(fā)明提出的硅電容壓力傳感器過載限位設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案未見到公開報(bào)道。
當(dāng)外加工作壓力超過正常量程后出現(xiàn)過載時(shí)候，本發(fā)明采用下極板中的限位點(diǎn)限制 電容極板中的可動(dòng)極板位移量的辦法，并且設(shè)計(jì)硅中心極板的可動(dòng)電極的過載時(shí)受到的集 中應(yīng)力可以小于硅極板的極限應(yīng)力，從而保證了過載時(shí)傳感器不被壓力損壞，同時(shí)滿足調(diào) 整靈敏度和過載限位保護(hù)的矛盾要求。


3圖1本發(fā)明硅電容壓力傳感器示意圖； 圖2是硅電容壓力傳感器裝配前多層結(jié)構(gòu)示意圖；
具體實(shí)施例方式
提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，采用陽極鍵合工藝將三塊板組裝而成，如 圖1所示，其特征在于由上至下為玻璃的固定上極板l、硅中心極板2、玻璃的固定下極 板3，上極板1和下極板3為相同結(jié)構(gòu)，上、下固定極板l、 3中有限位點(diǎn)8及槽底的金 屬電極9，通過硅中心極板2中的可動(dòng)電極6的實(shí)現(xiàn)過載限位；當(dāng)外加工作壓力通過導(dǎo)壓 引出電極孔4作用于可動(dòng)電極6處，導(dǎo)致可動(dòng)電極6在外加壓力下發(fā)生位移，此時(shí)存在于 可動(dòng)極板6和固定極板1、 3之間的兩個(gè)電容C1、 C2發(fā)生相應(yīng)的變化，通過外部電路檢測(cè) 出電容C1、 C2的這種變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)外加壓力的測(cè)量；在傳感器的量程工作范圍內(nèi)，可動(dòng) 極板6不會(huì)碰到限位點(diǎn)8，當(dāng)外加工作壓力超過正常量程后，中心可動(dòng)極板6由于位移加 大，會(huì)與限位點(diǎn)8接觸，如果這時(shí)外加壓力再增加，則可動(dòng)極板6由于被限位點(diǎn)8抵住而 不再發(fā)生移動(dòng)，從而限位點(diǎn)8的存在實(shí)現(xiàn)了對(duì)可動(dòng)極板6的過載限位保護(hù)。
限位結(jié)構(gòu)玻璃的上、下固定極板l、 3結(jié)構(gòu)相同，相對(duì)的各外表面有引出電極5及 中心通透的電極孔4，上極板1和下極板3相對(duì)內(nèi)側(cè)中心都有的間隙7為腐蝕后形成的槽， 槽內(nèi)腐蝕區(qū)有預(yù)留出的突出的限位點(diǎn)8、槽底有金屬電極9，槽的深度則根據(jù)傳感器的輸 出靈敏度要求具體確定。限位點(diǎn)8勻布在電極孔4的圓周外，其上端面與固定極板l、 3 表面處于同一平面。
圖2中可見硅中心極板2和其中心中的可動(dòng)極板6，采用腐蝕技術(shù)將硅中心極板2 兩面對(duì)稱減薄厚度，加工后的中心區(qū)即是可動(dòng)極板6，會(huì)隨壓力膨起或凹陷，組裝后與上、 下極板l、 3的限位點(diǎn)8均有間隙。
權(quán)利要求
1、一種提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，采用陽極鍵合工藝將三塊板組裝而成，其特征在于上、下固定極板上均有限位點(diǎn)，通過位于兩固定極板中間的硅中心極板的可動(dòng)電極實(shí)現(xiàn)過載限位；兩玻璃的上固定極板(13)、下固定極板相對(duì)內(nèi)側(cè)腐蝕區(qū)預(yù)留出限位點(diǎn)(8)，可動(dòng)極板(6)與限位點(diǎn)(8)端面之間有間隙；在傳感器的量程工作范圍內(nèi)，可動(dòng)極板(6)不會(huì)碰到限位點(diǎn)(8)，當(dāng)外加工作壓力超過正常量程后，中心可動(dòng)極板(6)由于位移加大，會(huì)與限位點(diǎn)(8)接觸，此時(shí)存在于中心可動(dòng)極板和固定上、下極板之間的兩個(gè)電容(C1)、(C2)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過外部電路檢測(cè)出兩電容的這種變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)外加壓力的測(cè)量；如果外加壓力再增加，則可動(dòng)極板(6)由于被限位點(diǎn)(8)抵住而不再發(fā)生移動(dòng)，因限位點(diǎn)(8)的存在實(shí)現(xiàn)了對(duì)可動(dòng)極板(6)的過載限位保護(hù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，其特征在于玻璃的上、下固定極板(l)、 (3)結(jié)構(gòu)相同上極板(1)和下極板(3)相對(duì)內(nèi)側(cè)中心腐蝕區(qū)都有預(yù)留出的突出的限位點(diǎn)(8)、限位點(diǎn)(8)勻布在電極孔(4)的圓周外，限位點(diǎn)(8)上端面與上固定極板(l)、下固定極板(3)表面處于同一平面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，其特征在于相同結(jié)構(gòu)的玻璃上極板(1)和玻璃下極板(3)中的間隙(7)為玻璃極板腐蝕后形成的槽，槽底有金屬電極(9)，槽的深度則根據(jù)傳感器的輸出靈敏度要求具體確定。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，其特征在于玻璃的固定上極板(1)和下極板(3)的外表面中心有玻璃引出電極(5)，電極(5)中心有通透的電極孔(4)。
全文摘要
提高硅電容壓力傳感器過載能力的方法，采用陽極鍵合工藝將三塊板組裝而成，其特征在于上、下固定極板上均有限位點(diǎn)，通過位于兩固定極板中間的硅中心極板的可動(dòng)電極實(shí)現(xiàn)過載限位；兩玻璃的上固定極板(13)、下固定極板相對(duì)內(nèi)側(cè)腐蝕區(qū)預(yù)留出限位點(diǎn)(8)，可動(dòng)極板(6)與限位點(diǎn)(8)端面之間有間隙；在傳感器的量程工作范圍內(nèi)，可動(dòng)極板(6)不會(huì)碰到限位點(diǎn)(8)，當(dāng)外加工作壓力超過正常量程后，中心可動(dòng)極板(6)由于位移加大，會(huì)與限位點(diǎn)(8)接觸，此時(shí)存在于中心可動(dòng)極板和固定上、下極板之間的兩個(gè)電容發(fā)生相應(yīng)的變化，通過外部電路檢測(cè)出兩電容的這種變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)外加壓力的測(cè)量；如果外加壓力再增加，則可動(dòng)極板(6)由于被限位點(diǎn)(8)抵住而不再發(fā)生移動(dòng)，因限位點(diǎn)(8)的存在實(shí)現(xiàn)了對(duì)可動(dòng)極板(6)的過載限位保護(hù)。本發(fā)明采用下極板中的限位點(diǎn)限制電容極板中的可動(dòng)極板位移量的辦法，保證了過載時(shí)傳感器不被壓力損壞，同時(shí)滿足調(diào)整靈敏度和過載限位保護(hù)的矛盾要求。
文檔編號(hào)G01L9/12GK101476960SQ20091001019
公開日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者劍 劉, 石 匡, 娜 張, 張治國(guó), 穎 李 申請(qǐng)人:沈陽儀表科學(xué)研究院