厚膜壓力傳感器的制造方法
【專利摘要】一種厚膜壓力傳感器，包括：金屬基體、介質(zhì)層、厚膜應變電阻、導帶、焊盤、絕緣保護層，其特征在于所述金屬基體為厚膜應變傳感器的彈性體，在金屬彈性體上面設置介質(zhì)層，在介質(zhì)層上布置厚膜應變電阻、導帶、焊盤，所述的厚膜應變電阻通過導帶和焊盤連接成惠斯通電橋，厚膜應變電阻、導帶和焊盤上印燒有絕緣保護層。本實用新型的優(yōu)點是介質(zhì)層和厚膜應變電阻直接印燒在金屬彈性體上，性能穩(wěn)定，厚膜壓力傳感器溫度系數(shù)小，工作溫度和量程范圍寬，厚膜工藝成熟，金屬基體價格低廉。
【專利說明】厚膜壓力傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種測量元件，特別涉及一種厚膜壓力傳感器的結(jié)構。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)基于厚膜的應變壓力傳感器的彈性體都是采用陶瓷材料(Al2O3, 96% )陶瓷材料有較好的絕緣性、機械強度和耐高溫性，適應應變傳感器的一般要求，但是，陶瓷基體的壓力傳感器至少有以下不足:
[0003]I)陶瓷材料是非金屬材料，由于陶瓷材料加工工藝的限制，基于陶瓷彈性體的壓力傳感器在二次封裝時只能采用裝配結(jié)構，易產(chǎn)生裝配應力，傳感器的性能精度得不到保證；
[0004]2)由于陶瓷是脆性材料，韌性差，因而陶瓷彈性體的壓力傳感器只能應用于較低壓力的測量，且其抗過載能力較低，而在高量程高過載有瞬時壓力沖擊的應用環(huán)境下，陶瓷彈性體顯然不滿足要求。
[0005]3)由于陶瓷彈性體本身材料特性，導致傳感器在氣密性封裝上不能采用焊接工藝。市場上常見的陶瓷傳感器都采用O形圈密封，例如美國Senseta公司的陶瓷傳感器。但是O形圈密封存在兩方面的問題，一是有些腐蝕性的壓力傳遞介質(zhì)對O形圈有腐蝕作用，導致傳感器失效，即使介質(zhì)對O形圈沒有腐蝕作用，O形圈也會隨時間的推移發(fā)生老化；另外，O形圈容易破損，長時間工作會產(chǎn)生變形，并且耐高溫性能差，這些不足最終都會導致傳感器的失效。
[0006]綜上所述，對于一般要求較低的場合，基于陶瓷基體的壓力傳感器是可以適用的，而對于應用條件苛刻的領域，如航空航天，大型工程機械等領域，其顯然不滿足要求，從而使厚膜應變傳感器應用領域受到了限制。而金屬基體的厚膜傳感器，由于金屬本身的特性，使其滿足苛刻條件下的使用要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本實用新型的目的是針對已有技術中存在的缺陷，提供一種厚膜壓力傳感器的結(jié)構。本實用新型包括:金屬基體、介質(zhì)層、厚膜應變電阻、導帶、焊盤、絕緣保護層，其特征在于所述金屬基體為厚膜應變傳感器的彈性體，在金屬彈性體上設置介質(zhì)層，在介質(zhì)層上布置厚膜應變電阻、導帶、焊盤，所述的厚膜應變電阻通過導帶和焊盤連接成惠斯通電橋(Wheatstone bridge),所述的厚膜應變電阻、導帶和焊盤上設置有絕緣保護層。
[0008]本實用新型的厚膜壓力傳感器的制造方法:在金屬彈性體上通過絲網(wǎng)印刷和厚膜工藝制作有介質(zhì)層，介質(zhì)層是采用絲網(wǎng)印刷和厚膜燒結(jié)工藝制作在金屬彈性體上，厚膜應變電阻、導帶、焊盤是采用絲網(wǎng)印刷和厚膜燒結(jié)工藝制作在介質(zhì)層上。
[0009]本實用新型的優(yōu)點是介質(zhì)層和厚膜應變電阻直接印制在金屬彈性體上，通過高溫燒結(jié)，和金屬彈性體牢固地結(jié)成為一體。因此，厚膜壓力傳感器避免了常用的應變式傳感器因使用粘接劑粘貼應變電阻所引起的蠕變和遲滯，性能更為穩(wěn)定。同時，厚膜壓力傳感器工作溫度范圍寬(可以在一 50°C至200°C下正常工作)，溫度系數(shù)小(一般小于100ppm/°C)，可測壓力大(最高可達280MPa)，性能優(yōu)良，可靠性高，厚膜工藝成熟，金屬基體價格低廉，這都為金屬基厚膜壓力傳感器大規(guī)模應用創(chuàng)造了良好的條件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1本實用新型實施例一的結(jié)構示意圖；
[0011]圖2本實用新型實施例二的結(jié)構示意圖；
[0012]圖3本實用新型實施例一與例二中的厚膜電阻與導線布置示意圖
[0013]圖中:1金屬基體、2介質(zhì)層、2a第一層介質(zhì)層、2b第二層介質(zhì)層、2c第三層介質(zhì)層、3為厚膜電阻導線與焊盤層、3a厚膜應變電阻、3b厚膜調(diào)阻電阻、3c焊盤、4絕緣保護層。
【具體實施方式】
[0014]實施例一
[0015]下面結(jié)合附圖進一步說明本實用新型的實施例:
[0016]參見圖1和圖3，本實用新型由金屬基體1、介質(zhì)層2、厚膜電阻導線與焊盤層3、厚膜應變電阻3a、厚膜調(diào)阻電阻3b、焊盤3c、絕緣保護層4組成。金屬基體I為厚膜應變傳感器的彈性體，在金屬彈性體上設置介質(zhì)層2，在介質(zhì)層2上布置厚膜應變電阻3a、焊盤3c、導帶。金屬彈性體的材料為鐵素體不銹鋼，如430不銹鋼，也可以采用航空合金，如哈斯特鎳合金(hastalloy)、inconel合金等。該傳感器和厚膜陶瓷傳感器相比，除了具備其具有的一切優(yōu)勢外，其還具有更高的可靠性，更穩(wěn)定的輸出特性，更具競爭力的制造成本，更大的壓力范圍與抗壓力過載能力。金屬彈性體上通過絲網(wǎng)印刷和厚膜工藝制作有介質(zhì)層2，通過絲網(wǎng)印刷和厚膜工藝在介質(zhì)層2上制作有4個對稱分布的厚膜應變電阻3a、兩個厚膜調(diào)阻電阻3b、導帶、焊盤3c，所述的厚膜應變電阻3a通過導帶和焊盤連接成半開環(huán)的惠斯通電橋(Wheatstonebridge),所述的厚膜應變電阻3a和導帶上印燒有絕緣保護層4。
[0017]金屬彈性體I上通過絲網(wǎng)印刷和厚膜工藝制作有介質(zhì)層2，介質(zhì)層2是采用絲網(wǎng)印刷和厚膜燒結(jié)工藝制作在金屬彈性體I上的，厚膜應變電阻3a、厚膜調(diào)阻電阻3b、導帶、焊盤3c是采用絲網(wǎng)印刷和厚膜燒結(jié)工藝制作在介質(zhì)層2上，介質(zhì)層的具體工藝包含以下步驟:
[0018]a)選用165-325目的絲網(wǎng)在不銹鋼基體上印刷介質(zhì)漿料，總厚度80_90微米；
[0019]b)印刷品在室溫下放置3-10分鐘，直到網(wǎng)紋消失；
[0020]c)印刷品在1450C _150°C的溫度下干燥10分鐘；
[0021]d)在850°C _860°C的峰值溫度燒結(jié)10-12分鐘。
[0022]在本實施例中，介質(zhì)層2是通過分層印刷然后燒結(jié)到金屬基體I的，根據(jù)不同的介質(zhì)漿料，有兩種印燒順序:
[0023](I)印刷第一層厚介質(zhì)漿料2a并烘干后，立刻燒結(jié)，然后再按重復工藝印燒第二層2b和第三層2c，一般至少印燒三層。每一層介質(zhì)漿料的印燒厚度約為28-30微米。
[0024](2)印刷第一層厚介質(zhì)漿料2a并烘干后，暫不燒結(jié)，然后再按重復工藝印刷在第一層2a上印刷第二層2b和第三層2c，一般至少印刷三層，每一層介質(zhì)漿料的印燒厚度約為28-30微米，然后將印刷的多層漿料一起燒結(jié)。
[0025]所述厚膜應變電阻3a、調(diào)阻電阻3b、導帶、焊盤是采用絲網(wǎng)印刷和厚膜燒結(jié)工藝制作在介質(zhì)層2上，厚膜應變電阻3a和厚膜調(diào)阻電阻3b的具體工藝步驟為:
[0026]e)選用165-325目的絲網(wǎng)在介質(zhì)層2上印刷厚度22_25微米厚膜電阻漿料；
[0027]f)印刷品在室溫下放置3-10分鐘，直到網(wǎng)紋消失；
[0028]g)印刷品在1450C _150°C的溫度下干燥10分鐘；
[0029]h)在850°C -860°C的峰值溫度燒結(jié)10-12分鐘。
[0030]實施例二
[0031]實施例二與實施例一相同，所不同的是4個焊盤的其中一個焊盤被制作成剖開的形式，剖開處間距I?2毫米，厚膜調(diào)阻電阻短接在惠斯通電橋外。介質(zhì)漿料不是分層印刷或者燒結(jié)的，而是一次性地印燒到金屬基體上的，厚度為80-90微米，參見圖2。
【權利要求】
1.一種厚膜壓力傳感器，包括:金屬基體、介質(zhì)層、厚膜應變電阻、導帶、焊盤、絕緣保護層，其特征在于所述金屬基體為厚膜應變傳感器的彈性體，在金屬彈性體上設置介質(zhì)層，在介質(zhì)層上布置厚膜應變電阻、厚膜調(diào)阻電阻、導帶、焊盤，所述的厚膜應變電阻通過導帶和焊盤連接成惠斯通電橋，所述的厚膜應變電阻、導帶和焊盤上設置有絕緣保護層。
2.根據(jù)權利要求1所述的厚膜壓力傳感器，其特征在于所述金屬彈性體為鐵素體不銹鋼或航空合金。
3.根據(jù)權利要求1所述的厚膜壓力傳感器，其特征在于所述的厚膜調(diào)阻電阻短接在惠斯通電橋外。
4.根據(jù)權利要求1所述的厚膜壓力傳感器，其特征在于所述的焊盤的其中個焊盤被制作成剖開的形式，剖開處間距I?2毫米。
【文檔編號】G01L9/04GK203940944SQ201420240364
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權日:2014年5月12日
【發(fā)明者】劉勝, 王小平, 李凡亮, 吳登峰, 曹萬 申請人:劉勝