專利名稱:壓力傳感器以及安裝壓力傳感器的方法
本發(fā)明涉及一種壓力傳感器及其安裝方法，該傳感器用于檢測(cè)輸入應(yīng)變儀反端的流體壓力，本發(fā)明涉及的壓力傳感器尤其適用于控制傳動(dòng)系統(tǒng)或懸掛系統(tǒng)的流體壓力，并同樣適于控制施工機(jī)械的運(yùn)行。
現(xiàn)有的傳統(tǒng)式壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)是將外殼密封在一個(gè)玻璃托架上，這個(gè)托架通過陽極焊接固定在半導(dǎo)體應(yīng)變儀上。
例如，這種傳感器曾于1972年10月10日以“半導(dǎo)體壓力傳感器結(jié)構(gòu)”為標(biāo)題在美國專利第3，697，919號(hào)上公布。
在該項(xiàng)先有技術(shù)中，玻璃托架是用楔形密封墊與外殼密封的，其方法是用楔形密封墊的楔形內(nèi)壁固定玻璃托架，這個(gè)密封墊是面對(duì)著外殼的楔形內(nèi)壁的。楔形密封墊的楔形內(nèi)壁必須沿著它的軸線方向加長。因?yàn)?，如果楔形密封墊的楔形內(nèi)壁偏短的話，測(cè)量壓力所導(dǎo)致的應(yīng)力集中作用于外殼內(nèi)壁的小塊面積上。半導(dǎo)體應(yīng)變儀必須和楔形密封墊的楔形內(nèi)壁離開，以避免器壁的固定應(yīng)力。因此，該先有技術(shù)的玻璃托架沿軸線方向采取了長結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)小型壓力傳感器及其安裝方法。
本發(fā)明的特點(diǎn)是，安裝在半導(dǎo)體應(yīng)變儀上的玻璃基座，或稱玻璃托架是采用玻璃熔合方法由玻璃基座底部的管形金屬構(gòu)件支撐的，并且，管形金屬構(gòu)件的凸緣是靠塑性流質(zhì)加工的方法使用金屬箍體固定在外殼上的。
根據(jù)本發(fā)明，由于使用玻璃熔合方法將管形金屬構(gòu)件固定在玻璃基座的底部，所以不必使用先有技術(shù)中展示的長結(jié)構(gòu)玻璃基座，即可避免由測(cè)量壓力引起的對(duì)外殼的集中壓力和對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)變儀的集中壓力。因此，本發(fā)明能夠達(dá)到其預(yù)定目的。
圖1是根據(jù)本發(fā)明展示的壓力傳感器的局部剖面正視圖，圖2的剖面圖展示了固定應(yīng)變器部分的詳圖。
參看圖1，壓力傳感器10有一金屬外殼12，在圖中以大致的T形剖面圖表示，還有一個(gè)罩蓋16，以嵌塞方式固定在外殼12上。罩蓋16配有導(dǎo)線14。金屬外殼12有一伸出部分18，在伸出部分18的外圓周表面形成螺紋20，借助螺紋20，在壓力源上安裝壓力傳感器10。金屬外殼12的中央部位有一個(gè)沿軸線延伸的壓力輸入孔22。金屬外殼12中的壓力輸入孔的端面50在金屬外殼12中形成的外殼截口24處擴(kuò)展開。
杯形彈性金屬筒26被固定在外殼截口24上，同時(shí)，玻璃基座28被固定在彈性金屬筒26中，玻璃基座28的一端有一壓力測(cè)量孔30，該孔被固定在玻璃基座28的同一端上的半導(dǎo)體應(yīng)變儀32所覆蓋。
從圖2中可以看到，彈性金屬筒26在其邊端形成凸緣34，并緊挨著玻璃基座28的輸入孔。在彈性金屬筒26的另一端是承受玻璃基座28的底座36。底座36的底部有一底孔38，它將壓力輸入孔22和壓力測(cè)量孔30接通。
彈性金屬筒26的凸緣34緊壓在容座臺(tái)40上，容座臺(tái)40位于金屬外殼12的外殼截口24的內(nèi)圓周表面。正如從圖2中可以看到的，在容座臺(tái)40上部的外殼截口24的內(nèi)圓周表面形成了很多耦合螺紋42。螺紋的螺距和深度分別為0.15至0.3毫米和0.05至0.15毫米。金屬箍44置于彈性金屬筒26的凸緣34上。金屬箍44適于用來壓在外圓周部分，例如，將凸緣34壓在容座臺(tái)40上。由于壓力的作用，金屬箍44在46處局部地凹入，并且，箍體的一部分實(shí)際上已塑入耦合螺紋42，以使金屬箍44牢固地耦合于鋼制的金屬外殼12。玻璃基座28的底端用玻璃密封劑48密封式地熔合于彈性金屬筒26。
本實(shí)施例的壓力傳感器10可按照下述過程生產(chǎn)。
第一步，將玻璃基座28插入彈性金屬筒26中，并通過熔化玻璃密封劑48將其密封地熔合于后者之上。制作彈性金屬筒26的材料最好具有近似于玻璃基座28的熱膨脹系數(shù)。例如，使用硼硅酸玻璃制造玻璃基座28時(shí)，便使用鐵鎳鈷合金，即柯伐合金制造彈性金屬筒26。
然后，將半導(dǎo)體應(yīng)變儀32置于與彈性金屬筒相耦合的玻璃基座28上，并用陽極焊接技術(shù)將應(yīng)變儀32與玻璃基座28連為一體。此后，將彈性金屬筒26插入金屬外殼12的外殼截口24，金屬外殼12是用預(yù)先制作的模具澆鑄而成的。將金屬箍44插入外殼截口24，并置于凸緣34之上，用環(huán)形壓力工具壓迫金屬箍的外緣(這種環(huán)形壓力工具圖中未予展示)例如，通過所述凸緣部位施加每平方毫米80至95公斤的模槽壓力，致使金屬箍44的材料產(chǎn)生塑性變形。凸緣34的上面和下面可加放密封件。
金屬箍44最好用軟金屬制作，以便易于塑性變形。這類軟金屬是銅、鋁、銀-銅合金，銀-Su-銅合金等等。
用金屬箍44將彈性金屬筒26固定在金屬外殼12上之后，即可安裝電線，并將罩蓋16固定于金屬外殼12上。
壓力傳感器10裝配完成以后，半導(dǎo)體應(yīng)變儀32不產(chǎn)生變形，并可避免由于熱傳導(dǎo)引起的半導(dǎo)體應(yīng)變儀內(nèi)阻抗的任何變化。此外，由于是依靠金屬箍44材料的塑性變形而將彈性金屬筒26固定在金屬外殼12上的，因而不必?fù)?dān)心密封玻璃48的損壞，任何由于熱而引起的密封玻璃的軟化和變形都可避免。彈性金屬筒26是由凸緣34固定在金屬外殼12上的，而且其制作材料具有近似于玻璃基座28的熱膨脹系數(shù)，所以它對(duì)熱影響表現(xiàn)足夠高的阻抗。
密封在壓力輸入孔22和壓力測(cè)量孔30中的油，作為壓力測(cè)量的對(duì)象通過金屬外殼12中的壓力輸入孔22進(jìn)入壓力測(cè)量孔30，以使油壓作用于半導(dǎo)體應(yīng)變儀32的反端，由此避免半導(dǎo)體應(yīng)變儀表面的污染。玻璃基座28和彈性金屬筒26之間的密封熔合由玻璃密封劑48完成，同時(shí)，金屬箍44靠緊耦合力的作用耦合到金屬外殼12上，該緊耦合力是金屬箍44耦合到金屬外殼12中形成的耦合螺紋上時(shí)所產(chǎn)生的材料塑性變形而產(chǎn)生的。同時(shí)，彈性金屬筒26的凸緣34和容座臺(tái)40緊密接觸。由于這些原因，本實(shí)施例的壓力傳感器能夠區(qū)別氣密壓力阻抗和對(duì)熱與振動(dòng)的阻尼。
為了證實(shí)壓力傳感器10中相鄰部分之間的熔合和耦合的可靠性而進(jìn)行了耐久性試驗(yàn)，將傳感器置于-40和+150攝氏度的熱/冷循環(huán)以及10公斤/平方厘米的壓力循環(huán)中。結(jié)果，證實(shí)了它具有足夠高的可靠性。
權(quán)利要求
1.壓力傳感器包括，一個(gè)通過壓力輸入孔引入測(cè)量壓力的外殼；一個(gè)封閉在所述外殼中，并被壓力測(cè)量孔貫穿的玻璃基座；以及一個(gè)覆蓋在所述壓力測(cè)量孔一邊上，并以陽極焊接技術(shù)固定于所述玻璃基座一端的應(yīng)變儀；其特征在于還包括一個(gè)由玻璃熔合方法連接在所述玻璃基座另一端的管形金屬構(gòu)件，以及一個(gè)固定于所述外殼的所述管形金屬構(gòu)件上的凸緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所定義的壓力傳感器，其特征在于，所述外殼具有一個(gè)在所述外殼的內(nèi)圓周表面上形成的容座臺(tái)，用于安裝所述凸緣;還具有一個(gè)使用所述箍的塑性流質(zhì)加工技術(shù)而固定在所述容座臺(tái)的內(nèi)圓周表面上的金屬箍，該金屬箍將所述凸緣夾在所述箍與所述容座臺(tái)表面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所定義的壓力傳感器，其特征在于，所述管形金屬構(gòu)件由鐵-鎳-鈷合金制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所定義的壓力傳感器;其特征在于，所述玻璃基座由硼硅酸玻璃制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2所定義的壓力傳感器，其特征在于，所述外殼由鋼制成，而所述箍由銅制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2所定義的壓力傳感器，其特征在于，所述箍被固定在所述臺(tái)的內(nèi)圓周表面，而其內(nèi)圓周部分不觸及所述玻璃基座。
7.根據(jù)權(quán)利要求
2所定義的壓力傳感器，其特征在于，對(duì)所述箍施加80至95公斤/平方毫米的壓力而將其通過所述凸緣部分固定在所述外殼上。
8.根據(jù)權(quán)利要求
2所定義的壓力傳感器，其特征在于，所述箍在圓盤上形成，所述臺(tái)在沿著其外圓周的很多螺紋上形成，并且，所述螺紋的螺槽距和紋深分別為0.15至0.3毫米和0.05至0.15毫米，其中，所述箍經(jīng)塑性流質(zhì)加工耦連到所述螺紋中。
9.安裝壓力傳感器的方法包括，第一步，用陽極焊接技術(shù)將應(yīng)變儀固定在有一貫穿壓力測(cè)量孔的玻璃基座的一端;第二步，將所述玻璃基座的另一端固定在外殼上，這個(gè)外殼靠壓力輸入孔引入測(cè)量壓力。其特征在于進(jìn)一步包括，第一步，在將所述應(yīng)變儀固定于所述玻璃基座的一端之前，用玻璃熔接技術(shù)將管形金屬構(gòu)件連接在所述玻璃基座的另一端;第二步，利用所述箍的塑性流質(zhì)加工技術(shù)將一金屬箍固定于所述外殼的內(nèi)圓周表面上形成的容座臺(tái)，當(dāng)所述玻璃基座被固定于所述外殼時(shí)，所述箍將所述凸緣置于所述箍與所述臺(tái)的平面之間。
專利摘要
用玻璃熔接方法將管形金屬構(gòu)件的凸緣耦連到玻璃基座上。在這個(gè)玻璃基座上的應(yīng)變儀和一個(gè)外殼的外殼截口中形成的容座臺(tái)相接觸。同時(shí)，在外殼截口中壓入一個(gè)金屬箍，從而使箍體材料的一部分產(chǎn)生塑性變形，以耦連到外殼截口的內(nèi)圓周表面所形成的耦合螺紋上，從而實(shí)現(xiàn)外殼與金屬箍的耦連。
文檔編號(hào)G01L9/04GK85105619SQ85105619
公開日1987年3月4日 申請(qǐng)日期1985年7月23日
發(fā)明者武田誠次郎, 市川范男, 鶴岡一廣 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan