高溫藍寶石壓力變送器的製作方法

2024-01-28 01:24:15 1

專利名稱：高溫藍寶石壓力變送器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工業過程檢測與控制系統中，對高溫介質進行檢測，並將測得的壓力信號進行放大、補償、轉換成標準的電信號所使用的一種高溫藍寶石壓力變送器。
背景技術：
國內目前的壓力變送器主要是矽壓阻式壓力變送器，該產品採用IS0技術即在N型矽襯底上外延生長一層P型矽並通過IC微電子擴散，光刻技術製成所需的電阻條，構成力敏電橋，這種產品由於是P-N結隔離，所以產品對溫度影響非常敏感，而且抗幹擾能力較差，經過溫度補償後，工作溫度只能在-20-+70℃範圍，而不能在更寬的高溫、低溫環境下工作，而且壓力量程小於60MPa，否則性能特性急劇變壞。如在許多工業領域對大於120℃的高溫和-60℃超低溫介質的壓力檢測十分困難，對蒸氣、高溫油脂，空調壓縮機氟等矽壓阻式壓力變送器由於工作溫度範圍小，漂移大而不能使用。
實用新型內容本實用新型的目的在於，避免現有產品中的不足之處，提供一種以藍寶石傳感器做為力敏元件的壓力變送器，以提高壓力變送器在高溫和低溫環境中工作的性能，滿足自動化檢測和控制的需要。
為了解決矽壓阻式壓力變送器不能檢測大於120℃的高溫和-60℃超低溫壓力介質問題，本實用新型提供一種高溫藍寶石壓力變送器，該產品不僅可以測量大於120℃-350℃的高溫和-60℃超低溫介質，而且還可測量0-4Kpa-200MPa很寬範圍內的腐蝕性介質。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種高溫藍寶石壓力變送器，包括傳感器、散熱器、大規模專用信號調理電路和溫度補償電路，所述傳感器為矽-藍寶石壓力傳感器，傳感器的應變效應由矽異質外延在藍寶石膜片上產生。
所述大規模專用信號調理電路設置在變送器線路板上，採用兩線制變送器模塊IC，模塊的輸入端2、14、5腳與藍寶石傳感器輸出相接，模塊的輸出10腳接變送器的正電源端，13腳作為變送器的信號輸出端。
所述矽-藍寶石傳感器密封安裝在變送器金屬外殼中部，外殼前端設金屬散熱片，金屬散熱片下段設一安裝六方，傳感器上方設一補償板，補償板上方設一線路板，線路板與傳感器內引線連接，外殼與金屬焊接面焊接成為一個整體。
本實用新型能夠精確可靠的檢測寬範圍0～4KPa～200MPa壓力介質在高溫120～350℃和超低溫-60℃環境下工作，體積小巧，安裝使用方便。


圖1是本實用新型剖面結構示意圖。
圖2是本實用新型電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型採用藍寶石做力敏元件的襯底彈性膜片，其上外延生長一層矽單晶，將矽單晶用微電子光刻工藝刻蝕成所需的電阻條，構成力敏電橋，由於無P-N結隔離及藍寶石自身良好的彈性及絕緣性，和對溫度變化不敏感的特性與矽的高靈敏度及鋼度巧妙的結合在一起，可以承受-65℃-350℃的超低溫工作環境，並且有強抗輻射能力和優良的非線性、遲滯、重複性，而且可靠性很高。藍寶石壓力傳感器的應變效應由矽異質外延在藍寶石膜片上產生，並由鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片雙膜片結構組成，被測壓力傳遞到接收膜片上，在壓力作用下，鈦合金接收膜片產生形變，該形變被藍寶石敏感元件感知後，其電橋輸出發生變化，並與被測壓力成正比。
矽-藍寶石壓力傳感器7通過晶片與芯座間無應力封接和芯座與腔體間金屬焊接，將傳感器7密封安裝在變送器金屬外殼2中部，外殼2前端設有金屬散熱片4，傳感器7上方裝一補償板6，補償板6上方裝一線路板3，線路板3與傳感器內引線9連接，外殼2與金屬焊接面8焊接成為一個整體。
本實用新型的大規模專用信號調理電路設置在變送器線路板3上，採用兩線制變送器模塊IC，模塊的輸入端2、14、5腳與藍寶石傳感器7輸出相接，模塊的輸出10腳接變送器的正電源端，腳13為變送器的信號輸出端。
給變送器通一工作電壓，當介質壓力傳遞到藍寶石傳感器7上，與壓力成正比輸出的傳感器電信號經過補償板6溫度補償電路，線路板3信號放大電路，零位，滿度校準電路和電壓/電流轉換電路處理，輸出工作標準的4-20mA電流信號。同時傳遞到傳感器晶片上的溫度通過金屬散熱片，對介質溫度得到進一步降低，使其性能更穩定。
霍斯曼插座1起電連接和IP65防護作用並與其它二次儀表相接，安裝六方5為方便安裝時使用。
其主要技術參數如下量程0～4KPa～200MPa表壓，絕壓非線性≤0.1％FS、遲滯≤0.06％FS重複性≤0.05％FS綜合精度0.1％溫度範圍-65℃～150℃～350℃電壓12V～36V DC輸出4～20mA二線制溫度漂移(溫補範圍-40～+80℃)0.01％FS/℃～0.03％FS/℃，長期穩定性≤0.1％/年。
權利要求1.一種高溫藍寶石壓力變送器，包括傳感器、散熱器、大規模專用信號調理電路和溫度補償電路，其特徵在於所述傳感器為矽-藍寶石壓力傳感器(7)，矽-藍寶石傳感器(7)密封安裝在變送器金屬外殼(2)中部，外殼(2)前端設金屬散熱片(4)，傳感器(7)上方設一補償板(6)，補償板(6)上方設一線路板(3)，線路板(3)與傳感器內引線(9)連接，外殼(2)與金屬焊接面(8)焊接成為一個整體。
2.根據權利1所述的高溫藍寶石壓力變送器，其特徵在於所述大規模專用信號調理電路設置在變送器線路板(3)上，採用兩線制變送器模塊IC，模塊的輸入端2、14、5腳與藍寶石傳感器(7)輸出相接，模塊的輸出10腳接變送器的正電源端，腳13為變送器的信號輸出端。
3.根據權利要求1所述的一種高溫藍寶石壓力變送器，其特徵在於所述藍寶石膜片由鈦合金測量膜片和鈦合金接收膜片雙膜片構成。
專利摘要高溫藍寶石壓力變送器，包括傳感器、散熱器、大規模專用信號調理電路和溫度補償電路，所述傳感器為矽－藍寶石壓力傳感器，傳感器的應變效應由矽異質外延在藍寶石膜片上產生。大規模專用信號調理電路設置在變送器線路板上，採用兩線制變送器模塊IC，本傳感器密封安裝在變送器金屬外殼中部，外殼前端設金屬散熱片，傳感器上方設一補償板，補償板上方設一線路板，線路板與傳感器內引線連接。本實用新型能夠精確可靠的檢測寬範圍0～4KPa～200MPa壓力介質在高溫120～350℃和超低溫－60℃環境下工作，體積小巧，安裝使用方便。
文檔編號G01L1/18GK2898795SQ20052010593
公開日2007年5月9日 申請日期2005年12月15日 優先權日2005年12月15日
發明者李存德 申請人:天水華天微電子有限公司