[发明专利]采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器

说明书

本发明涉及一种采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器，包括定、动电极单端悬浮结构体，其技术要点是：定电极为一体式金属定电极，其由盘状金属下结构体和柱状金属上结构体组成，柱状金属上结构体的上端外周利用含金的银铜合金焊料钎焊有蓝宝石环，蓝宝石环的外周与定电极悬浮外壳顶部开设的通孔利用含金的银铜合金焊料钎焊在一起，定电极悬浮外壳和金属定电极分别采用与蓝宝石环的热膨胀系数相同或匹配的恒弹性合金制作而成，定电极悬浮外壳和金属定电极表面镀金。解决了动、定电极的材料膨胀系数不同引起的测量误差的问题，而且真空度的形成和稳定性好，极大的提高了生产效率，降低了生产成本。

技术领域

本发明涉及一种用于测量微小压力、绝对微小压力的电容压力传感器，特别是一种采用金属定电极的电极单端悬浮型电容压力传感器，尤其适用于有一定腐蚀性的介质的微小压力、绝对微小压力的高可靠性、高精度测量。

背景技术

众所周知，基于平行板电容原理的电容压力传感器，对于测量微小压力和微小绝对压力，特别是测量有一定腐蚀性的介质，具有绝对优势。美国MKS公司是这类产品的主要垄断商，且对华限制出售。由于这类以耐腐蚀恒弹性合金制作的薄膜动电极，焊接固支薄膜动电极的焊座及外壳，在200℃范围内的热膨胀系数，为（12～14）×10^-6/℃，而目前能用的刚性绝缘材料，最适用、常用的是95陶瓷，在200℃范围内的热膨胀系数为6.6×10^-6/℃。与动电极及固支动电极的外壳的热膨胀系数相差一倍以上。此种陶瓷以含95%左右Al₂O₃而得名。但其存在如下问题：由于制作陶瓷过程是用95% Al₂O₃陶瓷粉压型烧结而成，体内含有大量气体，尽管对平面可能进行研磨抛光，其气体吸附表面也远大于几何表面；又由于含有杂质，除了物理吸附，易产生化学吸附，对于绝对压力测量极其不利。

基于此，现有的产品，就只能采用装配式定电极的结构，如图5～图6所示的美国MKS公司的一款有代表性的产品。该具有装配式定电极结构的电容压力传感器，包括带引压口的下夹持环16、动电极17、兼外壳的上夹持环18、定电极95陶瓷绝缘体19、上盖20、金属复合管21、吸气剂室22、玻璃封电极23、锥形弹簧24、碟形压簧25、压簧下垫片26、螺母27、平垫28、三足垫片29、导电螺钉30、测量电极31、测量电极导电螺钉孔32、参考电极33、参考电极导电螺钉孔34、聚酯膜层35。其定电极95陶瓷绝缘体19呈圆片状，在两平行面上，用厚膜电路工艺制作出了厚膜的测量电极31、参考电极33，利用导电螺钉30、平垫28、螺母27，将定电极95陶瓷绝缘体19正面测量电极31与参考电极33分别引到背面各自的欧姆接触膜层上，制作了定电极；用Inconel X-750，制作20μm（对于0.1Torr量程的真空规）厚的薄膜动电极17。薄膜动电极17用兼外壳的上夹持环18和带引压口的下夹持环16夹持焊接固支，这两个配件同样是Inconel X-750制作。定电极95陶瓷绝缘体19，靠碟形弹簧25、压簧下垫片26、三足垫片29，压封在兼外壳的上夹持环18上。定电极95陶瓷绝缘体19与外壳间留有一定间隙，相对于间隙，定电极95陶瓷绝缘体19不一定是中心对称的。它与薄膜动电极17间留有200μm左右的间隙，留给薄膜动电极17受压形变用。定电极95陶瓷绝缘体19与薄膜动电极17之间垫有4mm左右的Inconel X-750叠加区。固定施压碟形弹簧25的上盖20是焊接在兼外壳的上夹持环18上的，上盖20上焊有抽真空用的内铜外不锈钢的金属复合管21，当参考室抽到高真空后，用机械压封此管，实现密封；上盖20上焊有吸气剂室22，室内充以高温激活吸气剂；上盖20上焊有两个玻璃封电极23，玻璃封电极23上分别固定有锥形弹簧24，靠压力接触定电极95陶瓷绝缘体19上的与参考电极33和测量电极31相连接的欧姆接触膜层接触，实现电容的电学导通。