一种陶瓷电容压力传感器[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 206891622 U(45)授权公告日 2018.01.16

(21)申请号 201720866736.6(22)申请日 2017.07.17

(73)专利权人 合肥皖科智能技术有限公司

地址 230000 安徽省合肥市高新产业区香

樟大道168号B6-4层(72)发明人 陈锦荣　宋晓君　操小六　项昱福　

周志强　张从江　査俊　(74)专利代理机构 北京高沃律师事务所 11569

代理人 王加贵(51)Int.Cl.

G01L 1/14(2006.01)G01L 9/12(2006.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

权利要求书1页 说明书4页 附图3页

(54)实用新型名称

一种陶瓷电容压力传感器(57)摘要

本实用新型公开了一种陶瓷电容压力传感器，包括固定电极和可变电极，固定电极和可变

敏感膜片感受压电极之间形成可变的电容容室，

力变化而产生相应的形变位移，可变电极随着敏感膜片的位移而产生变化，进而电容容室的电容量发生改变，通过电容量的改变测得压力大小。本实用新型的陶瓷电容压力传感器在固定电极上设置玻璃绝缘层，当测试压力超过设计测量值时，敏感膜片上的可变电极和玻璃绝缘层紧贴在一起，防止固定电极和可变电极短路，起到限位保护作用，防止传感器因过载造成损坏。

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权　利　要　求　书

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1.一种陶瓷电容压力传感器，其特征在于：包括基座、接线柱、固定电极、敏感膜片和可变电极，所述接线柱设置于所述基座上，所述基座的一端具有球面凹槽，所述固定电极设置于所述球面凹槽上，所述固定电极与所述接线柱相连接，所述固定电极上设置有玻璃绝缘层，所述敏感膜片与所述基座相连，所述可变电极设置于所述敏感膜片上并靠近所述基座一侧，所述固定电极与所述可变电极之间形成电容容室。

2.根据权利要求1所述的陶瓷电容压力传感器，其特征在于：所述固定电极包括第一固定电极和第二固定电极，所述第一固定电极为球面形，所述第二固定电极为圆环形，所述第一固定电极与所述第二固定电极同心设置。

3.根据权利要求2所述的陶瓷电容压力传感器，其特征在于：还包括屏蔽环，所述屏蔽环设置于所述敏感膜片上，所述屏蔽环环绕所述可变电极设置。

4.根据权利要求3所述的陶瓷电容压力传感器，其特征在于：所述接线柱的数量为四个，四个所述接线柱呈圆周状均布，四个所述接线柱分别与所述第一固定电极、所述第二固定电极、所述可变电极和所述屏蔽环相连接。

5.根据权利要求1所述的陶瓷电容压力传感器，其特征在于：所述基座上开设通气孔，所述通气孔与所述电容容室相连通。

6.根据权利要求1所述的陶瓷电容压力传感器，其特征在于：所述球面凹槽上设置第一定位孔，所述敏感膜片在与所述第一定位孔相匹配的位置设置第二定位孔。

7.根据权利要求1所述的陶瓷电容压力传感器，其特征在于：所述基座为圆柱形基座，所述球面凹槽设置于所述基座的一个底面上，所述基座由AL2O3材质制成。

8.根据权利要求3所述的陶瓷电容压力传感器，其特征在于：所述固定电极、所述可变电极和所述屏蔽环由金、银、铜或铂材质制成，所述敏感膜片为圆盘形，所述敏感膜片由陶瓷材质的薄板制成。

9.根据权利要求1所述的陶瓷电容压力传感器，其特征在于：还包括敏感膜片测量端屏蔽层，所述敏感膜片测量端屏蔽层设置于所述敏感膜片上，所述敏感膜片测量端屏蔽层和所述可变电极分别设置于所述敏感膜片的两侧。

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说　明　书

一种陶瓷电容压力传感器

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技术领域

[0001]本实用新型涉及检测装置领域，特别是涉及一种陶瓷电容压力传感器。

背景技术

[0002]压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力传感器是使用最为广泛的一种传感器，传统的压力传感器以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力，但这种结构尺寸大、质量重，不能提供电学输出。随着半导体技术的发展，半导体压力传感器也应运而生，其特点是体积小、质量轻、准确度高、温度特性好，特别是随着MEMS技术的发展，半导体传感器向着微型化发展，而且其功耗小、可靠性高。目前，使用最为广泛的压力测量技术有电容式、压阻式和硅谐振等三种。

[0003]电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器，特点是，低的输入力和侏儒能量，高动态响应，小的自然效应，环境适应性好。电容式压力传感器一般采用圆形金属薄膜或镀金属薄膜作为电容器的一个电极，当薄膜感受压力而变形时，薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号。电容式压力传感器包括陶瓷电容压力传感器，相较于金属电容是传感器，陶瓷电容压力传感器可以直接应用于卫生型行业，以及腐蚀性介质的测量，性价比高，可应用于液体、气体或各种流体的压力测量。但是，陶瓷电容压力传感器极易因过载而造成损坏，寿命较短，增加了生产成本。[0004]因此，如何改变现有技术中，陶瓷电容压力传感器易因过载而损坏的现状，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

[0005]本实用新型的目的是提供一种陶瓷电容压力传感器，以解决上述现有技术存在的问题，使陶瓷电容压力传感器在过载时能够得到有效保护。[0006]为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种陶瓷电容压力传感器，包括基座、接线柱、固定电极、敏感膜片和可变电极，所述接线柱设置于所述基座上，所述基座的一端具有球面凹槽，所述固定电极设置于所述球面凹槽上，所述固定电极与所述接线柱相连接，所述固定电极上设置有玻璃绝缘层，所述敏感膜片与所述基座相连，所述可变电极设置于所述敏感膜片上并靠近所述基座一侧，所述固定电极与所述可变电极之间形成电容容室。[0007]优选地，所述固定电极包括第一固定电极和第二固定电极，所述第一固定电极为球面形，所述第二固定电极为圆环形，所述第一固定电极与所述第二固定电极同心设置。[0008]优选地，陶瓷电容压力传感器还包括屏蔽环，所述屏蔽环设置于所述敏感膜片上，所述屏蔽环环绕所述可变电极设置。

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优选地，所述接线柱的数量为四个，四个所述接线柱呈圆周状均布，四个所述接线

柱分别与所述第一固定电极、所述第二固定电极、所述可变电极和所述屏蔽环相连接。[0010]优选地，所述基座上开设通气孔，所述通气孔与所述电容容室相连通。[0011]优选地，所述球面凹槽上设置第一定位孔，所述敏感膜片在与所述第一定位孔相匹配的位置设置第二定位孔。[0012]优选地，所述基座为圆柱形基座，所述球面凹槽设置于所述基座的一个底面上，所述基座由AL2O3材质制成。[0013]优选地，所述固定电极、所述可变电极和所述屏蔽环由金、银、铜或铂材质制成，所述敏感膜片为圆盘形，所述敏感膜片由陶瓷材质的薄板制成。[0014]优选地，陶瓷电容压力传感器还包括敏感膜片测量端屏蔽层，所述敏感膜片测量端屏蔽层设置于所述敏感膜片上，所述敏感膜片测量端屏蔽层和所述可变电极分别设置于所述敏感膜片的两侧。

[0015]本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：本实用新型的陶瓷电容压力传感器，包括固定电极和可变电极，固定电极和可变电极之间形成可变的电容容室，敏感膜片感受压力变化而产生相应的形变位移，可变电极随着敏感膜片的位移而产生变化，进而电容容室的电容量发生改变，通过电容量的改变测得压力大小。本实用新型的陶瓷电容压力传感器在固定电极上设置玻璃绝缘层，当测试压力超过设计测量值时，敏感膜片上的可变电极和玻璃绝缘层紧贴在一起，防止固定电极和可变电极短路，起到限位保护作用，防止传感器因过载造成损坏。

附图说明

[0016]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0017]图1为本实用新型陶瓷电容压力传感器的整体剖切结构示意图；[0018]图2为本实用新型陶瓷电容压力传感器基座的剖切结构示意图；[0019]图3为本实用新型陶瓷电容压力传感器基座的俯视示意图；

[0020]图4为本实用新型陶瓷电容压力传感器敏感膜片的剖切结构示意图；[0021]图5为本实用新型陶瓷电容压力传感器敏感膜片的俯视示意图；[0022]其中，1为基座，101为球面凹槽，102为通气孔，103为第一定位孔，2为接线柱，3为固定电极，301为玻璃绝缘层，302为第一固定电极，303为第二固定电极，4为敏感膜片，401为第二定位孔，5为可变电极，6为电容容室，7为屏蔽环，8为敏感膜片测量端屏蔽层。具体实施方式

[0023]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

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本实用新型的目的是提供一种陶瓷电容压力传感器，以解决上述现有技术存在的

问题，使陶瓷电容压力传感器在过载时能够得到有效保护。[0025]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。[0026]请参考图1至，图1为本实用新型陶瓷电容压力传感器的整体剖切结构示意图，图2为本实用新型陶瓷电容压力传感器基座的剖切结构示意图，图3为本实用新型陶瓷电容压力传感器基座的俯视示意图，图4为本实用新型陶瓷电容压力传感器敏感膜片的剖切结构示意图，图5为本实用新型陶瓷电容压力传感器敏感膜片的俯视示意图。[0027]本实用新型提供一种陶瓷电容压力传感器，包括基座1、接线柱2、固定电极3、敏感膜片4和可变电极5，接线柱2设置于基座1上，基座1的一端具有球面凹槽101，固定电极3设置于球面凹槽101上，固定电极3与接线柱2相连接，固定电极3上设置有玻璃绝缘层301，敏感膜片4与基座1相连，可变电极5设置于敏感膜片4上并靠近基座1一侧，固定电极3与可变电极5之间形成电容容室6。

[0028]本实用新型的陶瓷电容压力传感器，包括固定电极3和可变电极5，固定电极3和可变电极5之间形成可变的电容容室6，敏感膜片4感受压力变化而产生相应的形变位移，可变电极5随着敏感膜片4的位移而产生变化，进而电容容室6的电容量发生改变，通过电容量的改变测得压力大小。本实用新型的陶瓷电容压力传感器在固定电极3上设置玻璃绝缘层301，当测试压力超过设计测量值时，敏感膜片4上的可变电极5和玻璃绝缘层301紧贴在一起，防止固定电极3和可变电极5短路，起到限位保护作用，防止传感器因过载造成损坏，有效保护陶瓷电容压力传感器。[0029]具体地，基座1和敏感膜片4烧结在一起形成一个密闭的电容容室6，根据所测压力大小来设置敏感膜片4的厚度，根据敏感膜片4厚度计算敏感膜片4屈服能力，进而设计敏感膜片4的最大允许位移量，根据敏感膜片4的最大允许位移量确定基座1上球面凹槽101的曲面直径，使电容容室6的位移空间设置在允许范围以内，从而形成机械保护保证陶瓷电容压力传感器可承受超过测量压力的倍数，同时具备抗结冰应力损坏功能。[0030]其中，固定电极3包括第一固定电极302和第二固定电极303，第一固定电极302为球面形，第二固定电极303为圆环形，第一固定电极302与第二固定电极303同心设置。第一固定电极302与可变电极5形成电容C1，第二固定电极303与可变电极5形成电容C2，当压力传递在敏感膜片4上，敏感膜片4产生形变，改变敏感膜片4上的可变电极5与第一固定电极302、第二固定电极303之间的距离，从而引起电容C1和电容C2电容量的变化，电容C1和电容C2电容量的变化与所测压力成比例关系，(C1-C2)/(C1+C2)的值作为陶瓷电容压力传感器的电信号输出，实现精确的压力测量。[0031]更具体地，陶瓷电容压力传感器还包括屏蔽环7，屏蔽环7设置于敏感膜片4上，屏蔽环7环绕可变电极5设置。屏蔽环7位于第一固定电极302和第二固定电极303的外围，确保固定电极3和可变电极5抗干扰能力，提高传感器检测精度。在敏感膜片4上通过镀膜工艺制作相对于第二固定电极303直径相当的可变电极5，屏蔽环7制作在可变电极5的外围，镀膜工艺可以采用厚膜印刷、真空镀膜或磁控溅射等工艺中的一种。在本具体实施方式中，屏蔽环7由银材质制成，厚度为30μm；在本实用新型的其他具体实施方式中，屏蔽环7还可以由金、铜、铂等导电材质支撑，屏蔽环7的厚度为15-50μm。

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进一步地，接线柱2的数量为四个，四个接线柱2呈圆周状均布，四个接线柱2分别

与第一固定电极302、第二固定电极303、可变电极5和屏蔽环7相连接。十字状分布的四个接线柱2均与电容容室6相连通。[0033]更进一步地，基座1上开设通气孔102，通气孔102与电容容室6相连通。通气孔102的设置，使电容容室6和敏感膜片4在不加压状态下同置在标准大气压下，解决了因密闭容室无法以大气压作为测量参考点以及密闭气体受温膨胀而造成的零点误差问题，提高传感器检测精度。在将通气孔102封堵后，基座1和敏感膜片4在真空环境下烧结，电容容室6内为真空状态，陶瓷电容压力传感器为绝对压力传感器。[0034]另外，球面凹槽101上设置第一定位孔103，敏感膜片4在与第一定位孔103相匹配的位置设置第二定位孔401。通过第一定位孔103和第二定位孔401定位，使敏感膜片4和基座1上对应的接线柱2，准确对接相连通，置于高温隧道灶内800℃烧结20min，使基座1和敏感膜片4烧结在一起，并在球形凹槽101上形成厚度为90μm厚的玻璃绝缘层301，以防止可变电极5过载而导致的短路，以及避免表压型传感器因湿度和环境的变化造成的精度损失。[0035]基座1为圆柱形基座，球面凹槽101设置于基座1的一个底面上，基座1由AL2O3材质制成。

[0036]固定电极3、可变电极5和屏蔽环7由金、银、铜或铂材质制成，敏感膜片4为圆盘形，敏感膜片4由陶瓷材质的薄板制成。

[0037]陶瓷电容压力传感器还包括敏感膜片测量端屏蔽层8，敏感膜片测量端屏蔽层8设置于敏感膜片4上，敏感膜片测量端屏蔽层8和可变电极5分别设置于敏感膜片4的两侧。当被测介质为导电介质时，陶瓷电容压力传感器内部的电极会和金属外壳形成多个干扰电容导致测量误差和失效，敏感膜片测量端屏蔽层8能够隔离因导电介质如水产生的干扰电容，保证测量的准确性，拓宽了陶瓷电容压力传感器的应用范围。敏感膜片测量端屏蔽层8可以由导电金属材质制成，在本具体实施方式中，考虑到抗腐蚀性及稳定性，敏感膜片测量端屏蔽层8由金材质制成，厚度为15-50μm。敏感膜片测量端屏蔽层8的直径和敏感膜片4的直径一致，敏感膜片4上的第二定位孔401为通孔，敏感膜片测量端屏蔽层8通过第二定位孔401实现与屏蔽环7相连通。

[0038]本实用新型的陶瓷电容压力传感器，包括固定电极3和可变电极5，固定电极3和可变电极5之间形成可变的电容容室6，敏感膜片4感受压力变化而产生相应的形变位移，可变电极5随着敏感膜片4的位移而产生变化，进而电容容室6的电容量发生改变，通过电容量的改变测得压力大小。值得强调的是，本实用新型的陶瓷电容压力传感器在固定电极3上设置玻璃绝缘层301，当测试压力超过设计测量值时，敏感膜片4上的可变电极5和玻璃绝缘层301紧贴在一起，基座1上的球面凹槽101和玻璃绝缘层301起到限位保护作用，从而使传感器具有防过载能力，并防止因液体在低温环境下结冰体积膨胀而造成的机械应力对传感器造成损坏，避免传感器的误输出，屏蔽环7和外围的调理电路相连，和抗干扰电路组合提高抗干扰能力，提高测量的准确性。

[0039]本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

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图5

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