专利名称：差压传感器的制作方法
技术领域：
本发明(中国申请号87104418的分案申请)是一个差压传感器，其压力检测片是用脆性材料制做的，并有防护措施;使其不致被过压损坏;外面装有套架，在很大的静态线压范围内，均能方便使用。
美国专利No.4，572，000也是一种压力传感器，其脆性材料检测片受到过压时就变成平坦状态而靠在平坦的承托片上。在该专利中，检测片在初始压力作用下从承托片向外凸出，经过加工处理后，受到最大压力时，变得非常平坦而且停靠在承托片上。
其他一些先有装置应用的脆性材料检测片具有起支承作用的凸边，可以运用电容性检测的方法实现传感作用，也可以通过装在检测片上的应变电阻片实现传感作用。
本发明是用硅片作为压力检测片的一种压力检测盒，检测片安置在平坦的承托面之间，具有凹进的表面。当压力差为零时，每个凹面对向着一个承托面。凹进面是在检测片处于变形状态时经过精细加工而制成的，故当需要检测的压力将检测片推向承托面时，对向着承托面的检测片表面将会变得平坦，而且完全顶靠在承托面上。由于这种完全的顶靠，就免除了产生使脆性材料制作的检测片遭受破坏的过应力。检测片的制作，最好采用硅、兰宝石、锗或者其他半导体或适当的陶瓷材料。
在与承托面相对的硅片表面上怎么制做凹口的问题，可以通过结构设计的方法来解决，而不需要在承托面上加工或制作一层表面。承托面最好用玻璃来制作。当采用电容性检测方法时，可在玻璃面上沉积一层金属电容器板。
检测片凹面的制作最好采用批量制作，就是在一块硅片上制作好几块检测片，然后将承托片粘结上去。粘结完成之后，再将硅片与承托片切开，便作成了单个的压力检测盒。
制作检测片的表面时，先对检测片施加压力，使其变形，然后在此压力继续存在的情况下，将另一侧的表面磨平磨光。将压力去除之后，一个完全符合要求的凹口就在磨光的表面上形成了。
在检测面的另一面，即与有凹口相反的一面，可以用同样的方法再制作一个凹口。这种检测片可以用两块硅片来制作，每块上制作一个凹口，或称半检测片。将两块半检测片的内表面粘结在一起，便作成一个有两个向外凹口的检测元件，在其两面再加上承托片。
另一个制作方法是采用两块硅片，各含半个检测片，加上压力，使两个半检测片均向外突出。在压力继续保持和凸出形状不变的情况下，将两块硅片的外表面粘结在一起。粘结材料是会凝固的。当其凝固之后，就使受压变形的检测片保持着变形状态，即使压力去除之后，也不会恢复原形。然后再将承托片粘结在硅片的两面。
无论哪种形式的检测片，都是用来检测差值压力。检测片的一侧如果受到压力，则向承托片的表面运动，当其靠上承托面时，就变得甚为平坦，因而就受到全面的承托而与太大的过压相抗衡。
这个压力检测盒夹持在套夹之间。套夹是一个整体结构，其材料的热膨胀系数与压力检测盒的热膨胀系数是一致的，故能将压力检测盒夹持在一起，而且在盒子的全部圆面上保持着均匀的压力。这个夹持结构内也有一条孔道，使压力能够进入检测元件。再者，当待测的压力的静态条件不同时，检测片的间隔可能发生变化，对夹持结构或套夹形状进行适当选择，便可对这种间隔变化进行机械补偿。对电容性传感器来说，这种补偿技术是很有用的。静态压力是检测片两个侧面所受压力的平均值。在多数情况下，当被检测的差压低达每平方英寸一磅时，差压传感器线路上的静态压力可能达到每平方英寸几百甚至几千磅。所以传感器无论是静态线压力在高值或低值范围内变化时都能应用。正确选定传感器套夹的夹持位置以及对影响传感器变形的密封区域进行调整，这样就能补偿差值静态线压力。这种差值静态线压力又能对检测片的刚性产生影响，并进而影响当一个给定的差值压力作用在检测片上时所发生的变形响应。因为静态力能使形成一个电容板的检测器表面与形成另一块电容器板的承托面之间的间隔有所增大，故当静态压力升高时，改变这些表面就会使其分开。将压力检测盒夹持在套夹之内，检测片的径向压力便会降低，同时也就有可能进行补偿。
各种传感器都可以用批量制作来进行，这样可使制作费用有所降低。从批量加工法可以看出，在加工过程中，可以在一硅片上制作好几个检测片，将起承托作用的玻璃盘或硅片加以粘结，在加工过程结束之后，将硅片切开，便得出好几个传感器。
图1是本发明的压力传感器的总体图，图上表示出传感器压力检测盒的安装位置。
图2是图1所示装置安装在套夹之内的情况，图上表示出隔离片向压力检测盒传送压力的情况。
图3是检测片和承托片的剖面图，图上表示出批量制作法的初始步骤，不过只画出一个测压盒。
图4是图3所示剖面图的进一步加工。
图5是加工完成了的传感器测压盒或半个测压盒，其检测片的表面按本发明的要求所制成。
图6是制成了的压力检测元件的进一步观察，这是将两个如图所示的半个测压盒粘结在一起的情况。
图7是一块检测片和承托片的剖面图，二者构成半个测压盒，是本发明的第二种结构形式。
图8是由如图7所示的检测片与承托片构成的两个检测元件组成一个完整的压力检测盒的剖面图。
图9是制造本发明压力传感器检测盒时，采用改进式典型批量制作法的剖视说明图。
图10是图9所示装置进一步加工时的剖面图。
图11是将作好的一部份检测片安置在承托片上的情况说明图。
图12是本发明改进式结构中的检测片进一步加工图。
图13是具有两块检测片的一块硅片完成图12所示加工之后的情况。
图14是装好第二块承托片后的两个测压盒的剖视图。
图15是一个压力检测元件的剖视图，图上显示了夹紧方式和外面的套夹。
图16是采用改进式夹紧套夹的局部剖视图。
图1是一个含有检测片的差压传感器测压盒，用10表示，安置在第一圆柱体11与第二圆柱体12之间。两个圆柱体均由玻璃(例如硼硅酸耐热玻璃)或其他适当的材料制成。在圆柱体里面，沿中心线开有一条孔道，以便将两个压力P1(如箭头14所示)和P2(如箭头15所示)传到压力盒中。压力盒10夹持在圆柱体11与12之间，如图2所示。夹持器两端有端盖和固定框20和21，由螺栓22夹紧，使圆柱体11和12压紧测压盒10。图2上还简略地绘示了第一隔离片24和第二隔离片30，其用途是使两个压力分别通过圆柱体11和12的中心孔道传送给测压盒10，这样就使得测压盒的膜片不会受到待测压力的直接作用。
将压力进行隔离，这是一项成熟了的技术。从图上可以看出，隔离器24含有一块隔离片25。隔离片25在隔离器24上围成一个空腔26，空腔内装有不可压缩的流体，例如硅油，以将压力通过管道27传入圆柱体11的中心孔道，进而传送给测压盒10的检测片，下面对此将有图示。隔离片25直接承受压力P1(图2上也用箭头14表示)的作用。从图上还可看出，隔离器30含有一块隔离片31，此片安置在托架32上，形成一个空腔33，腔内装入不可压缩的流体，并且填满管道34，从而通入圆柱体12的中心孔道，压向测压盒10的另一侧。这样一来，压力P2(由箭头15表示)也就作用到隔离片31上。两个压力P1与P2之间的差值便可由传感器的测压盒10检测出来。
图3到图6说明传感器测压盒的制造方法。这里采用了一块容易变形的压力检测片，用的是脆性材料，例如硅或其他半导体。图6所示是完全制成了的测压盒10，是放大了的图形。必须指出，这里的各个图形并不符合实际装置的真实尺寸，而且也不是按比例绘制的。
为了能在图上显示清楚，对于各种片子的厚度及空腔与凹口的深度都作了放大。
测压盒10是通过许多工序而制成的。先将一块硅片进行加工，做成若干块检测片，图上只详细地画出了一块检测片。
将硅片40进行蚀刻，在恰当的位置上作出凹口42(如图所示示)。由于开出了凹口42，便形成了很薄的容易变形的检测片43，由凸边44加以承托。当一系列工序结束之后，将各个测压盒切开时也就从硅片上切成了凸边。图3用实线描绘了半个压力盒的边沿。
硅片40安置在玻璃盘45的端面上，玻璃盘用硼硅玻璃，例如硼硅酸耐热玻璃制成。玻璃盘45上开有孔道46，其位置应选择恰当，使其与硅片40上的凹口42正好配合准确。玻璃盘45经过金属镀膜处理，使得在凹口42的范围内形成一层很薄的金属表面，这就构成电容器板47，以对检测片的变形进行电容性检测。孔道46的内表面上也敷有一层金属膜46A，并与玻璃盘另一面的金属层48相连接。这样一来，当传感器的测压盒制作成功时，电容器板47上的电气连接线便等于与另一面也接通了。孔道内的金属膜46A将使电容器板47上的电信号能更好地通向相应的金属膜48，从而又与另一连接线49接通。这样一来，整个检测元件便与由玻璃盘45形成的刚性托盘的承托面50有了十分完善的配合。
硅片与玻璃盘通过阳极接合处理或其他技术措施而接合在一起，于是检测片凸边44与玻璃盘接合处便形成了严密的结合，从而形成了凹口或空腔42，并且只有穿过孔道46才有一个出口。
图4所示是制造测压盒的下一道工序。将压力(如箭头51所示)加到孔道46上(玻璃盘内的各条孔道立即全部升压)，与空腔42相配合的处于初始位置的检测片43便向外凸出，其形状自然也就发生了变化，如图上曲线43A和虚线43B所示。外加的压力如果不变，则薄片或检测片43将始终保持于向外凸出的状态而不缩回。由虚线43B所表示的凸出部份经研磨加工而除去，便作成了平坦的表面43C。压力不变时，此表面便是整个硅片的全部表面。
由箭头51所表示的外加压力去除之后，容易变形的检测片43得以松弛而变成图5所示的形状，43C就变成了凹入的表面，而表面43A便恢复为初始状态时的很平坦的表面。因为由虚线43B所表示的硅材料已经除掉，所以当再度施加压力时，变了形的检测片中心部份的凸出表面43C就变成了翻转过来的外凸图形。
由上可知，在一块硅片及与之相接的一块玻璃盘上可以同时制成若干个半测压盒，图上由10A表示。用另一块硅片和玻璃盘以相同的方式作成第二个半测压盒。将两块含半测压盒(分别为10A和10B)的硅片紧靠在一起，使二者的表面43C相对接，便最后作成了传感器的整个测压盒，如图6所示。在两块硅片相靠的缝隙内加入一层熔化了的玻璃或其他粘结材料，图上用56表示。
向两块玻璃盘的孔道46时送入相等的压力，两个表面43C便回复到原来的平坦状态，如图4所示。从图6可以看出，两个表面43C之间加上玻璃熔接材料56时，此二表面保持平坦而且互相平行。两块硅片40用适当的夹具(图上未画出)夹持在一起。将两个表面互相对接，并且在接缝处加入玻璃熔接材料，再从外面施加一个压力F，将硅片夹紧。压力加到检测片上，检测片的外壳罩着了孔道46的出口。从压力源57和58发出两个相等的可调压力，使检测片变形，因而使得对接着的两个外表面43C在粘结作用实现之前，在全部检测片上都处于平坦状态。当两个表面43C保持于平坦状态时，玻璃熔接材料便将两个对接表面粘结在一起。因此，在粘结作用尚未完成之前，两个力源57和58(用一个力源也可以)发出的可调压力是很重要的。
在粘结材料已经定型以后，检测片43所受到的来自力源57和58的压力就可以撤消。粘结材料56把两块硅检测片43粘结在一起，给每个压力盒形成一个单一的完整检测片，如图上的63所示。此检测片有了两个表面43A，处于凹进状态，分别对向着两个平坦的承托面50。凹进状态对应于检测片63的变形情况。在粘结作用发生效力之后，确定使检测片43发生弯曲变形所需的压力时，必须考虑到，这时的单一检测片63已经有了双倍的厚度。检测片的凹进部份面对着空腔42边沿和检测片中心的一个浅坑。
按上述工艺作成之后，再将硅片与玻璃盘切开，做成单个的传感器测压盒10。在图6所示的测压盒中，与承托面50有间隔的检测片是被夸大了。不过当测压盒一侧的压力达到极其高的数值时，另一侧的表面43A将会凸向承托面并靠在该承托面上，就此形成了电容器板47。检测片63也就靠在了平坦的承托面上，而在额定过压的作用下，两个表面43都是平坦的。检测片63内所产生的应力不会超过容许应力，检测片63的全部表面都会充分地受到承托。
为了看得清楚一些以便进行解说，在图3-6上，检测片的形状和变化情况都作了很大的夸大，不过检测片的制作过程和所讲述的情况却是一致的，结果是两个检测片各有一个凹进的表面对向着承托面50。在受到预定压力的作用时，就检测片的变化来说，两个凹面是相同的。因此，当此种压力加到检测片63的另一表面时，与相应承托面50相对的表面43C将会与承托面非常平行并且平坦地停靠在承托面上，因而与承托面相接触。检测片与承托面接触在一起就使得检测片63在受到过压作用时不会产生过大的应力。
由力源57和58产生的由箭头表示的压力应当选定为适当的值，使得检测片63所产生的变形比最大可用压力所引起的变形只略微大一点。这样作的结果是表面43C的凹进形状就很恰当，检测片63便可在预定的整个压力范围内使用;不过在临到遭受过压应力之前，检测片63将会变得很平坦，而且与相应的承托面50相接触。再者，检测片表面与承托面之间的间隔在图上也作了夸张。两块电容器板47和检测片的中心部份的导电性能都非常良好，足可用于电容性检测。
图7和图8所示的是一种改进式的测压盒。图7是半个测压盒，也是用硅片40和玻璃盘45制做的，制作过程相同于对图3所作的叙述。半测压盒含有一块由适当玻璃制作的承托片75和一块由硅片40制成的检测片76。此检测片上有一个容易变形的压力检测部份77，其制作方法是通过蚀刻作出一个凹口78。为了对检测片进行全面承托，制作了凸边79。承托片75上有一块电容器板82，还有一条孔道83，通向检测片77之下的空腔78。孔道83的内表面上敷有一层金属膜，玻璃盘75的另一侧面上也敷有一层金属膜84，以形成电容器板82。
在本发明的这种结构中，玻璃承托片75和硅检测片76是在凸边79上粘结在一起的。在单个半测压盒(如图7所示)分出之前，将硅片进行打磨，将图7上虚线所含部份85的材料除去，使检测片部份77的厚度缩小到需要的程度。
两块硅片和玻璃盘都具有数个如图7所示的半测压盒，将二者准确地贴合在一起，二者之间的界面上敷上一层粘结材料。两个相同的半测压盒粘结完成之后，情况有如图8的87A和87B所示。两块硅片和两块玻璃盘用夹具夹紧，半压力盒87A和87B分别受到力源89和90通过孔道83传来的压力，使压力检测片77向外凸出，并将粘结层91压紧。此处作为粘结层的是有弹性或流动性的材料，例如处于熔融状态的玻璃原料或凝结之后可以定形的弹性材料。F力用来将两块硅片和玻璃盘夹紧，这时在两个半压力盒87A和87B之间敷有粘结材料91。力源89和90所发出的压力(可以调整为同等大小)可以保持在需要的水平上。
因为两块压力检测片77是彼此独立而不互相依靠的，所以二者就互相对顶着向外凸出。材料91发生流动以适应这种凸出或变形，然后就稳定下来，变成紧固状态，将检测片元件76与检测片变形部份77并在一起，使其保持于变形的状态，从而形成一个单一的压力检测片93，如图8所示。
两个表面77C呈凹进形状，对向着承托片75的平坦表面。选择适当的压力，可使凹进形状保持于需要的状态。在使用时，如果两个半压力盒上面受到的压力互不相等，假定力源90施加于半测压盒87B的压力有所降低，而压力89则上升而超过了需要的数值，这样就产生了压力的差值，此差值可能达到这样的水平，即检测片93发生很大的变形，使半测压盒87B的表面77C可能靠在87B的承托片75的表面上。表面77C被承托片75所承托，当其完全靠在承托片上时，本身也就变得很平坦。这样一来，检测片93受到过压时，就会在其整个表面范围内受到充分的承托，这时各个表面的情况如图上所示。
检测元件93是由粘结在一起的两个检测片变形部份77构成的，所以在将两个部份77粘合之前，选定压力89和90以使77变形时，应当考虑到检测元件的坚硬性已经有了增强。
应当指出，检测片上测出的压力差值可能相当小，但通过隔离片的总的静态线压力(如图1和2中的P1和P2)可能相当高，在实际应用时，可能达到好几千个psi(每平方英寸数千磅)。
从图8可以看出，测压盒87具有一个单一的(但是合成的)检测片，上面装有分别来自电容器板82和检测片变形部份77的引线94和95。这个检测片的导电性相当强，或者至少可以说，其导电部份足以对变形进行电容性检测。电容器板和检测片变形部份将送出电容信号以指示电容器板82与邻近的检测片变形部份表面之间的间隔。已经有很好的电路可以用于这个目的。当两个半测压盒检测片的变形部份77被绝缘粘结层分开时，两条引线95可以用来分别指示两个半测压盒对电容器板82(位于检测片变形部份77之下)的电容。
再者，两个检测部份形成了一个单一的检测元件93，可以检测出两个对立面上所受压力的差值。与两个承托片75相对的两个表面采取了特定的形状，可以与检测元件93受到给定压力而发生的变形相一致。当检测元件93遭受到过压时，与承托片75相对的检测片表面将会变得很平坦。
图10所示是一种改进式的传感器压力盒，在图9-14上作了连续的说明。在本发明的这种结构中，仍然采用了前述的制造工序，不过制造的步骤稍有不同。
参看图9，在硅片100的适当位置上作出凹口或空腔101，使得薄检测片102能与凹口相适应。凹口带着凸边103，此凸边环绕着检测片。将半测压盒从硅片上切开时(如虚线104所示)，凸边103也相应分开。沿104线切开，便作成了检测元件105，其凸边便从变形检测部份102的周围将其承托。从平面图上看，检测部份实际上可以是方正的，也可以是圆形的。
一块硅片100上可以做出好几个检测部份102。硅片安置在金属工具板110上，此板开有相当大的孔道111。每个孔道111都对准硅片上的一个空腔101。在硅片与金属板之间的表面上涂上一层蜡以保证有良好的密封。在金属板的表面115上设置一条集合进气管116，此管用密封剂116A加以密封，以保证力源116B发出的压力通过孔道111进入每个空腔101，使各个检测片都能向外凸出，如图9上虚线102B所示。金属工具板、硅片和集合进气管用夹具固定在一起。当空腔101内的压力维持不变时，将硅片100的外表面磨平磨光。箭头117所示的硅片厚度约为12.5密耳。当力源116B产生的压力解除之后，检测片部份102将采取如图10所示的形状，其上部表面有若干凹口102A，每个凹口都形成一个较薄的检测部份。将表面102D进行研磨以减少空腔102A的深度，而且有了光滑平面也便于与玻璃粘合。在进行研磨操作时，由外面送入压力，使凹进形状完全适应于检测片的变形。对于10psi(1psi＝0.68大气压)的差压传感器来说，来自力源116B的压力变化范围通常在50psi范围之内。将表面102D磨平磨光之后，硅片100的118所示厚度约为11.5密耳。将硅片与金属工具片110分开，将磨光了的表面102D粘结在玻璃盘120上，按图11的虚线104切开后，便得出单个的测压盒。玻璃盘120即为这些测压盒的托片。各个测压盒均用121表示。凹面102A跨越着玻璃盘120内的孔道122。此孔道出口的周围是玻璃盘表面上与硅片相对的浅凹口122A。有了这个浅凹口，硅片与玻璃粘合时，就不会粘合在检测片范围之内，不过粘结作用将凸边103的表面102D与玻璃盘120粘到了一起。这样一来，每个102A表面之下的空腔124都变成了一个严密的压力腔。
下一步，将硅片100上作好的两个凹口101之间的凸边部份103磨去，两个凹口101便被消除。这样一来，由硅片100和玻璃盘120所构成的元件便变成如图12所示的形状，即硅片100具有一个平坦的外表面126，因而硅片的厚度便大大地减小，如图上125所示，例如总厚度可能在5.3密耳范围之内。这时，空腔124上面检测片部份102的最小厚度约为4.8密耳。
将由硅片100和玻璃盘120所粘结成的元件作进一步加工。通过集合进气管116向两个孔道122送入压力，使很薄的检测片部份102向外凸出，如图12上虚线102E所示。当空腔124内的压力保持不变时，将表面126磨平磨光。在加工达到需要厚度后，先封住玻璃盘120内的孔道122，这时的压力比在第一步骤中所用压力要小些，因为这时的检测片部份已经薄了一些。
在孔道122和空腔124内的压力消除之后，已变形的检测片部份102就回复到原来的位置。这样就在检测片102上与102A相对的另一面上留下了几个凹进表面102C。当可变形的检测片受到压力时，表面102C也是完全适应于变了形的检测器形状。从图13上可以看出，对表面126也将进行研磨，使其厚度达到4.9密耳左右，图上由128指示。二氧化铝可以用来作为研磨剂。
这样一来，可变形检测片102两侧都有了若干凹进的表面，从而降低了中心部份的厚度。
在制作传感器测压盒一连串工序的最后一个步骤，是将第二块玻璃盘131粘合到硅片100的126表面上。第二块玻璃盘131也有几条孔道132通向每一个表面102C。当131粘结完成之后，可以看出，在硅片上在与空腔124相对应的另一面将会具有空腔134。在孔道132出口的周围，有浅凹口132A，这就保证了表面102C不至于粘合到玻璃盘131上。
然后将传感器的几个测压盒沿135虚线切开，便得到由玻璃盘131和121组成的单个玻璃托片，检测元件105便夹在当中。检测元件105含有可变形部份102，此部份由凸边103给以承托。
为磨平凸出表面而采用的压力应调整到不仅仅是将凸出表面压平。研磨力的大小应按照作用在检测面上的压力来调整，这样得出的单纯的力即为合适。如果作用于检测片的压力介质是液体，而且是以适当的压力限定(密封)在适当的位置上，则对于研磨力的大小就不必多加考虑，因为液体不会容许检测片变得平坦。
沿135线切开，测压盒136就变成了方形，而且与测压盒10很相似。压力盒136也可以放置在圆柱体11和12之间用来检测差值压力，如图1所示。
再者，变了形的检测片表面102A和102C的凹面分别对向着承托片121和131，故当受到差值压力的作用时，例如作用到空腔134之内并且达到了最大的预期过压时，表面102A将会变得很平坦，并且靠在承托片121的对应面上。
如果空腔124内的压力大于最大容许压力，而且大过了空腔134内压力的超越情况，这时表面102C将会变得平坦而靠在托片131上，于是就出现了反向作用的情况。由检测片的变形而实现的检测作用就可以按照需要来选定。从图上可以看出，表面102A具有应变片137，用于检测这种变形。102A和102C两个表面都可能具有这种应变片，或者在玻璃承托片上沉积电容器板，必要时便可进行电容性检测。
图15是一种套夹，用于对图10所示传感器的测压盒进行夹持。虽然前面各图所示的其他压力盒都分别编号，但测压盒10在本发明中是具有代表性的。测压盒固定在圆柱体11和12之间，两个测压盒被夹持为一个刚性的整体。下面将要说明，这种安装方法能够使检测片在受到不同的静态线压力时产生的应力差得到补偿。
图15和16是实际结构的示例图，其比例尺寸与其他各图是不一致的。各图也都不是按比例尺寸绘制的，为的是能看得清楚一些和便于进行解释。应当知道，传感器测压盒10的尺寸(面积)大约是0.2平方英寸(0.45×0.45英寸平方)，而图15所示的传感器元件的总长度可能还不到1英寸。为了看得清楚，将图放大。
在初始设计的套夹中，传感器10是安装在两个圆柱体11和12之间，如图1所示。图2的情况与图1相似。通过端盖150和152，分别装有输入压力管27和34，两条管道都是以密封连接方式与玻璃圆柱体11和12里面的孔道相配合。压力完全是通过玻璃圆柱体而传送的。输入压力管采用了适当的密封件，图上用151和153表示。
在本发明的第一种结构中，需要进行检测的压力通过玻璃圆柱体11和12以及承托面50内的孔道46加于传感器测压盒10的两个相对的侧面。
在本发明的结构中，玻璃圆柱体11和12将传感器测压盒10夹紧，在测压盒周围采取密封措施，并加上承托环155。在压力盒相对的两个侧面都有承托环，这样就使夹紧力Fc得到加强。密封环155在测压盒10的两个外表面与相应的圆柱体11和12的终端之间构成了很薄的小空隙156和157。管道27和34内的压力分别送入测压盒两侧小空隙156和157之内，因而也作用在玻璃承托片50上面(采用其他形式测压盒时，作用也是如此)。承托面50与相应的圆柱体之间的空隙是足够地小，故当受到过大的差压时，玻璃承托片将会挤压在相邻圆柱体11或12的端面上，从而保证了即使很大的过压也不会引起损伤。
用硼硅酸耐热玻璃制成的圆柱体11和12与玻璃承托片50具有相同的热膨胀系数，故在各种不同的温度条件下，情况都是稳定的。
端盖150对于圆柱体11是通过贝勒维尔弹簧160而发生作用的。端盖152通过密封片162而起作用，将起夹持作用的圆柱体与测压盒保持在适当位置上。夹持作用应调整到适当的水平，使传感器测压盒在使用时处于压紧状态。
夹紧螺栓163用来将端盖150和152夹在一起，并供给必要的夹紧力量。在一个玻璃圆柱体上装一块半导体小片164，小片上接有引线165，构成电容性检测电路，与传感器相耦合。
图16是一种改进式的传感器，这里采用了终端密封盖子150A和152A。两个盖子均与套管170焊接在一起，两端各有一个密封焊点171。在焊接之前，对套管170加上一定的压力作为预行负载。进行焊接时，继续保持这一压力，以便在焊接完成之后以及套管170上的压大解除之后，两端的盖子仍能紧紧地压在圆柱体11和12上面。测压盒在使用过程中应当是压紧的。在端盖150A和152A上进行了圆环焊接171，就使得顶端处于良好的密封状态。
从图16上可以看到，玻璃圆柱体11和12承托着测压盒10的玻璃盘50，通过与玻璃盘50相连接的玻璃料173对玻璃盘50进行全面承托，从而保证使来自管道170(或其他夹紧元件)的夹紧力全面分布在测压盒10的两侧相对表面上。与此相似，在玻璃圆柱体12的端面上进行了全面的铜焊接处174，以使圆柱体12处于稳定位置。
管道170上装有电气引线175，以便将电信号从半导体小片176传送给玻璃圆柱体，这又组成了电容性检测电路。半导体小片上接有来自测压盒10的连接线177。压力盒上的连接线与小片176的连接是用普通的常规方法连接的。
权利要求
1.一种检测压力的传感器结构；由第一装置和第二装置组成，第一装置形成用脆性非金属材料制作的检测片，具有测量压力用的可变形的中央部分和支承中央部分的凸边，第二装置是由用脆性非金属材料制成的检测片的承托片和固定在与检测片的支托凸边接触面处的承托片上的检测片组成，第一和第二装置具有构成隔离面的相对面，当检测片由于受到超过设计的压力被推向承托片时相对面彼此接合，第一和第二装置的相对面有凹面部分，其特征在于上述凹面部分为其变形轮廓的反射象，变形轮廓是当有凹面部分的一个相对面的反面受到压力，使这一相对面向外凸出时，相对于接触面在凸边承托处第一和第二装置中之一的变形；当这一装置的反面持续受压时，凸出的相对面有一层材料被去除，使这一装置的这一相对面基本平坦，此后，切除压力使原来凸出的一相对面变为凹面部分。
2.根据权利要求1的传感器的构造，其特征在于其中有一个由第一装置组成的装置。
3.根据权利要求1的传感器的构造，其特征在于其中第一装置由半导体材料制成而第二装置为一玻璃基片。
全文摘要
一种检测压力的传感器结构；由第一装置和第二装置组成，第一装置形成用脆性非金属材料制作的检测片，具有测量压力用的可变形的中央部分和支承中央部分的凸边，第二装置是由用脆性非金属材料制成的检测片的承托片和固定在与检测片的支托凸边接触面处的承托片上的检测片组成，第一和第二装置具有构成隔离面的相对面，当检测片由于受到超过设计的压力被推向承托片时相对面彼此接合。
文档编号G01L9/00GK1050440SQ9010822
公开日1991年4月3日 申请日期1987年6月26日 优先权日1986年6月30日
发明者汤马斯·A·克纳什特, 罗格·L·弗里克, 斯蒂文·M·布鲁斯霍夫 申请人:罗斯蒙德公司