立式动电极的电容压力传感器的制作方法

本发明涉及一种电容压力传感器，特别是一种让电容式压力传感器的动电极立着，即动电极的受压位移方向与重力方向垂直或动电极立着的多个电容压力传感器并联的立式动电极的电容压力传感器。它可以广泛应用于微电子、铀浓缩等需高可靠性、小微量程的高精度测量。

背景技术：

现有的电容压力传感器的原理，大多基于平行板电容器。这样的电容压力传感器在小微压力测量方面呈优势。电容压力传感器设置有定电极与动电极，动电极受压后，相对于定电极发生位移，使电容发生相对变化，对其放大处理后，对应于压力，电容压力传感器有输出。动电极一般用恒弹性薄膜制作，可以看成是周边固支的、受压可自由移动的。如图4所示的单个电容压力传感器，动电极尽管很薄，但是动电极自重产生的压力全部或可分解出的压力分量与重力方向重合时，对传感器产生很大影响。如图4对于动电极1水平用时，自重能产生的最大压力值为：动电极厚乘以动电极材料的比重。以最小量程为0～1.5kPa（干式）电容压力传感器为例，动电极厚80μm左右，能产生的压力最大为8Pa～10Pa左右，其相对影响最大为0.5%F.S～0.6%F.S；对于最小量程为0～100Pa的电容压力传感器，动电极厚为50μm左右，自重能产生最大压力为5Pa左右，最大影响已达5%F.S。同样，对于最小量程为绝对压力15Pa的电容绝对压力传感器，动电极也为20μm厚，也产生2Pa的压力，无论该电容绝对压力传感器的动电极受压位移方向向上还是向下，±2Pa的非线性是很大的。这种影响靠电子电路修正是不可能的。对于现有的电容压力传感器的动电极自重影响，并没有引起设计和使用者的重视。对于表压（相对大气压）的电容压力传感器，安装后，如动电极呈水平状态时，必然产生零点位移，就用电路上的电位器调零点，根本不管其影响。还以图4为例，电容压力传感器的量程为0～100Pa时，动电极1的厚度为50μm能产生5%F.S的非线性。也就是说动电极1受压位移方向是上下移动，带环口及焊座引压口18向下时，从引压口施加正压力，这个压力方向与动电极自重产生的压力方向相反。动电极的张力与静电场静电力忽略不计时，0～5Pa左右的压力，由于存在惯性，动电极根本没发生位移。工程上称为死区，或者说最大可分辨的是5Pa以上压力。如果让引压口向上，动电极呈水平状态时，该传感器对于0～-5Pa测量时，依然不确定。∣±5Pa∣是不可抗拒的非线性。从电容压力传感器受压的力学分析得出结论：如果能让动电极受压位移方向与重力方向垂直（正交）或动电极立着的多个电容压力传感器并联时，就可以全部或大大减少动电极自重影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种立式动电极的电容压力传感器，解决了现有的电容压力传感器的动电极自重影响，产生非线性大，精度低等问题，其结构设计合理，不仅有效回避了动电极自重影响，减少非线性，而且让表压测量提高分辨率和精度，还可使有效测量范围向小微方向大幅扩展。

本发明所采用的技术方案是：该立式动电极的电容压力传感器包括匹配外壳，与匹配外壳组装在一起的定电极、管状引出电极、动电极和引压口，其技术要点是：两个所述动电极利用带有刃口焊口的过渡焊接环与带有公共焊座引压口夹持绷紧固定，与定电极的带有内环口的匹配外壳上的刃口焊口焊接固定在一起，并让两个动电极的受压位移方向与重力方向垂直，通过引线将动电极的管状引出电极相互连接，构成两个电容压力传感器立着的动电极相并联的电容压力传感器。

固定有两个受压位移方向与重力方向垂直的动电极的所述带有公共焊座引压口组装在带有气泡式水平仪的屏蔽壳内，带有公共焊座引压口的端部通过波纹管延伸连接有使用安装引压口，在使用安装引压口上设置有调平机构，通过调整螺栓微调使动电极的受压位移方向与重力方向垂直。

所述动电极与定电极在惰性气体保护下焊接在一起。

夹持动电极的带有刃口焊口的所述过渡焊接环与带有公共焊座引压口所采用的材料均与动电极的材质相同。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明的两个动电极利用带有刃口焊口的过渡焊接环与带有公共焊座引压口夹持绷紧固定，与定电极的带有内环口的匹配外壳上的刃口焊口焊接固定在一起，是让动电极立着用，使动电极受压位移方向与重力方向垂直，所以其结构设计合理，有效回避了动电极自重影响。特别是让表压测量提高分辨率和精度，作为绝对压力测量，也排除了非线性影响，提高了精度。但是，对于量程在0～200Pa以下的电容压力传感器，测量时，如图4所示的单个电容压力传感器的相对电容变化量太小，为了提高传感器的电容相对变化量，让两个电容压力传感器并联，如图1所示，不仅让动电极立着，而且，电容变化量成倍增加，使灵敏度成倍增加，使量程相对单个电容压力传感器来说，在量程上限不变的情况下，还可使有效测量范围向小微方向大幅扩展。因此，让多个电容压力传感器并联的电容压力传感器的动电极都立着，能使有益效果叠加，充分发挥出电容压力传感器应有的功能。

对于量程在0～200Pa以下的电容压力传感器，要是只按图1那样，让引压口向下或向上安装的功能还不完美，将其组装在带有气泡式水平仪的屏蔽壳内，带有公共焊座引压口的端部通过波纹管延伸连接有使用安装引压口，在使用安装引压口上设置有调平机构，通过调整螺栓微调使动电极的受压位移方向与重力方向垂直，做成如图3那样的结构，有益效果会更好。

综上所述，本发明解决了现有的电容压力传感器的动电极自重影响，产生非线性大，精度低等问题。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的由两个相同规格的电容压力传感器组成的一种结构示意图；

图2是图1的Ⅰ部放大结构示意图；

图3是图1带有屏蔽壳和调平机构的一种结构示意图；

图4是单个电容压力传感器的一种结构示意图；

图5是图4的Ⅱ部放大结构示意图。

图中序号说明：1动电极、2导电薄膜层、3绝缘膜层、4蓝宝石绝缘体、5管状引出电极、6匹配外壳、7 钎焊层、8过渡焊接环、9带公共焊座引压口、10使用安装引压口、11波纹管、12支架、13调整螺栓、14止退螺母、15屏蔽壳、16气泡水平仪、17引线、18带环口焊座引压口。

具体实施方式

根据图1～5详细说明本发明的具体结构。该立式动电极的电容压力传感器包括匹配外壳6，与匹配外壳6组装在一起的定电极、管状引出电极5、动电极1和引压口等件。其中定电极的蓝宝石绝缘体4的抛物面上镀有导电薄膜层2，导电薄膜层2上覆盖有绝缘膜层3；定电极板由导电薄膜层2、绝缘膜层3、钎焊匹配封接的蓝宝石绝缘体4、管状引出电极5、匹配外壳6组成。两个动电极1利用带有刃口焊口的过渡焊接环8与带有公共焊座引压口9夹持绷紧固定，与定电极的带有内环口的匹配外壳6上的刃口焊口焊接固定在一起，并让两个动电极1的受压位移方向与重力方向垂直。为提高焊接质量，上述动电极1被夹持绷紧固定后，与定电极在惰性气体保护下焊接在一起。夹持动电极1的带有刃口焊口的过渡焊接环8与带有公共焊座引压口9所采用的材料均与动电极1的材质相同，都是采用同一种恒弹性耐腐蚀镍基合金（Inconel X-750）制作。通过引线17将动电极1的管状引出电极5相互连接，构成两个电容压力传感器立着的动电极1相并联的电容压力传感器。

为了确保对诸如10^-3Pa以下的测量精确可靠，按图3 所示，将固定有两个受压位移方向与重力方向垂直的动电极1的带公共焊座引压口9组装在带有气泡式水平仪16的屏蔽壳15内，带有公共焊座引压口9的端部通过波纹管11延伸连接有使用安装引压口10，在使用安装引压口10上设置有调平机构，通过调整螺栓13微调使动电极1的受压位移方向与重力方向垂直。

调平机构主要由设置在支架12上的以90度分布的调整螺栓13、止退螺母14、波纹管11、气泡水平仪16等组成。具体操作步骤如下：在使用安装引压口10向下或向上安装后，用设置在支架12上的四个调整螺栓13进行微调，即用调整螺栓13两两对旋，顶在带公共焊座引压口9上，先调好一个方向，旋紧止退螺母14，再调整另一个方向，使动电极的受压位移方向与重力方向垂直。从设置在带公共焊座引压口9相对的外壳平面上的气泡水平仪16（水平尺和好多仪器设备上都有设置）确定是否调好，确保动电极立着。在引压口向上安装时，可用一小反射镜观察气泡水平仪16的气泡情况，进行调节。

图4所示是单个电容压力传感器的结构，带环口及焊座引压口18与动电极1、过渡焊接环8的材料相同，都是恒弹性耐腐蚀镍基合金制作。其中的过渡焊接环8、匹配外壳6上都设置有刃口焊口，匹配外壳6上设置有内环口，既是预留的膨胀间隙，也是抽真空气道间隙，用以缓冲膨胀应力与焊接热应力。