一种耐高温隔热压力传感器的制作方法

本申请涉及传感器技术领域，特别是涉及一种耐高温隔热压力传感器。

背景技术：

目前市场上大部分硅压阻式压力传感器耐温在175℃以下，温度限制的主要原因是传感器内部的电阻、电容、压力芯体的耐温范围在175℃以下。当这些压力传感器在瞬时高温的环境(如400℃/30min)下工作时，其内部电子元器件及压力芯体将会受到损坏，无法执行精准测量工作。为解决该技术问题，常通过结构改进或者材料改进的方式对外界环境温度进行有效的隔离，以保障传感器性能的稳定。而在众多改进中，如何进一步优化工艺、降低成本成为新的研究热点。

技术实现要素：

本申请提供一种耐高温隔热压力传感器，可以对外界环境温度进行有效的隔离，保障传感器性能的稳定，同时实现简化工艺或者降低成本的目的。

为解决上述技术问题，本申请提供一种耐高温隔热压力传感器，包括压力安装接头、与所述压力安装接头连接形成第一收容空间的第一套筒、设于所述第一收容空间内且与所述压力安装接头连接形成第二收容空间的第二套筒、设于所述第二收容空间内且与所述压力安装接头连接形成第三收容空间的第三套筒、设于所述第三收容空间内的压力传感器本体、以及设于所述第一套筒的远离所述压力安装接头端的电连接器，所述压力传感器本体与所述电连接器物理连接，所述第一套筒与所述第二套筒间隔设置，所述第一套筒的内表面与所述第二套筒的外表面之间填充气凝胶，所述第二套筒与所述第三套筒间隔设置，所述第二套筒的内表面与所述第三套筒的外表面之间填充相变材料。

优选的，所述第一套筒、所述第二套筒和所述第三套筒的外周壁上均设有第一保护层。

优选的，所述第一套筒的外周壁上还设有第二保护层，所述第二保护层包裹于所述第一保护层上，所述第二保护层为铝箔纸。

优选的，所述第一保护层为聚亚酰胺胶带。

优选的，所述耐高温隔热压力传感器还包括夹设于所述压力安装接头和所述第三套筒之间的转接环、以及设于所述转接环的靠近所述第三套筒侧的支撑架，所述压力传感器本体包括设于所述转接环上的压力敏感元件和设于所述支撑架上的信号处理元件，所述压力敏感元件的输出端穿过所述转接环后与所述信号处理元件的输入端连接。

优选的，所述第一套筒包括与所述压力安装接头连接的第一侧壁、与所述第一侧壁连接的第二侧壁、以及与所述第二侧壁配合连接的第一盖体，所述第二侧壁的直径小于所述第一侧壁的直径以形成第一台阶部，所述第一盖体包括端盖、自所述端盖边缘朝向所述第二侧壁方向弯折延伸的第三侧壁，所述第三侧壁至少部分结构与所述第一台阶部配合连接，所述电连接器穿设于所述端盖上，所述信号处理元件的输出端依次穿过所述第三套筒和所述第二套筒后与所述电连接器的输入端连接。

优选的，所述第二套筒包括与所述压力安装接头连接的套筒壁以及与所述端盖间隔设置且呈环状结构的第二盖体，所述第二盖体的内周缘与所述套筒壁连接，所述第二盖体的外周缘与所述第二侧壁连接，所述第二盖体与所述第二侧壁的内表面、所述第一侧壁的内表面、所述压力安装接头以及所述套筒壁的外表面围设形成用于填充所述气凝胶的第一填充腔。

优选的，所述压力安装接头包括与所述端盖相对设置且呈阶梯分布的第一表面、第二表面、第三表面和第四表面，所述第一侧壁与所述第一表面连接，所述套筒壁与所述第三表面连接，所述转接环夹设于所述第三套筒与所述第四表面之间，所述第一填充腔由所述第二表面与所述第一侧壁的内表面、所述第二侧壁的内表面、所述第二盖体以及所述套筒壁的外表面围设形成。

优选的，所述套筒壁包括与所述压力安装接头连接的第四侧壁、与所述第二盖体连接的第五侧壁、以及连接所述第四侧壁和所述第五侧壁的连接部，所述第五侧壁的直径小于所述第四侧壁的直径。

优选的，所述第三套筒内填充硅凝胶。

本申请的有益效果是：本发明的耐高温隔热压力传感器通过应用多层空间和隔热、吸热材料填充方式对外界瞬时高温环境进行有效的隔热，保障了压力传感器性能的稳定，成本低；同时，该耐高温隔热传感器结构简单，可以简化组装工艺，提升组装效率。

附图说明

图1是本发明实施例耐高温隔热压力传感器的结构示意图；

图2是图1中耐高温隔热压力传感器的分解结构示意图；

图3是图1中沿a-a方向的剖面结构示意图；

附图标记：耐高温隔热压力传感器100；第一套筒1；第一侧壁11；第二侧壁12；第一盖体13；端盖131；第三侧壁132；第一台阶部14；凸起15；第二套筒2；套筒壁21；第四侧壁211；第五侧壁212；连接部213；第二台阶部214；第二盖体22；第三套筒3；通孔31；密封盖32；压力安装接头4；第一表面41；第二表面42；第三表面43；第四表面44；第五表面45；压力传感器本体5；压力敏感元件51；信号处理元件52；电连接器6；转接环7；支撑架8。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1-3所示，本发明实施例提供了一种耐高温隔热压力传感器100，包括压力安装接头4、与所述压力安装接头4连接形成第一收容空间的第一套筒1、设于所述第一收容空间内且与所述压力安装接头4连接形成第二收容空间的第二套筒2、设于所述第二收容空间内且与所述压力安装接头4连接形成第三收容空间的第三套筒3、设于所述第三收容空间内的压力传感器本体5、以及设于所述第一套筒1的远离所述压力安装接头4端的电连接器6，所述压力传感器本体5与所述电连接器6物理连接。具体的，所述压力传感器本体5与所述电连接器6之间通过若干根线芯(图中未示出)连接，所述压力传感器本体5测得的压力信号通过所述线芯传递至所述电连接器6。

所述第一套筒1与所述第二套筒2间隔设置，所述第一套筒1的内表面与所述第二套筒2的外表面之间填充气凝胶(图中未示出)。外界温度通过第一套筒1传导至所述气凝胶，所述气凝胶通过自身极低的导热系数来进行隔热。所述第二套筒2与所述第三套筒3间隔设置，所述第二套筒2的内表面与所述第三套筒3的外表面之间填充相变材料(图中未示出)。相变材料具有储热的功能，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热。因此，当外界温度从第二套筒2传导至所述相变材料时，所述相变材料可以对这些热量进行吸收，以延长温度传递至设于第三收容空间内的压力传感器本体5的时间，使得所述压力传感器本体5在外界瞬时高温环境中性能稳定。

本发明通过应用多层空间和隔热、吸热材料填充方式对外界瞬时高温环境进行有效的隔热，保障了压力传感器本体5性能的稳定，成本低；同时，所述耐高温隔热传感器100结构简单，可以简化组装工艺，提升组装效率。

可选的，所述气凝胶的导热系数范围为0.013～0.019ww/m·k。

在本发明的一个实施方式中，所述第一套筒1、所述第二套筒2和所述第三套筒3的外周壁上均包裹有第一保护层(图中未示出)，以进一步提升隔热效果。可选的，所述第一保护层为聚亚酰胺胶带。

在本发明的另一个实施方式中，所述第一套筒1的外周壁上还设有第二保护层(图中未示出)，所述第二保护层包裹于所述第一保护层上。可选的，所述第二保护层为铝箔纸。

进一步的，请参阅图2-3所示，在本实施例中，所述耐高温隔热压力传感器100还包括夹设于所述压力安装接头4和所述第三套筒3之间的转接环7、以及设于所述转接环7的靠近所述第三套筒3侧的支撑架8。所述压力传感器本体5包括设于所述转接环7上的压力敏感元件51和设于所述支撑架8上的信号处理元件52，所述压力敏感元件51的输出端穿过所述转接环7后与所述信号处理元件52的输入端连接。

可选的，所述信号处理元件52为信号放大电路板，所述信号放大电路板上集成有信号放大电路。

具体的，在本实施例中，所述第三套筒3上设有通孔31，用于向所述第三套筒3内填充硅凝胶(图中未示出)，以对所述信号处理元件52上的电路水汽进行隔离。所述通孔31上对应设有密封盖32。

可选的，在本发明的其他实施方式中，所述信号处理元件52上设有温度传感器(图中未示出)，所述温度传感器用于实时监测外部环境温度变化时所述信号处理元件52的实际温度值。可选的，所述温度传感器的型号为pt1000。

进一步的，请参阅图2-3所示，在本实施例中，所述第一套筒1包括与所述压力安装接头4连接的第一侧壁11、与所述第一侧壁11连接的第二侧壁12、以及与所述第二侧壁12配合连接的第一盖体13。所述第二侧壁12的直径小于所述第一侧壁11的直径以形成第一台阶部14。所述第一盖体13包括端盖131、自所述端盖131边缘朝向所述第二侧壁12方向弯折延伸的第三侧壁132。所述电连接器6穿设于所述端盖131上，所述第三侧壁132至少部分结构与所述第一台阶部14配合连接以形成用于收容所述电连接器6一端的收容空间。通过设置所述第一盖体13，可以便于所述相变材料的填充操作。所述信号处理元件52的输出端依次穿过所述第三套筒3和所述第二套筒2后与所述电连接器6的输入端连接。

进一步的，请参阅图2-3所示，在本实施例中，所述第二套筒2包括与所述压力安装接头4连接的套筒壁21以及呈环状结构的第二盖体22，所述第二盖体22与所述端盖131间隔设置。所述第二盖体22的内周缘与所述套筒壁21连接，所述第二盖体22的外周缘与所述第二侧壁12连接。

所述第二盖体22与所述第二侧壁12的内表面、所述第一侧壁11的内表面、所述压力安装接头4以及所述套筒壁21的外表面围设形成用于填充所述气凝胶的第一填充腔。所述第三套筒3的外表面与所述转接环7、所述压力安装接头4、所述第二套筒2的内表面、所述第一盖体13的内表面以及所述电连接器6围设形成用于填充所述相变材料的第二填充腔。

进一步的，请参阅图2-3所示，在本实施例中，所述压力安装接头4包括与所述端盖131相对设置且呈阶梯分布的第一表面41、第二表面42、第三表面43和第四表面44。所述第一侧壁11与所述第一表面41连接，所述套筒壁21与所述第三表面43连接，所述转接环7夹设于所述第三套筒3与所述第四表面44之间。所述第一填充腔由所述第二表面42与所述第一侧壁11的内表面、所述第二侧壁12的内表面、所述第二盖体22以及所述套筒壁21的外表面围设形成。

更进一步的，请参阅图2-3所示，在本实施例中，所述压力安装接头4还包括与所述端盖131相对设置的第五表面45，所述第三表面43、所述第五表面45和所述第四表面44呈阶梯分布。所述第二填充腔由所述第五表面45与所述第二套筒2的内表面、所述第一盖体13的内表面、所述电连接器6、所述转接环7以及所述第三套筒3的外表面围设形成。

更进一步的，请参阅图2-3所示，在本实施例中，所述套筒壁21包括与所述压力安装接头4连接的第四侧壁211、与所述第二盖体22连接的第五侧壁212、以及连接所述第四侧壁211和所述第五侧壁212的连接部213，所述第五侧壁212的直径小于所述第四侧壁211的直径，以增大所述第五侧壁212与所述第二侧壁12之间的间距，从而有利于所述气凝胶的填充操作。

进一步的，请参阅图3所示，所述第五侧壁212上形成有用于与所述第二盖体22内周缘配合连接的第二台阶部214，所述第二侧壁12上形成有用于支撑所述第二盖体22外周缘的凸起15。通过设置所述第二台阶部214和所述凸起15，便于所述第二盖体22的安装。

本发明实施例提供的耐高温隔热压力传感器100通过设置与所述压力安装接头4配合连接且间隔设置的第一套筒1、第二套筒2和第三套筒3，以形成用于填充具有隔热功能的气凝胶和吸热功能的相变材料的空间，应用多层空间和隔热、吸热材料填充方式对外界瞬时高温环境进行有效的隔热，保障了压力传感器性能的稳定，成本低；同时，所述耐高温隔热传感器100结构简单，可以简化组装工艺，提升组装效率。

下面通过试验验证本实施例提供的耐高温隔热压力传感器100应对外界瞬时高温环境的效果。在本实施例中，所述气凝胶的导热系数为0.013～0.019ww/m·k。所述信号处理元件52上设有pt1000温度传感器，用于实时监测外部环境温度变化时所述信号处理元件52的实际温度值。具体试验设置如下：将所述耐高温隔热压力传感器100悬空放置在真空回流炉内部，设置所述真空回流炉内部的温度为400℃，当温度达到400℃后每隔2min实时记录所述pt1000温度传感器的读数，即所述信号处理元件52的实际温度值。监控结果如下表1所示：

表1耐高温隔热效果验证

实际应用中，要求在外界瞬时高温环境中，压力传感器的温度在30min内不超过120℃。从上表可知，本发明提供的耐高温隔热压力传感器在30min时，内部温度为101.83℃，满足要求。因此，本发明提供的耐高温隔热压力传感器可以对外界瞬时高温环境进行有效的隔热，保障压力传感器性能的稳定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。