一种耐高压的温度压力一体化传感器的制作方法

1.本实用新型涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种耐高压的温度压力一体化传感器。


背景技术：

2.温度传感器和压力传感器是传感器行业使用量最大的两种传感器，而且两者在很多场合需要一起使用，例如测量管道中液体的温度和压力，传统方式需要安装一个压力传感器，一个温度传感器，十分不便，尤其在空间有限的地方，温压一体传感器便能展现出其独特的优良性能。
3.本实用新型所采用的压阻式压力传感器广泛应用于航空航天、汽车电子、工业控制等领域。基于mems(微机械系统)的压阻式压力芯片具有精度高、成本低、稳定性好等特点。压阻芯片通过粘接、金丝键合、充油等工艺步骤后封装成压力传感器芯体，将芯体置于传感器结构内，通过激光焊接使其固定和达到密封效果，再将后端电路与芯体管脚连接，通过电路中的调理芯片对传感器进行温度补偿，从而使被测压力转换为所需的数字或模拟信号输出，最后激光焊接外壳、壳帽等，使传感器电路部分与外界环境隔绝。
4.温度传感器采用铂热电阻，其阻值会随温度的变化而变化，广泛应用于医疗、电子、工业等领域。将温度、压力两种传感器通过特殊结构结合在一起，便构成了温压一体化传感器，可是在现有技术中，现有技术的缺点为耐受压力较低并且温度测量响应较慢，因此我们提出了一种耐高压的温度压力一体化传感器。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种耐高压的温度压力一体化传感器，以解决现有的压力传感器耐受压力较低并且温度测量响应较慢的问题。
6.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本技术提供了一种耐高压的温度压力一体化传感器，包括：
7.压力接口，所述压力接口的上端左侧开有安装槽，且安装槽的内部密封安装有烧结基座，并且烧结基座的下端设有压力检测机构，所述压力检测机构包括波纹膜片、陶瓷绝缘罩、压力芯片和压环；
8.温度探头底座，所述温度探头底座密封连接在压力接口的下端外侧，且温度探头底座的上端内侧连接有温敏电阻和实现温敏电阻电气连接的三号电路板；
9.一号电路板，所述一号电路板的下端通过排针连接有二号电路板，且二号电路板的下端通过螺钉和单头六角铜柱安装在压力接口上端，并且压力芯片和三号电路板均与二号电路板电连接。
10.可选地，所述压力接口的左侧开有压力传递通道，且压力传递通道与安装槽相连通。
11.可选地，所述烧结基座的下端设有安装腔体，且安装腔体的内腔上部设有压力芯
片与烧结基座粘接固定，且压力芯片的外侧下部设有陶瓷绝缘罩，所述陶瓷绝缘罩也与烧结基座粘接固定。
12.可选地，所述安装腔体的下端设有波纹膜片，且波纹膜片上表面的外侧与烧结基座的底面贴合，再将压环的上表面与波纹膜片的下表面外侧贴合，三者通过激光焊接密封固定。
13.可选地，所述烧结基座的外侧开有硅油注入通道，且硅油注入通道的上部插接有销钉，并且硅油注入通道的下端与安装腔体相连通。
14.可选地，所述烧结基座的内部烧结有管脚，且管脚下端与压力芯片上的输入输出端相连，并且管脚上端与二号电路板的输入输出端相连。
15.可选地，所述压力接口的外侧上部焊接有外壳，且外壳的上端焊接有壳帽。
16.可选地，所述一号电路板的上端焊接有屏蔽线缆，所述屏蔽线缆插接在壳帽中部插接孔，并且屏蔽线缆与插接孔之间固定套接有铜柱，使用液压钳将线缆与铜柱重合部分压紧，使屏蔽线缆密封固定。
17.本实用新型的有益效果为：
18.通过设备的整体结构，通过硅油注入通道在芯体的波纹膜片和压力芯片之间的腔体内填充满性质稳定的硅油，注入硅油后通过销钉密封，通过波纹膜片和硅油来传递力作用于压力芯片上，此方式可以避免压力芯片与被测介质直接接触造成芯片腐蚀，拓展了传感器的介质使用范围，并且将温敏电阻置于压力接口螺纹端，与传统的将温敏电阻置于压力芯体内部比较，极大的提高了温度传感器的响应速率。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为本实用新型实施例的整体结构剖视图。
21.图2为本实用新型实施例的俯视剖视图。
22.图3为本实用新型实施例的内部结构图。
23.图4为本实用新型实施例的电路图。
24.图中标记：1.压力接口、2.波纹膜片、3.陶瓷绝缘罩、4.压力芯片、5.烧结基座、6.二号电路板、7.一号电路板、8.外壳、9.屏蔽线缆、10.铜柱、11.壳帽、12.排针、13.螺钉、14.单头六角铜柱、15.销钉、16.压环、17.三号电路板、18.温敏电阻、19.温度探头底座。
具体实施方式
25.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的一部分实施例，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作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。
26.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后
……
仅
用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
27.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
28.另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
29.现有技术中，温度传感器和压力传感器是传感器行业使用量最大的两种传感器，而且两者在很多场合需要一起使用，例如测量管道中液体的温度和压力，传统方式需要安装一个压力传感器，一个温度传感器，十分不便。
30.为了解决上述问题，本实用新型提出一种耐高压的温度压力一体化传感器用于解决现有技术中压力传感器耐受压力较低并且温度测量响应较慢的问题。
31.如图1至图4所示，本实施例提供了一种耐高压的温度压力一体化传感器，包括：
32.压力接口1，所述压力接口1的上端左侧开有安装槽，且安装槽的内部密封安装有烧结基座5，并且烧结基座5的下端设有压力检测机构，所述压力检测机构包括波纹膜片2、陶瓷绝缘罩3、压力芯片4和压环16；
33.温度探头底座19，所述温度探头底座19密封连接在压力接口1的下端外侧，且温度探头底座19的上端内侧连接有温敏电阻18和实现温敏电阻18电连接的三号电路板17；
34.一号电路板7，所述一号电路板7的下端通过排针12连接有二号电路板6，且二号电路板6的下端通过螺钉13和单头六角铜柱14安装在压力接口1上端，并且压力芯片4和三号电路板17均与二号电路板6电连接。
35.具体而言：首先将烧结基座5、压力芯片4、陶瓷绝缘罩3、波纹膜片2、压环16和销钉15通过硅橡胶粘接、激光焊、电阻焊等工艺封装成为压力芯体，通过硅油注入通道在芯体的波纹膜片2和压力芯片4之间的腔体内填充满性质稳定的硅油，注入硅油后通过销钉15密封，通过波纹膜片2和硅油来传递力作用于压力芯片4上，此方式可以避免压力芯片4与被测介质直接接触造成芯片腐蚀，拓展了传感器的介质使用范围。
36.其次将温敏电阻18锡焊至三号电路板17上，然后将三号电路板17安装在温度探头底座19上，用两根线缆分别将温敏电阻18电极两端引出，再将温度探头底座19激光焊接至压力接口1上，线缆顺着压力接口1的斜孔引出连接在二号电路板6上，温度传感器即制备完成。将温敏电阻18置于压力接口1螺纹端，与传统的将温敏电阻18置于压力芯体内部比较，极大的提高了温度传感器的响应速率。
37.通过螺纹连接将压力芯体装配至压力接口1上，再进行激光焊接，双重连接方式保证结构强度和密封性，压力源通过压力接口1的压力传递通道作用于芯体的波纹膜片2上，继而作用于压力芯片4，然后将封装好电子元器件的二号电路板6通过单头六角铜柱14和螺钉13装配在压力接口1上，芯体管脚穿过二号电路板6用于压力芯片4与二号电路板6的电连接，单头六角铜柱14将二号电路板6限位，保证二号电路板6与芯体的绝缘，同时单头六角铜柱14和螺钉13的连接方式使二号电路板6安装更可靠，抗震动能力提高，再将封装好电子元器件的一号电路板7通过排针锡焊连接装配在二号电路板6上，以上步骤完成后就可以对传感器进行温度补偿、调试、测试。
38.待测试完成并且性能达标，最后进行壳体装配，通过激光焊接将外壳8焊接至压力接口1上，然后将屏蔽线缆9穿过铜柱10后装配至壳帽11上，使用液压钳压紧铜柱10与屏蔽线缆9重合部分，再将屏蔽线缆9锡焊至一号电路板7上，最后激光焊接壳帽11与外壳8，整表即装配完成。
39.在本实施例中，如图1所示：所述压力接口1的左侧开有压力传递通道，且压力传递通道与安装槽相连通。
40.具体而言：压力传递通道为被测介质的进入口，被测介质进入后会挤压波纹膜片2。
41.在本实施例中，如图1所示：所述烧结基座5的下端设有安装腔体，且安装腔体的内腔上部设有压力芯片4与烧结基座5粘接固定，且压力芯片4的外侧下部设有陶瓷绝缘罩3，所述陶瓷绝缘罩3也与烧结基座5粘接固定。
42.具体而言：烧结基座5、压力芯片4、陶瓷绝缘罩3、波纹膜片2、压环16和销钉15通过硅橡胶粘接、激光焊、电阻焊等工艺封装成为压力芯体，从而能够对进入的被测介质进行压力检测。
43.在本实施例中，如图1所示：所述安装腔体的下端设有波纹膜片2，且波纹膜片2上表面的外侧与烧结基座5的底面贴合，再将压环16的上表面与波纹膜片2的下表面外侧贴合，三者通过激光焊接密封固定。
44.具体而言：波纹膜片2在受被测介质挤压后，会挤压波纹膜片2和压力芯片4之间的腔体内填充的硅油，硅油被挤压后，压强改变对压力芯片4进行挤压，即可检测外部的压力。
45.在本实施例中，如图1所示：所述烧结基座5的外侧开有硅油注入通道，且硅油注入通道的上部插接有销钉15，并且硅油注入通道的下端与安装腔体相连通。
46.具体而言：销钉15为了密封硅油注入通道的上端。
47.在本实施例中，如图1和图3所示：所述烧结基座5的内部烧结有管脚，且管脚下端与压力芯片4上的输入输出端相连，并且管脚上端与二号电路板6的输入输出端相连。
48.具体而言：二号电路板6能够对压力芯片4和三号电路板17传递的电信息进行处理。
49.在本实施例中，如图1和图2所示：所述压力接口1的外侧上部焊接有外壳8，且外壳8的上端焊接有壳帽11。
50.具体而言：外壳8和壳帽11组成的整体，能够对压力接口1的上侧进行密封，并且也是为了对压力接口1的上部部件进行防护。
51.在本实施例中，如图1所示：所述一号电路板7的上端焊接有屏蔽线缆9，所述屏蔽
线缆9插接在壳帽11中部插接孔，并且屏蔽线缆9与插接孔之间固定套接有铜柱10，使用液压钳将屏蔽线缆9与铜柱10重合部分压紧，使屏蔽线缆9密封固定。
52.具体而言：屏蔽线缆9可完成传感器与外部控制系统的电连接，达到传感器供电与压力检测的目的，同时采用铜柱10压紧屏蔽线缆9，可达到密封的目的，使内部结构、电路与外部环境隔绝，防止腐蚀，延长传感器使用寿命。
53.压力传感器测量压力时，被测介质通过压力接口1上的压力传递通道进入，作用于传感器芯体中的波纹膜片2上，就会挤压波纹膜片2，波纹膜片2就会将挤压的力通过安装腔体内部注入的硅油传递给压力芯片4，即安装腔体内部注入硅油后通过销钉15进行密封，内部硅油受到波纹膜片2挤压后，会把这个挤压力传递给压力芯片4，压力芯片4利用压阻效应，将感受到的压力转换为电阻阻值的变化，其等效电路如图4所示，压力芯片4集成了4个压敏电阻，构成惠斯通电桥，当压力作用时，r1与r3电阻值增大，r2与r4电阻值减小，外部电源通过屏蔽电缆线9给传感器供电，电压转换芯片将外部电压转换为稳定的基准电压信号(+5v电源电压)提供给温度补偿调理芯片，再通过温度补偿调理芯片的内部激励电压vs提供给压力芯片4，压力变化时，压力芯片4的输出信号v0反馈给温度补偿调理芯片，温度补偿调理芯片再将补偿后的输出信号通过屏蔽电缆线9输送至外部电路，监测外部线缆的输出信号，即可完成压力测量功能，电压转换芯片和温度补偿调理芯片分别焊接在一号电路板7和二号电路板6上；
54.测量温度时，在温度探头底座19内部安装三号电路板17，再将一个pt1000铂热电阻锡焊至三号电路板17上，即温敏电阻18为pt1000铂热电阻，温敏电阻18是利用铂丝的电阻值随着温度的变化而变化这一基本原理设计和制作的，根据温度不同阻值不同，将铂热电阻接入电路中，给电阻恒压供电，通过观测其电流随温度的变化值，再通过欧姆定律r＝u/i计算出阻值，对照pt1000的阻值和温度关系表即可完成温度测量。
55.以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。