阅读说明：本技术 柔性电极支撑结构 (Flexible electrode supporting structure ) 是由 郜晨希 林琳 王迪 郑旭 刘瑞琪 远雁 李超波 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种柔性电极支撑结构,该柔性电极支撑结构为圆环方波型结构,置于柔性电极外壳台阶处,用于支撑陶瓷定电极,并调节陶瓷定电极与金属动电极之间的电容距离。本发明提出的柔性电极支撑结构采用圆环方波结构,在高精度薄膜传感器中,柔性电极支撑结构作为连接媒介,在温度变化时,通过弹性形变来吸收和释放陶瓷与金属热膨胀系数不同引起的机械迟滞,可以有效避免金属动电极和陶瓷定电极热膨胀系数不同导致的机械迟滞。(The invention discloses a flexible electrode supporting structure which is of a circular ring square wave structure and is arranged at a step of a flexible electrode shell for supporting a ceramic fixed electrode and adjusting the capacitance distance between the ceramic fixed electrode and a metal moving electrode. The flexible electrode supporting structure provided by the invention adopts a circular square wave structure, and in a high-precision film sensor, the flexible electrode supporting structure is used as a connecting medium, so that mechanical hysteresis caused by different thermal expansion coefficients of ceramic and metal is absorbed and released through elastic deformation when the temperature changes, and the mechanical hysteresis caused by different thermal expansion coefficients of a metal moving electrode and a ceramic fixed electrode can be effectively avoided.)

柔性电极支撑结构

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种柔性电极支撑结构。

背景技术

电容式压力传感器通常使用金属膜片做成的动电极和以陶瓷等绝缘材料为基底的定电极构成。金属动电极与陶瓷定电极间隔有固定的电极结构，以便建立电容。虽然电容式压力传感器可以很好的固定定电极，但是随着时间的推移，例如温度的变化，几何结构可能会发生微小的变化。金属外壳的热膨胀系数通常大于陶瓷电极的热膨胀系数。因此，加热或冷却电容式传感器组件可以在组件内产生内应力，从而影响几何形状尤其是金属膜片与陶瓷定电极之间的距离。机械应力在加热或冷却过程中会在一定范围内累积，当应力足够大时，电极和壳体会相对运动以释放应力。这种运动的被称为“粘滑”或“机械滞后”。这些粘滑运动影响几何结构，并可能对电容传感器总成的精度产生不利影响，重复性较差，也无法预测和补偿。因此，需要设计一种电容式压力传感器电极柔性支撑，能够在较低压力下改善电极间隙控制，防止温漂等机械迟滞，从而提高压力传感器在较低压力下的测量能力。

现有技术中，通常采用一个I型支撑圆环来支撑陶瓷定电极，用一个超薄垫片来调整电容距离值，如图1所示，采用一个I型支撑圆环来支撑陶瓷定电极，缺点是单一支撑环在传感器温度变化时无法通过其弹性形变来抵消膨胀系数不同所带来的机械迟滞，超薄垫片太薄不易于加工，而且需要大量厚度梯度来调节寻找合适电容距离。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种柔性电极支撑结构，以解决金属动电极和陶瓷定电极热膨胀系数不同导致机械迟滞，从而影响金属膜片与陶瓷定电极之间距离值的问题。

(二)技术方案

一种柔性电极支撑结构，该柔性电极支撑结构为圆环方波型结构，置于柔性电极外壳台阶处，用于支撑陶瓷定电极，并调节陶瓷定电极与金属动电极之间的电容距离。

上述方案中，柔性电极支撑结构由低膨胀合金圆环冲压而成。

上述方案中，柔性电极支撑结构采用镍基合金材料制作而成。

上述方案中，柔性电极支撑结构，其弹性系数是陶瓷定电极压紧弹簧弹性系数5倍至10倍。

上述方案中，柔性电极支撑的弹性系数在2500N/mm至5000N/mm。

上述方案中，柔性电极支撑结构的展旋比大于2∶1。

(三)有益效果

1、本发明提供的柔性电极支撑结构采用圆环方波结构，在高精度薄膜传感器中，由于温度变化，陶瓷与金属热膨胀系数不同导致的机械迟滞，柔性电极支撑结构作为连接媒介，通过其在温度变化时，弹性形变来吸收和释放陶瓷与金属热膨胀系数不同引起的机械迟滞，可以有效避免金属动电极和陶瓷定电极热膨胀系数不同导致的机械迟滞。

2、本发明提供的柔性电极支撑结构通过调节定电极压紧弹簧的形变距离，即定电极与外壳上盖的距离来调节初始柔性支撑的距离，由于柔性支撑弹性系数远大于压紧弹簧弹性系数，压紧弹簧大形变可以变为柔性支撑的微小形变，更精确的控制电容间距。

3、本发明提供的柔性电极支撑结构采用圆环方波结构，可以保证第一腔室和第二腔室压力的平衡。

附图说明

图1为现有技术中调整电容距离方法示意图；

图2是依照本发明实施例的电容式压力传感器结构示意图；

图3是依照本发明实施例的柔性电极支撑结构。

附图标记说明：1：陶瓷定电极、2：超薄垫片、3：I型支撑圆环、4：外壳、11：第一腔室、12：上盖、13：外壳、14：陶瓷定电极、15膜片动电极、16：第二腔室、17：柔性电极支撑结构、18：压紧弹簧。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图3所示，图3是依照本发明实施例的柔性电极支撑结构，该柔性支撑结构为圆环方波型结构，由低膨胀合金圆环冲压而成。其置于外壳台阶处，起到支撑陶瓷定电极并通过该柔性支撑结构调节陶瓷定电极与金属动电极之间的电容距离。

柔性电极支撑结构在压力传感器中位置如图2所示，柔性电极支撑结构采用金属低膨胀合金材质，低膨胀合金为镍基合金如GH3600。该柔性电极支撑结构的弹性系数大于陶瓷定电极压紧弹簧弹性系数，具体的，柔性电极支撑的弹性系数在2500N/mm至5000N/mm，电容间距由柔性电极支撑结构的初始距离减去柔性电极支撑结构的形变距离，即

其中，d表示陶瓷定电极和金属动电极距离，H表示柔性支撑初始高度，k₁表示柔性电极压紧弹簧弹性系数，k₂表示柔性支撑弹性系数，h表示压紧弹簧压缩距离，即定电极与上盖间距。其中，k₁要远大于K₂，其比值范围为5倍至10倍，目的是：

(一)压紧弹簧压紧后，柔性支撑发生较小的形变，不会因为形变过大超出弹性范围引起误差；

(二)因为高精度测量电容需要电容间距越小越好，所以通过调整压紧弹簧压缩距离h来改变电容间距的距离。

本发明实施例的柔性电极支撑结构，柔性电极支撑结构展旋比大于2∶1，柔性电极支撑结构采用金属低膨胀合金材质，具体的可以是镍基合金，如GH3600，或者与动电极或者外壳材质一样。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。