一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器
阅读说明：本技术 一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器 (Capacitance pressure sensor for reducing welding stress of pressure sensing film ) 是由 裴晓强 成永军 孙雯君 丁栋 习振华 董猛 吴成耀 宋伊 高洁 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器,通过增加了感压薄膜专用机架,并将感压薄膜与感压薄膜专用机架独立焊接,独立结构的感压薄膜机架与上下机架体接触部分少,受到机架体的热冲击及机械振动影响较小,因此消除了传统结构感压薄膜与机架之间的二次焊接应力,改善了因机械应力、温度等引起的感压薄膜与金属外壳之间的应力对测量的影响,显著减小了感压薄膜与金属外壳边缘之间产生的寄生电容,提高了电容薄膜压力计测量精度。(The invention discloses a capacitance pressure sensor for reducing welding stress of a pressure sensing film, which is characterized in that a special rack for the pressure sensing film is additionally arranged, the pressure sensing film is independently welded with the special rack for the pressure sensing film, the contact part of the pressure sensing film rack with an independent structure with an upper rack body and a lower rack body is less, and the influence of thermal shock and mechanical vibration of the rack bodies is less, so that secondary welding stress between the pressure sensing film and the rack with the traditional structure is eliminated, the influence of stress between the pressure sensing film and a metal shell caused by mechanical stress, temperature and the like on measurement is improved, parasitic capacitance generated between the pressure sensing film and the edge of the metal shell is remarkably reduced, and the measurement precision of a capacitance film pressure meter is improved.)
技术领域
本发明属于机械设计和真空计量技术领域，具体涉及一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器。
背景技术
电容薄膜真空计是一种利用弹性膜片在压差作用下产生位移，引起电极和膜片之间距离的变化，导致电容量发生改变，通过测量电容的变化，实现真空度测量的仪器。它具有测量准确度高、线性好、输出的重复性和长期稳定性好、能够测量气体和蒸汽的全压力，测量结果与气体成分和种类无关等诸多优点，在真空计量、微电子工业、表面处理、等离子体测量、航空航天、高能物理、可控热核聚变等领域得到广泛应用。电容压力传感器是电容薄膜真空计的物理单元，其焊接应力、机械振动和热冲击是影响电容压力传感器加工和使用的主要因素，电容薄膜压力传感器在制造和使用过程中的焊接应力、机械振动和热冲击会使机架体发生形变，使得感压薄膜发生形变，从而导致固定电极板与感压薄膜之间标称间距发生变化而影响测量精度。
焊接应力是影响电容压力传感器加工和使用的主要因素，电容压力传感器在制造和使用过程中的焊接应力使得感压薄膜直接发生形变，从而导致电极板与薄膜之间标称间距的变化从而影响测量精度。传统电容压力传感器中感压薄膜必须进行二次焊接，即感压薄膜先焊接在下机架上，然后再次与上机架进行焊接。这种设计的不足之处在于其二次焊接对感压薄膜的影响非常大，会造成感压薄膜的进一步变形，导致感压薄膜与机架间的相对位移。此外，感压薄膜焊接在上下机架之间，其边缘与机架之间会引入产生寄生电容，引起的虚假电容改变量进一步影响测量精度，从而影响测量的准确度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器，能够有效减小传统电容薄膜真空计二次焊接应力造成的感压薄膜变形，同时减小感压薄膜边缘寄生电容对测量的影响，可长期维持感压薄膜的位置稳定性，从而提高测量精度和准确度。
本发明提供的一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器，包括：引出电极杆、底板、参考腔室、卡箍、固定电极、感压薄膜、感压薄膜专用机架、下机架、测量腔进气口、测量腔室及上机架；
所述上机架内部呈上宽下窄的台阶状结构、在台阶处形成限位卡台，与所述限位卡台搭接的所述固定电极的下表面外侧与限位卡台的形状对应，所述底板与所述卡箍使所述固定电极与上机架内部密闭连接，所述底板与所述上机架的上端开口固定连接；所述底板、所述卡箍及所述固定电极形成所述参考腔室；所述参考腔室具有贯穿所述底板的进气口；所述固定电极具有贯穿所述底板的所述引出电极杆；
所述感压薄膜专用机架的外侧呈上窄下宽的台阶状结构，所述感压薄膜专用机架的较宽外壁与所述下机架内部密闭连接，所述感压薄膜专用机架具有较宽外壁的一端与所述下机架底端内壁密闭连接，所述感压薄膜专用机架具有较窄外壁的一端与所述感压薄膜焊接连接，所述下机架开设所述测量腔进气口；所述感压薄膜、感压薄膜专用机架及下机架内壁形成所述测量腔室；
所述上机架与所述下机架焊接连接。
进一步地，所述感压薄膜由合金材料制造。
进一步地，所述感压薄膜由Inconel600合金制造。
进一步地，所述感压薄膜由3J58合金制造。
进一步地，所述上机架及所述下机架均由金属材料制成。
有益效果：
本发明通过增加了感压薄膜专用机架，并将感压薄膜与感压薄膜专用机架独立焊接，独立结构的感压薄膜机架与上下机架体接触部分少，受到机架体的热冲击及机械振动影响较小，因此消除了传统结构感压薄膜与机架之间的二次焊接应力，改善了因机械应力、温度等引起的感压薄膜与金属外壳之间的应力对测量的影响，显著减小了感压薄膜与金属外壳边缘之间产生的寄生电容，提高了电容薄膜压力计测量精度。
附图说明
图1为本发明提供的一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器的结构示意图。
其中，1-引出电极杆，2-底板，3-参考腔室，4-卡箍，5-固定电极，6-感压薄膜，7-感压薄膜专用机架，8-下机架，9-测量腔进气口，10-测量腔室，11-上机架。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供的一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器，其结构如图1所示，具体包括：引出电极杆1、底板2、参考腔室3、卡箍4、固定电极5、感压薄膜6、感压薄膜专用机架7、下机架8、测量腔进气口9、测量腔室10及上机架11。
其中，引出电极杆1、底板2、卡箍4、固定电极5与上机架11组成电容压力传感器的上半部分，上机架11内部呈上宽下窄的台阶状结构、在台阶处形成限位卡台，与限位卡台搭接的固定电极5的下表面外侧与限位卡台的形状对应，底板2与卡箍4限定固定电极5沿上机架11轴向的位置，固定电极5与上机架11内部密闭连接，底板2与上机架11的上端开口固定连接。底板2、卡箍4及固定电极5形成参考腔室3，参考腔室3具有贯穿底板2的进气口；固定电极5具有贯穿底板2的引出电极杆1。
感压薄膜6、感压薄膜专用机架7、下机架8、测量腔进气口9、及上机架11组成电容压力传感器的下半部分，感压薄膜专用机架7的外侧呈上窄下宽的台阶状结构，感压薄膜专用机架7的较宽外壁与下机架8内部密闭连接，感压薄膜专用机架7具有较宽外壁的一端与下机架8底端内壁密闭连接，感压薄膜专用机架7具有较窄外壁的一端与感压薄膜6密闭连接，下机架8开设通孔即为测量腔进气口9。感压薄膜6、感压薄膜专用机架7及下机架8内壁形成测量腔室10。
上机架11与下机架8密闭连接。
本发明提供的一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器的感压薄膜一般由高弹性合金材料制造而成，如Inconel600合金镍-铬-铁基固溶强化合金或3J58弹性合金等；机架体由金属材料制成，一般与感压薄膜材质相同。
本发明提供的一种减小感压薄膜焊接应力的电容压力传感器，在安装过程中，感压薄膜独立焊接在专用机架上，感压薄膜仅与专用机架进行一次焊接。焊接了感压薄膜后的专用机架与传感器下机架进行焊接，下机架再与传感器上机架进行焊接，从而完成传感器的组装。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。