[发明专利]基于PDMS压阻和不锈钢电容的耐蚀压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，尤其是涉及一种基于PDMS压阻和不锈钢电容的耐蚀压力传感器。

背景技术

压力监控是一个应用广泛的领域，在化工自动化、航空航天以及汽车工业中都有很重要的应用。压力传感器可以用来检测气缸的漏气，轮胎内压力，引擎内压力差、表面的温度差以及油压等。应用于这些领域的压力传感器不仅对于静态力和瞬态力等压力测量类型有明确的要求，而且往往工作在极度苛刻的环境下，需要有抗高温、耐腐蚀的能力。

目前常用的压力传感器包括压阻式传感器、电容式传感器、压电式传感器等。其中压阻式传感器是基于压阻效应制造的传感器，其特点在于加工简单，信号易于测量，尤其适合于静态力的测量；电容式传感器其特点是结构简单，灵敏度高，动态响应快，但是由于电荷泄漏难于避免，不适宜静态力的测量，但在瞬态力测量方面优势明显；压电式传感器基于压电效应制造的传感器，特点是体积小，动态响应快，但是也存在电荷泄漏，不适宜静态力的测量，且横向承载力较弱，并不适于恶劣环境下的压力检测。实现静态力和瞬态力的同时测量对于压力监控领域具有重要的科研价值和工程意义。

在化工自动化、航空航天等需要压力监控的领域，其工作环境往往非常恶劣，工作于这类环境下的压力传感器均需具备抗高温、耐腐蚀的能力，同时也要秉持高稳定、高可靠、低功耗、动态测试等的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PDMS压阻和不锈钢电容的耐蚀压力传感器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于PDMS压阻和不锈钢电容的耐蚀压力传感器，由耐蚀壳体、安装在耐蚀壳体内的PDMS压阻传感单元和不锈钢电容传感单元组合而成，其中：

1)耐蚀壳体包括中空的螺栓头、不锈钢隔膜、封盖和螺母依次装配成一个密闭的腔体；

2)PDMS压阻传感单元实现静态力的测量，从下至上依次由绝缘膜、PDMS压阻层和下表面具有检测电极的惰性橡胶上电极衬底组成；PDMS压阻传感单元的绝缘膜安装在耐蚀壳体的不锈钢隔膜上；

3)不锈钢电容传感单元实现瞬态力的测量，从下至上依次由中心开孔的不锈钢薄膜极板和后盾基板组成；不锈钢电容传感单元的不锈钢薄膜极板安装在PDMS压阻传感单元的惰性橡胶上电极衬底上，耐蚀壳体的封盖下底面安装在不锈钢电容传感单元的后盾基板上。

PDMS压阻层中心具有四片PDMS力敏感构件，均呈75°的扇形，围成一个直径为3mm的圆环；四片PDMS力敏感构件为并联结构且通过电气回路相互连接；惰性橡胶上电极衬底下表面检测电极的中心输入端T₀和四周的输出端T₁～T₄的电路与四片PDMS力敏感构件构成四个压阻单元，其阻值分别表示为R₁、R₂、R₃、R₄，形成并联回路,力敏感构件呈扇形分布，可有效缓解压力作用不均匀导致的测量偏差。

中心开孔的不锈钢薄膜极板作为不锈钢电容传感单元的下极板，直径为10mm，薄膜极板厚度为100μm，中心开孔直径为5mm，中心开孔的深度为20μm。后盾基板作为不锈钢电容传感单元的上极板，由在超高硬度的碳化钨衬底下表面涂覆绝缘层加工而成，绝缘层朝向中心开孔的不锈钢薄膜极板一侧。

电容传感单元分为非接触式测量和接触式测量两个阶段，当压力值不大时，不锈钢薄膜不会接触到后盾基板，为非接触式测量；当压力值增大使得不锈钢薄膜接触到后盾基板后，传感单元进入接触式测量阶段，该方法有效提高压力测量范围。

本发明具有的有益效果是：

1)采用PDMS和不锈钢材料设计了耐蚀压力传感器，集合了压阻式和电容式两种力敏感单元，有效实现静态力和瞬态力的二阶量测量，提高测量效率和精度。

2)选用SS316不锈钢作为传感器壳体，其优良的固态应变、动态性能、强耐腐蚀性等特点满足了传感器在腐蚀性气体及液体下的压力测量要求，可广泛应用于航空航天、化工自动化控制等领域。

附图说明

图1是本发明传感器结构示意图。

图2是本发明耐蚀壳体三维分解图。

图3是本发明PDMS压阻传感单元分层示意图。

图4是本发明PDMS压阻层二维平面图。

图5是本发明PDMS压阻传感单元惰性橡胶上电极衬底仰视图。

图6是本发明不锈钢电容传感单元分层示意图。

图7是本发明不锈钢电容传感单元剖面图。