Емкостный датчик давления и способ его изготовления

 

COOS СОВЕТСНИХ

РЕСГВЬЛИН

А1 (1% ОИ

f5)) 5 G 01 1 9/12

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 465 4278/1 0 (22) 23. 02. 89 (46) 30. 05. 91. Бюл. ¹ 20 (72) Е.М. Белозубов (53) 531.787(088.8) (56) Патент США № 4562742, кл. G 01 L 9/12, 1980.

Фиг.5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (54) RMKOCTHblA ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ EIQ ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частно сти к емкостным датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия повышенных температур. Целью изобретения является обеспечение ра-. ботоспособности при повышенных температурах и повышение технологичности за счет воэможности применения более тугоплавких материалов, обеспечения надежно го кон тактиров ания выводных проводников с контактными площадками электродов при их разогреве до сравнительно невысокой температуры. Цель достигается тем, что формируют на упругом элементе 1 и

2 пластине 2 тонкопленочные металлические электроды 3-6 с контактными площадками. Размещают выводные проводники на контактных площадках. Одновременно с формированием электродов формируют на упругом элементе и пластине в областях, противолежащих контактным площадкам пластины и упругого элемента соответственно, электрически изолированные контактные площадки толщиной, равной толщине электродов, выполняют выводные проводни-. ки толщиной, равной межэлектродному зазору, помещают их между упругим элементом и пластиной равномерно по периферии упругого элемента, прижимают пластину к упругому элементу усилием, приложенным к центру пластины, определенной по представленному соотношению, Иестко закрепляют пластину на упругом элементе, прекращают действие усилия, вакуумируют датчик, нагревают его до максимально допустимой рабочей температуры, выдерживают его в течение не менее

5 мин при воздействии вакуума и температуры и герметизируют его при этих условиях. 2 с.п.ф-лы, 5 ил.

1652839

Изобретение относится к измери" тельной. технике, в частности к емкостным датчикам, предназначенным для использования в различных облас5 тях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия повышенных температур.

Целью изобретения является обеспечение работоспособности при повышенных температурах и повышение техноло гично с ти.

На фиг, 1 дана конструкция датчика; на фиг. 2-5 — различные станции изготовления емкостного датчика давления.

Датчик включает упругий элемент пластину 2, тонкопленочные металличе ские эле к троды 3- 6 с ко н так тным и площадками 7-9 (фиг. 1). На упругом элементе и пластине в областях, противолежащих контактным площадкам пластины и упругого элемента, соответственно сформированы электрически изолированные контактные площадки 10-12 толщиной, равной толщине электродов. Выводные проводники 13 расположены упругим элементом и пластиной и размещены на контактных площадках таким образом, чтобы они одной поверхностью .касались контактной площадки, а другой электрически изолированной контактной площадки.

Емкостный датчик давления работает следующим образом.

Измеряемое давление воздействует на упругий элемент 1. Под воздействием давления он прогибается, а следовательно, прогибается и жесткий 40 центр и расположенный в области жесткого центра подвижный электрод 3 измерительного конденсатора. В результате этого межэлектродный зазор измерительного конденсатора, образо- 45 ванный подвижным электродом 3 и неподвижным электродом 5, уменьшается, а его емкость, соответственно, увеличивается. По изменению емкости судят о давлении.

Сущность способа изготовления датчика заключается в следующем.

Вь,водные проводники распределяют равномерно по периферии упругого элемента (фиг. 2,3,4). Прижимают плас55 тину к упругому элементу усилием, приложенным к центру пластины (фиг,ЗК

Величина усилия определяется в соответствии с заявляемым соотношением.

Жестко закрепляют пластину на упругом элементе, например, при помощи сварки. Зоны закрепления 14 выполняют на одинаковом расстоянии от выводных проводников. Прекращают воздействие усилия. Далее приступают к операции вакуумирования, Предварительно помещают упругий элемент и пластину в корпус 15 с герметирующим отверстием 16, приваривают выводной проводник 13 K контакту 17.

Помещают датчик в установку электронно-лучевой сварки, со здают в камере вакуум 10 Па. Нагревают его до максимально допустимой рабочей темо пературы +800 С. Нагрев датчика в вакууме приводит к испарению окислов, нитридов и гидридов внутренней поверхности датчика и, что особенно важно, с поверхности электродов и выводных проводников. 1<роме то го, при воздействии температуры и вакуума в определенной степени уменьшается содержание окислов, нитридов и гидридов и во внутренних объемах металла, что приводит к качественному обезгаживанию внутреннего объема, а в том числе и межэлектродного зазора датчика.

Одновременно с процессами обезгаживания, удаления окислов, нитридов и гидридов происходит процесс взаимной диффузии материалов контактной площадки и выводных проводников под воздействием усилия температуры и вакуума, т.е. происходит процесс диффузионной сварки в вакууме выводных проводников и контактных площадок электродов. Выдерживают датчик при воздействии вакуума и температуры не менее 5 мин для полного завершения выше перечисленных процессов.

Способ изготовления позволяет проводить операции присоединения выводных проводников к контактным площадкам вакуумирования и герметизации на одной установке и, кроме того, обеспечить работоспособность емкостного датчика при температурах +800 С

Преимуществом способа изготовле" ния емкостного датчика давления является обеспечение работоспособности при повышенных в 2 раза температурах за счет воэможности применения более тугоплавких материалов, обеспечения надежного контактирования выводных проводников с контактными площадками при их разогреве до сравнительно невысокой температуры, мень15

Формула изо 6 ре те н ия

1. Емкостный датчик давления, содержащий корпус, воспринимающий давление упругий элемент, на котором выполнены электроды и контактные площадки, соединенные с электродами, закрепленную на упругом элементе с межэле кт родным зазором пластину, на ко то рой выполнены о тве тные зле ктроды и соединенные с ними контактные площадки, выводные проводники, соединенные с контактными площадками и соответствующими гермовыводами, отличающий сятем,что,с целью расширения рабочего диапазона температур и повышения технологичности, в нем на упругом элементе и пластине выполнены дополнительные

25

30 изолированные контактные площадки, причем до полните ль ные из о лиров анные контактные площадки расположены под соответствующими контактными площадками, соединенными с электродами, и ° выполнены толщиной, равной толщине электродов, при этом толщина вывод35

5 1 6528 шей температуры плавления соединяемых материалов. Другим преимуществом изобретения является повышение технологичности из-за отсутствия повреждения диэлектрика и за счет про5 ведения присоединения выводных проводников к контактным площадкам одновременно с вакуумированием и герме тизацией. 10

Кроме того, улучшае тся стабильность характеристик за счет лучшего обезгаживания внутренней полости датчика.

39 ных проводников равна толщине межэлектродного зазора.

2. Способ изготовления емкостного датчика давления, заключающийся в формировании на упругом элементе и пластине тонкопленочных металлических электродов с контактными площадками, размещении выводных проводников, закреплении пластины на упругом элементе, вакуумировании и герметизации полости датчика, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона температур датчика и повышения технологичности, одновременно с формированием электродов формируют на упруroM элементе и пластине дополнительные изолированные контактные площадки, размещают выводные проводники между контактными площадками и дополнительными изолированными контактными площадками, прижимают пластину к упругому элементу усилием, приложенным к центру пластины, величиной, определяемой из соотношения Г = 3 ° S ° G где S — площадь контактирования выводного проводника и контактной площадки, G — предел текучести материала контактной площадки при максимальной рабочей температуре датчика, а затем после жесткого закрепления пластины на упругом элементе прекращают действие усилия, при этом при вакуумировании полости датчика нагревают датчик до максимальной рабочей температуры, выде ржив ают в течение не менее 5 мин и герметизируют полость датчика при этих условиях

1652839

Фиг.7

1 652839

Ь-Ь пйсрнуто

Составитель О. Слюсарев

Редактор К. Крупкина Техред Л. Сердюкова Корректор Н, Ревская,.

Заказ 1767 Тираж 362 Поднисвое

ВНИИПИ Государствеяного комитета по изобретенияи и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, И-35, Раушская наб. ° ц. 4/5

Производственно-издательский «омбинат "Патеят", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101