Емкостный датчик давления и способ его изготовления

(19) ИИ 01)5 С 01 1 9/12 ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВГОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Патент США 9 4562742,кл. С 01 1. 9/12, 1980,игЗ ГОСУДИфСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И 03 НРЫТИЯМПРИ ЮНТ СССР(54) ЕМКОСТНЫИ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частно сти к емкостным датчикам, предназначеннымдля использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия повышенных температур. Цельюизобретения является обеспечение ра-.ботоспособности при повышенных температурах и повышение технологичности за счет воэможности примененияболее тугоплавких материалов, обеспеченияя надежно го ко н так тиров аниявыводных проводников с контактнымиплощадками электродов при их разогреве до сравнительно невысокой температуры, Цель достигается тем, чтоформируют на упругом элементе 1 и 2пластине 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 представлен" ному 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.Изобретение относится к измери" тельной, технике, в частности к емко стным датчикам, предназначенным для использования в различных облас 5 тях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия повышенных температур,Целью изобретения является обеспечение работоспособности при повы"шенных температурах и повышение техноло гично с тиНа фиг, 1 дана конструкция датчика; на фиг. 2-5 - различные станцииизготовления емкостного датчика давления.Датчик включает упругий элементпластину 2, тонкопленочные металлические электроды 3-6 с контактнымиплощадками 7-9 (фиг. 1), На упругомэлементе и пластине в областях, противолежащих контактным площадкампластины и упругого элемента, соответственно сформированы электрически изолированные контактные площадки 10-12 толщиной, равной толщинеэлектродов, Выводные проводники 13расположены упругим элементом и пластиной и размещены на контактных площадках таким образом, чтобы они одной поверхностью касались контактнойплощадки, а другой электрически изолированной контактной площадки,Емкостный датчик давления работает следующим образом.Измеряемое давление воздействуетна упругий элемент 1, Под воздействием давления он прогибается, а следовательно, прогибается и жесткий 40центр и расположенный в области жесткого центра подвижный электрод 3 измерительного конденсатора. В результате этого межэлектродный зазор измерительного конденсатора, образованный 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 распределяютравномерно по периферии упругого элемента (фиг. 2,3,4). Прижимают плас 55тину к упругому элементу усилием,приложенным к центру пластины (Фиг,ЗКВеличина 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 к контакту 17. Помещают датчик в установку электронно-лучевой сварки, создают в камерее вакуум 10 Па. Нагрев ают е го до максимально допустимой рабочей темопературы +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 фСПреимуществом способа изготовле" ния емкостного датчика давления яв" ляется обеспечение работоспособности при повышенных в 2 раза температурах за счет воэможности применения более тугоплавких материалов, обеспечения надежного контактирования вы" водных проводников с контактными площадками при их разогреве до сравнительно невысокой температуры, мень39 20 25 ЗО 35 5 1 6528 шей температуры плавления соединяемых материалов. Другим преимуществом изобретения является повышение технологичности из-за отсутствия повреждения диэлектрика и за счет про 5 ведения присоединения выводных проводников к контактным площадкам одновременно с вакуумированием и герметизацией. 10Кроме того, улучшается стабильность характеристик за счет лучшего обезгаживания внутренней полости датчика. 15Формула изобретения 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 межэлектродным зазором пластину, на которой выполнены ответные электроды и соединенные с ними контактные площадки, выводные проводники, соединенные с контактными площадками и соответствующими гермовыводами, отличающий ся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона температур и повышения технологичности, в нем на упругом элементе и пластине выполнены дополнительные изолированные контактные площадки,причем дополнительные изолированныеконтактные площадки расположены подсоответствующими контактными площадками, соединенными с электродами, ивыполнены толщиной, равной толщинеэлектродов, при этом толщина выводных 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 щ и й с я тем, что, с цельюрасширения рабочего диапазона температур датчика и повышения технологичности, одновременно с формированием электродов формируют на упругом элементе и пластине дополнитель"ные изолированные контактные площадки, размещают выводные проводникимежду контактными площадками и дополнительными изолированными контактными площадками, прижимают пластину купругому элементу усилием, приложенным к центру пластины, величиной, определяемой из соотношения Г = 38Огде Б - площадь контактирования выводного проводника и контактной площадки, б - предел текучести материала контактной площадки при максимальной рабочей температуре датчика, а затем после жесткого закрепления пластины на упругом элементепрекращают действие усилия, при этомпри вакуумировании полости датчиканагревают датчик до максимальнойрабочей температуры, выдерживаютв течение не менее 5 мин и герметизируют полость датчика при этих условиях, 16528391652839 Ь-б пйсрнуто Составитель О. Слюсаревекред Л.Сердюкова Корректор Н,РевсЮв еев Редактор К. Крупкин ГКНТ СССР изводственно-издательский комбинат "Патеят каз 1767НИНПИ Государ венного комитета по изобрете 113035, Иосква, 3-35, Раушск днисное и открытия б ц. 4/5Узгород, ул. Гагарина, 101