動電極板鍍金的電容壓力傳感器的制作方法

本實用新型涉及一種電容壓力傳感器，特別是一種動電極板鍍金的電容壓力傳感器，主要用于測量小微壓力。

背景技術：

在壓力測量中，特別是小微壓力，電容壓力傳感器呈優勢。目前有代表性的是美國MKS公司的6系列電容壓力傳感器。以626型電容壓力傳感器為例，量程為絕對壓力0.1Torr至1000Torr，與被測介質接觸部分全部用恒彈性耐腐蝕的鎳基合金（Inconel X-750）制作。如圖3、圖4所示。12是動電極，恒彈性耐腐蝕鎳基合金制作；13定電極絕緣體，Al₂O₃陶瓷制作；14內電極；15導電膜；16絕緣厚膜；17外殼柱狀體；18楔尾固定環；19壓簧；上述17、18、19都是Inconel X-750制作。20吸氣劑；21外引出電極；22含鈷玻璃；23絕緣子外殼；24外殼蓋（Inconel x-750）；25內引線；26帶引壓口的焊座（Inconel X-750）。

由于626型電容壓力傳感器的動電極為20μm左右的薄膜制作，盡管金屬的擴散系數很小，但是太薄，年漏率還是在20%以上。再則，Inconel X-750合金的膨脹系數太大，找不到與之匹配的固體絕緣材料，實現匹配封接。故定電極采用裝配式。這樣，就出現了以下問題：1、吸附表面太大；2、內部結構復雜、存在著氣隙與集氣腔；3、可能的不確定邊緣效應；4、內電極與外引出電極之間有細導線，存在著空間分布不確定電容；5、外引出電極存在寄生電容；6、陶瓷絕緣體不僅吸附表面遠大于幾何表面，并且體內也含有大量氣體。因此，盡管在制作時，動電極與外引出電極之間可以抽到很高真空度，也設置了吸氣劑，但是，氣體的脫附、擴散性滲漏，造成了真空度逐漸變壞，即氣壓升高；由于空間分布、寄生電容、邊緣效應的存在，可以影響到傳感器的輸出。MKS公司就在傳感器的電路上設置了零點電位器與滿量程電位器。因此，每次使用要在10^-5Pa的高真空調零點，必要時可能也要調滿度。麻煩不說，有的用戶沒有這樣的條件。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種動電極板鍍金的電容壓力傳感器，解決了現有電容式壓力傳感器存在的寄生電容、邊緣效應影響傳感器的輸出，動電極擴散性滲漏，使用麻煩等問題，其結構設計合理，制備工藝簡單，顯著降低了制造成本，進一步提高了耐腐蝕性，受溫度影響小，穩定性好。

本實用新型所采用的技術方案是：該動電極板鍍金的電容壓力傳感器包括匹配外殼，與匹配外殼組裝在一起的定電極、管狀引出電極、動電極及引壓口，其特征在于：所述動電極利用內過渡焊接環、外過渡焊接環夾持壓緊焊接固定，在動電極和內、外過渡焊接環表面設置鍍金層和高真空下金的熱擴散層，定電極由釬焊層密封在一起的藍寶石絕緣體、匹配外殼、管狀引出電極組成，匹配外殼與內過渡焊接環通過刃口形焊口焊接固定在一起，外過渡焊接環上的鍍金層和金的熱擴散層與耐腐蝕材料制作的引壓口利用氟膠環9密封后，通過刃口形焊口焊接固定在一起。

所述匹配外殼與內過渡焊接環上都設置有刃口形焊口和內環口。

所述外過渡焊接環上的鍍金層和金的熱擴散層與引壓口采用螺紋連接或直接焊接固定。

表面設置鍍金層和高真空下金的熱擴散層的所述動電極和內、外過渡焊接環是采用以下工藝步驟制作的：首先選用“徑向碾軋”的恒彈性薄膜，用軸向可拆解的卡具脹緊，卡具中心的直徑大于內、外過渡焊接環的外徑，用內、外過渡焊接環夾持壓緊焊接固定動電極，拆去卡具車削薄膜大于內、外過渡焊接環外徑部分，關閉車床所在的集氣罩，抽去罩內空氣，向罩內充滿惰性氣體，將動電極與內、外過渡環焊接成組件，對組件進行嚴格清洗、烘干后，電鍍鍍金，金層厚保持在0.1μm，再在高真空、700℃以下加熱不小于30分鐘，進行金的熱擴散。

本實用新型具有的優點及積極效果是：由于本實用新型采用動電極鍍金和金的熱擴散方法，實現動電極和內、外過渡焊接環表面設置鍍金層和高真空下金的熱擴散層，進一步提高了動電極和內、外過渡焊接環的耐腐蝕性（如HCl等物質對Inconel X-750，年腐蝕厚度在0.5μm左右，而對金根本不腐蝕），所以其結構設計合理，制備工藝簡單，有效防止惰性氣體、氮氣發生化學性吸附（N₂、Ar不在金上發生化學性吸附）。更重要的是，還可以通過鍍金，讓普通的恒彈性合金制作的動電極，進一步提高了耐腐蝕性。實驗證明，通過鍍金，用3J1、3J53的恒彈性合金制作的動電極系統、耐腐蝕性不比Inconel X-750的差。但是，傳感器的造價低了15%以上，顯著降低了制造成本，簡化了工藝。傳感器動電極材料與定電極材料完全匹配，受溫度影響小，穩定性好。因此，本實用新型解決了現有電容式壓力傳感器存在的寄生電容、邊緣效應影響傳感器的輸出，動電極擴散性滲漏，使用麻煩等問題。

附圖說明

以下結合附圖對本實用新型作進一步描述。

圖1是本實用新型一種結構示意圖；

圖2是圖1的Ⅰ部放大結構示意圖；

圖3是美國MKS公司的626型電容壓力傳感器結構示意圖；

圖4是圖3的Ⅱ部放大結構示意圖；

圖中序號說明：1動電極、2導電薄膜層、3絕緣薄膜層、4藍寶石絕緣體、5管狀引出電極、6匹配外殼、7釬焊層、8內過渡焊接環、9外過渡焊接環、10氟膠密封環、11引壓口、12動電極、13定電極絕緣體、14內電極、15導電膜、16絕緣厚膜、17外殼柱狀體、18楔尾固定環、19壓簧、20吸氣劑、21外引出電極、22含鈷玻璃、23絕緣子外殼、24外殼蓋、25內引線、26帶引壓口的焊座。

具體實施方式

根據圖1～4詳細說明本實用新型的具體結構。該動電極板鍍金的電容壓力傳感器包括匹配外殼6，與匹配外殼6組裝在一起的定電極，定電極上的藍寶石絕緣體4、管狀引出電極5、過渡焊接環8、外過渡焊接環9、動電極1及引壓口11等件。其中動電極1利用內過渡焊接環8、外過渡焊接環9夾持壓緊焊接固定。在動電極1和內、外過渡焊接環8、9的表面設置鍍金層和高真空下金的熱擴散層（圖中未示出），

內過渡焊接環8和匹配外殼6上，都設置有刃口形焊口，靠近刃口形焊口設有內環口。目的是讓焊接電流盡可能小，緩沖焊接應力和熱膨脹應力。

引壓口11可以用耐腐蝕材料制作，外過渡焊接環9上的鍍金層和金的熱擴散層與耐腐蝕材料制作的引壓口11利用氟膠環9接觸密封后，通過刃口形焊口焊接固定在一起。引壓口11與外過渡焊接環9上的鍍金層和金的熱擴散層可以直接通過刃口焊口微熱氬弧焊焊接。亦可以通過在外過渡焊接環9上的鍍金層和金的熱擴散層與引壓口11上采用（外、內）螺紋等方式連接。定電極由藍寶石絕緣體4、匹配外殼6、管狀引出電極5組成，匹配外殼6與內過渡焊接環8通過刃口形焊口焊接固定在一起。

定電極是由釬焊層7密封在一起的藍寶石絕緣體4、匹配外殼6、管狀引出電極5組成的。即采用高度匹配的材料，利用如銀銅合金等釬焊材料，在高真空下，700℃左右（在恒彈性合金屈服點以下），讓釬焊料熔融，形成釬焊層7，將匹配外殼6、管狀引出電極5、藍寶石絕緣體4匹配封接為一體。由于動電極1受壓后呈拋物面形變，因此，把定電極也加工成凹形拋物面。在藍寶石絕緣體4的凹形面上，掩膜，高真空下濺射金屬導電薄膜層2，與管狀引出電極5相連。在高真空下再掩膜濺射覆蓋導電薄膜層2的絕緣薄膜層3，制成了定電極組合體。藍寶石絕緣體4，不含氣，不放氣。氣體的吸附面基本上就是導電薄膜層2與絕緣薄膜層3。這兩層薄膜是在高真空下濺射獲得，密度高，吸附小，藍寶石絕緣體4與匹配外殼6，管狀引出電極5，靠釬焊層7密封，適用溫區寬，穩定，管狀引出電極5一般用鉑管或與釬焊料浸潤的合金材料制作，密封性好，更重要的是，用于抽真空，做成電容絕對壓力傳感器。方便、造價低、密封口簡單；亦可以用此管狀引出電極5與大氣參考壓隔離膜盒相連，做成電容表壓傳感器；內過渡焊接環8上設有的內環口，除了緩沖應力外，大于等于0.5mm，小于0.8mm的間隙，便于抽真空。

本實用新型的結構簡單，通過對動電極1表面鍍金和金的熱擴散，實現了：動電極增實、堵漏；有效減少了漏氣率；實現避免氣體的化學吸附；實現了非耐腐蝕恒彈性合金的耐腐蝕；實現了高效率、低成本。制成的帶有鍍金動電極的電容壓力傳感器，長期不用調零點。

鍍金動電極1是用恒彈性薄膜制作，具體材料可以是3J1、3J53、Inconel X-750等恒彈性合金。表面設置鍍金層和高真空下金的熱擴散層的動電極1和內、外過渡焊接環8、9是采用以下工藝步驟制作的：首先選用“徑向碾軋”的恒彈性薄膜，用軸向可拆解的卡具脹緊。卡具中心（兩面）留有足夠大的直徑，即大于內外過渡焊接環的外徑。在帶有液壓主軸和液壓頂座的液壓車床上，用內過渡焊接環8、外過渡焊接環9夾持壓緊焊接固定動電極1的薄膜，拆去卡具。用車刀車削薄膜大于過渡焊接環外徑部分。此時的車床是置于集氣罩中。關閉集氣罩，抽去罩內空氣，向罩內充惰性氣體。抽充1～2個循環，目的是讓罩內、特別是過渡焊接環內外都充滿惰性氣體。然后，將動電極1與內、外過渡環8、9焊接成組件。對組件進行嚴格清洗、烘干后，電鍍鍍金。金層厚保持在0.1μm左右為好。再在高真空、700℃以下（在恒彈性合金的屈服溫度以下），加熱不小于30分鐘，進行金的熱擴散。目的，讓金原子在恒彈性合金表面有一定深度的擴散（不能超過0.01μm），增實、堵漏。實測，5μm厚的Inconel X-750，鍍金熱擴散后，漏率優于同等材料50μm厚的薄膜。