專利名稱：一種鋼化玻璃壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種采用鋼化玻璃作為彈性體制作傳感元件的一種壓力傳感器。
背景技術(shù)：
壓力傳感器通常是用來測量管道、容器等的壓力大小，壓力傳感器一般通常由敏感元件、傳感元件和測量電路組成。敏感元件通常感受被測物理量，將被測物理量轉(zhuǎn)換為應(yīng)變的變化，電阻應(yīng)變式傳感元件通常將應(yīng)變的變化轉(zhuǎn)換為可測量的電阻變化，而測量電路是將電阻的變化轉(zhuǎn)換為便于檢測的電參數(shù)，如電壓或電流的變化等。一般的壓力傳感器采用的是金屬材料、硅材料和陶瓷材料作為敏感元件，采用粘貼電阻應(yīng)變片、擴(kuò)散、厚膜的方法制作傳感元件。由于所用金屬材料、硅材料和陶瓷材料彈性模量較高，因此測量微小壓力能力較差，并且加工工藝較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的敏感元件彈性模量較高、測量微小壓力能力較差的缺點，提供一種采用鋼化玻璃作為敏感元件的一種壓力傳感器。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種鋼化玻璃壓力傳感器，包括外殼、彈性體和測量電路，其特征在于采用鋼化玻璃作為彈性體，在鋼化玻璃彈性體上制有四個電阻應(yīng)變片，并將四個電阻應(yīng)變片連接組成惠斯頓電橋。在鋼化玻璃彈性體上制作四個電阻應(yīng)變片，可以采用以下方法在鋼化玻璃彈性體上采用現(xiàn)有的磁控濺射工藝濺射一層金屬層，然后通過現(xiàn)有的光刻工藝將金屬層制作成四個電阻應(yīng)變片及連接導(dǎo)帶，將四個電阻應(yīng)變片連接組成惠斯頓電橋。本發(fā)明所提供的壓力傳感器，當(dāng)玻璃彈性體承受壓力作用時，鋼化玻璃彈性體將產(chǎn)生變形，鋼化玻璃彈性體上的電阻應(yīng)變片的電阻阻值將雖著彈性體的變形而發(fā)生變化， 根據(jù)惠斯頓電橋的和差特性，當(dāng)電橋的兩端加上一個電壓時，另兩端就有一個正比于壓力變化的電信號輸出，通過檢測該電信號的大小，就可獲得壓力值的大小。本發(fā)明采用鋼化玻璃作為敏感元件感受被測壓力的大小，利用磁控濺射和刻蝕的方法制作傳感元件，這種方法制作的壓力傳感器與原來的壓力傳感器相比較，具有工藝簡單、成本低、由于鋼化玻璃的彈性模量低于金屬材料、硅材料和陶瓷材料，因此能夠制作測量微小壓力的傳感器，并且精度高。


圖1為本發(fā)明提供的一種鋼化玻璃壓力傳感器的結(jié)構(gòu)剖視圖； 圖2為圖1中采用鋼化玻璃彈性體制作的一種傳感元件圖3為另一種采用鋼化玻璃彈性體制作的傳感元件圖；圖4為惠斯頓電橋示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明結(jié)構(gòu)及工作原理給予說明。圖1為本發(fā)明提供的一種鋼化玻璃壓力傳感器外形結(jié)構(gòu)圖，它包括外殼7，外殼7 上端設(shè)有插座1。外殼7內(nèi)依次設(shè)有固壓環(huán)3、壓墊環(huán)4、鋼化玻璃彈性體5、壓墊環(huán)6，通過引線2將鋼化玻璃彈性體5上設(shè)置的四個電阻應(yīng)變片連接到插座1中。如圖2、圖3所示的鋼化玻璃彈性體5，鋼化玻璃彈性體的幾何尺寸(厚度與直徑) 根據(jù)受力的大小確定。圖2是一種在鋼化玻璃彈性體上制作的敏感元件外形圖，其中應(yīng)變電阻R1、R2、R3、R4較短，通過導(dǎo)帶fe將它們引出。圖3是另一種在鋼化玻璃彈性體上制作的敏感元件外形圖，其中應(yīng)變電阻R1、R2、R3、R4制成折回形狀，通過導(dǎo)帶恥將它們引出。圖2、圖3中所示的應(yīng)變電阻R1、R2、R3、R4及導(dǎo)帶，采用磁控濺射和光刻方法制作而成，首先是對鋼化玻璃進(jìn)行表面處理，然后在鋼化玻璃彈性體上利用磁控濺射的方法濺射一層應(yīng)變電阻層。按照圖4所示的惠斯頓電橋，利用光刻技術(shù)光刻電阻圖形形成應(yīng)變電阻R1、R2、R3、R4，電阻圖形的阻值按照濺射材料和方塊電阻的要求進(jìn)行計算，再濺射一層導(dǎo)帶層作為引線，根據(jù)受力情況組成一個惠斯頓電橋，最后蒸發(fā)一層絕緣層作為保護(hù)層用。
當(dāng)電橋加上電壓并且傳感器受到壓力的作用時，壓力將引起鋼化玻璃彈性體變形，產(chǎn)生應(yīng)變，電阻受到應(yīng)變的作用而產(chǎn)生電阻變化，其中兩個電阻阻值增加，另兩個電阻阻值減少，根據(jù)電橋的和差特性，將在電橋的另兩端產(chǎn)生于一個正比于力(或壓力)變化的電信號輸出。本發(fā)明所有的磁控濺射工藝是成熟的現(xiàn)有技術(shù)，就是利用電子在電場的作用下加速飛向基片的過程中與氬原子發(fā)生碰撞，被加速的氬離子在電場的作用下加速轟擊靶材表面并進(jìn)行能量交換，能量交換后，靶材表面的原子脫離原晶格而逸出，轉(zhuǎn)移到基體表面而成膜。磁控濺射的特點是成膜速率高，基片溫度低，膜的粘附性好，可實現(xiàn)大面積鍍膜。光刻工藝也是成熟的現(xiàn)有技術(shù)，就是用化學(xué)的、物理的或同時使用化學(xué)和物理的方法，有選擇地把沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜層除去，從而在薄膜上得到和抗蝕劑膜上完全一致的圖形。在集成電路制造過程中，經(jīng)過掩模套準(zhǔn)、曝光和顯影，在抗蝕劑膜上復(fù)印出所需的圖形。本發(fā)明的應(yīng)變電阻材料可以采用康銅材料，如制作的電橋電阻Rl—R4為1000歐姆；鋼化玻璃彈性體采用直徑Φ 20mm，厚度為0. 3mm，可制作成0. IMPa的壓力傳感器。通過實驗該傳感器的輸出信號在IOV供橋電壓作用下，輸出為15mV，傳感器的非線性、滯后、 不重復(fù)性達(dá)到0. 3%FS，而采用同樣直徑和厚度的金屬彈性體材料(40Cr材料)制作的壓力傳感器，在相同的條件下，其輸出信號只有6. 5mV，傳感器的非線性、滯后、不重復(fù)性為 0. 8%FS，分析其原因，這是由于鋼化玻璃的彈性模量為70000Mpa，而金屬彈性體的彈性模量為210000Mpa，由于兩者彈性模量之間存在較大的區(qū)別而造成的，可見采用鋼化玻璃彈性體與金屬彈性體材料相比較精度和穩(wěn)定性都有一定程度的提高。
權(quán)利要求
1.一種鋼化玻璃壓力傳感器，包括外殼(7)和彈性體(5)及測量電路，其特征在于采用鋼化玻璃作為彈性體，在鋼化玻璃彈性體上制有四個電阻應(yīng)變片，并將四個電阻應(yīng)變片連接組成惠斯頓電橋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼化玻璃壓力傳感器，其特征在于所述鋼化玻璃彈性體上制有的四個電阻應(yīng)變片，是在鋼化玻璃彈性體上采用磁控濺射工藝濺射一層金屬層， 然后通過光刻工藝將金屬層制作成四個電阻應(yīng)變片及連接導(dǎo)帶，將四個電阻應(yīng)變片連接組成惠斯頓電橋。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼化玻璃壓力傳感器，包括外殼(7)和彈性體(5)及測量電路，其特征在于采用鋼化玻璃作為彈性體，采用磁控濺射工藝和光刻工藝在鋼化玻璃彈性體上制有四個電阻應(yīng)變片，并將四個電阻應(yīng)變片連接組成惠斯頓電橋。本發(fā)明采用鋼化玻璃作為敏感元件感受被測壓力的大小，利用磁控濺射和刻蝕的方法制作傳感元件，這種方法制作的壓力傳感器與原來的壓力傳感器相比較，具有工藝簡單、成本低、由于鋼化玻璃的彈性模量低于金屬材料、硅材料和陶瓷材料，因此能夠制作測量微小壓力的傳感器，并且精度高。
文檔編號G01L9/04GK102507053SQ20111037372
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者左妮娜, 李峰, 胡偉全 申請人:蚌埠高靈傳感系統(tǒng)工程有限公司