本實用新型涉及一種電容壓力傳感器，特別是一種讓電容式壓力傳感器的動電極立著，即動電極的受壓位移方向與重力方向垂直或動電極立著的多個電容壓力傳感器并聯(lián)的立式動電極的電容壓力傳感器。它可以廣泛應(yīng)用于微電子、鈾濃縮等需高可靠性、小微量程的高精度測量。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的電容壓力傳感器的原理，大多基于平行板電容器。這樣的電容壓力傳感器在小微壓力測量方面呈優(yōu)勢。電容壓力傳感器設(shè)置有定電極與動電極，動電極受壓后，相對于定電極發(fā)生位移，使電容發(fā)生相對變化，對其放大處理后，對應(yīng)于壓力，電容壓力傳感器有輸出。動電極一般用恒彈性薄膜制作，可以看成是周邊固支的、受壓可自由移動的。如圖4所示的單個電容壓力傳感器，動電極盡管很薄，但是動電極自重產(chǎn)生的壓力全部或可分解出的壓力分量與重力方向重合時，對傳感器產(chǎn)生很大影響。如圖4對于動電極1水平用時，自重能產(chǎn)生的最大壓力值為：動電極厚乘以動電極材料的比重。以最小量程為0～1.5kPa（干式）電容壓力傳感器為例，動電極厚80μm左右，能產(chǎn)生的壓力最大為8Pa～10Pa左右，其相對影響最大為0.5%F.S～0.6%F.S；對于最小量程為0～100Pa的電容壓力傳感器，動電極厚為50μm左右，自重能產(chǎn)生最大壓力為5Pa左右，最大影響已達(dá)5%F.S。同樣，對于最小量程為絕對壓力15Pa的電容絕對壓力傳感器，動電極也為20μm厚，也產(chǎn)生2Pa的壓力，無論該電容絕對壓力傳感器的動電極受壓位移方向向上還是向下，±2Pa的非線性是很大的。這種影響靠電子電路修正是不可能的。對于現(xiàn)有的電容壓力傳感器的動電極自重影響，并沒有引起設(shè)計和使用者的重視。對于表壓（相對大氣壓）的電容壓力傳感器，安裝后，如動電極呈水平狀態(tài)時，必然產(chǎn)生零點位移，就用電路上的電位器調(diào)零點，根本不管其影響。還以圖4為例，電容壓力傳感器的量程為0～100Pa時，動電極1的厚度為50μm能產(chǎn)生5%F.S的非線性。也就是說動電極1受壓位移方向是上下移動，帶環(huán)口及焊座引壓口18向下時，從引壓口施加正壓力，這個壓力方向與動電極自重產(chǎn)生的壓力方向相反。動電極的張力與靜電場靜電力忽略不計時，0～5Pa左右的壓力，由于存在慣性，動電極根本沒發(fā)生位移。工程上稱為死區(qū)，或者說最大可分辨的是5Pa以上壓力。如果讓引壓口向上，動電極呈水平狀態(tài)時，該傳感器對于0～-5Pa測量時，依然不確定。∣±5Pa∣是不可抗拒的非線性。從電容壓力傳感器受壓的力學(xué)分析得出結(jié)論：如果能讓動電極受壓位移方向與重力方向垂直（正交）或動電極立著的多個電容壓力傳感器并聯(lián)時，就可以全部或大大減少動電極自重影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種立式動電極的電容壓力傳感器，解決了現(xiàn)有的電容壓力傳感器的動電極自重影響，產(chǎn)生非線性大，精度低等問題，其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，不僅有效回避了動電極自重影響，減少非線性，而且讓表壓測量提高分辨率和精度，還可使有效測量范圍向小微方向大幅擴(kuò)展。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：該立式動電極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、動電極和引壓口，其技術(shù)要點是：兩個所述動電極利用帶有刃口焊口的過渡焊接環(huán)與帶有公共焊座引壓口夾持繃緊固定，與定電極的帶有內(nèi)環(huán)口的匹配外殼上的刃口焊口焊接固定在一起，并讓兩個動電極的受壓位移方向與重力方向垂直，通過引線將動電極的管狀引出電極相互連接，構(gòu)成兩個電容壓力傳感器立著的動電極相并聯(lián)的電容壓力傳感器。

固定有兩個受壓位移方向與重力方向垂直的動電極的所述帶有公共焊座引壓口組裝在帶有氣泡式水平儀的屏蔽殼內(nèi)，帶有公共焊座引壓口的端部通過波紋管延伸連接有使用安裝引壓口，在使用安裝引壓口上設(shè)置有調(diào)平機(jī)構(gòu)，通過調(diào)整螺栓微調(diào)使動電極的受壓位移方向與重力方向垂直。

所述動電極與定電極在惰性氣體保護(hù)下焊接在一起。

夾持動電極的帶有刃口焊口的所述過渡焊接環(huán)與帶有公共焊座引壓口所采用的材料均與動電極的材質(zhì)相同。

本實用新型具有的優(yōu)點及積極效果是：由于本實用新型的兩個動電極利用帶有刃口焊口的過渡焊接環(huán)與帶有公共焊座引壓口夾持繃緊固定，與定電極的帶有內(nèi)環(huán)口的匹配外殼上的刃口焊口焊接固定在一起，是讓動電極立著用，使動電極受壓位移方向與重力方向垂直，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，有效回避了動電極自重影響。特別是讓表壓測量提高分辨率和精度，作為絕對壓力測量，也排除了非線性影響，提高了精度。但是，對于量程在0～200Pa以下的電容壓力傳感器，測量時，如圖4所示的單個電容壓力傳感器的相對電容變化量太小，為了提高傳感器的電容相對變化量，讓兩個電容壓力傳感器并聯(lián)，如圖1所示，不僅讓動電極立著，而且，電容變化量成倍增加，使靈敏度成倍增加，使量程相對單個電容壓力傳感器來說，在量程上限不變的情況下，還可使有效測量范圍向小微方向大幅擴(kuò)展。因此，讓多個電容壓力傳感器并聯(lián)的電容壓力傳感器的動電極都立著，能使有益效果疊加，充分發(fā)揮出電容壓力傳感器應(yīng)有的功能。

對于量程在0～200Pa以下的電容壓力傳感器，要是只按圖1那樣，讓引壓口向下或向上安裝的功能還不完美，將其組裝在帶有氣泡式水平儀的屏蔽殼內(nèi)，帶有公共焊座引壓口的端部通過波紋管延伸連接有使用安裝引壓口，在使用安裝引壓口上設(shè)置有調(diào)平機(jī)構(gòu)，通過調(diào)整螺栓微調(diào)使動電極的受壓位移方向與重力方向垂直，做成如圖3那樣的結(jié)構(gòu)，有益效果會更好。

綜上所述，本實用新型解決了現(xiàn)有的電容壓力傳感器的動電極自重影響，產(chǎn)生非線性大，精度低等問題。

附圖說明

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述。

圖1是本實用新型的由兩個相同規(guī)格的電容壓力傳感器組成的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的Ⅰ部放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1帶有屏蔽殼和調(diào)平機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是單個電容壓力傳感器的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4的Ⅱ部放大結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中序號說明：1動電極、2導(dǎo)電薄膜層、3絕緣膜層、4藍(lán)寶石絕緣體、5管狀引出電極、6匹配外殼、7 釬焊層、8過渡焊接環(huán)、9帶公共焊座引壓口、10使用安裝引壓口、11波紋管、12支架、13調(diào)整螺栓、14止退螺母、15屏蔽殼、16氣泡水平儀、17引線、18帶環(huán)口焊座引壓口。

具體實施方式

根據(jù)圖1～5詳細(xì)說明本實用新型的具體結(jié)構(gòu)。該立式動電極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、管狀引出電極5、動電極1和引壓口等件。其中定電極的藍(lán)寶石絕緣體4的拋物面上鍍有導(dǎo)電薄膜層2，導(dǎo)電薄膜層2上覆蓋有絕緣膜層3；定電極板由導(dǎo)電薄膜層2、絕緣膜層3、釬焊匹配封接的藍(lán)寶石絕緣體4、管狀引出電極5、匹配外殼6組成。兩個動電極1利用帶有刃口焊口的過渡焊接環(huán)8與帶有公共焊座引壓口9夾持繃緊固定，與定電極的帶有內(nèi)環(huán)口的匹配外殼6上的刃口焊口焊接固定在一起，并讓兩個動電極1的受壓位移方向與重力方向垂直。為提高焊接質(zhì)量，上述動電極1被夾持繃緊固定后，與定電極在惰性氣體保護(hù)下焊接在一起。夾持動電極1的帶有刃口焊口的過渡焊接環(huán)8與帶有公共焊座引壓口9所采用的材料均與動電極1的材質(zhì)相同，都是采用同一種恒彈性耐腐蝕鎳基合金（Inconel X-750）制作。通過引線17將動電極1的管狀引出電極5相互連接，構(gòu)成兩個電容壓力傳感器立著的動電極1相并聯(lián)的電容壓力傳感器。

為了確保對諸如10^-3Pa以下的測量精確可靠，按圖3 所示，將固定有兩個受壓位移方向與重力方向垂直的動電極1的帶公共焊座引壓口9組裝在帶有氣泡式水平儀16的屏蔽殼15內(nèi)，帶有公共焊座引壓口9的端部通過波紋管11延伸連接有使用安裝引壓口10，在使用安裝引壓口10上設(shè)置有調(diào)平機(jī)構(gòu)，通過調(diào)整螺栓13微調(diào)使動電極1的受壓位移方向與重力方向垂直。

調(diào)平機(jī)構(gòu)主要由設(shè)置在支架12上的以90度分布的調(diào)整螺栓13、止退螺母14、波紋管11、氣泡水平儀16等組成。具體操作步驟如下：在使用安裝引壓口10向下或向上安裝后，用設(shè)置在支架12上的四個調(diào)整螺栓13進(jìn)行微調(diào)，即用調(diào)整螺栓13兩兩對旋，頂在帶公共焊座引壓口9上，先調(diào)好一個方向，旋緊止退螺母14，再調(diào)整另一個方向，使動電極的受壓位移方向與重力方向垂直。從設(shè)置在帶公共焊座引壓口9相對的外殼平面上的氣泡水平儀16（水平尺和好多儀器設(shè)備上都有設(shè)置）確定是否調(diào)好，確保動電極立著。在引壓口向上安裝時，可用一小反射鏡觀察氣泡水平儀16的氣泡情況，進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖4所示是單個電容壓力傳感器的結(jié)構(gòu)，帶環(huán)口及焊座引壓口18與動電極1、過渡焊接環(huán)8的材料相同，都是恒彈性耐腐蝕鎳基合金制作。其中的過渡焊接環(huán)8、匹配外殼6上都設(shè)置有刃口焊口，匹配外殼6上設(shè)置有內(nèi)環(huán)口，既是預(yù)留的膨脹間隙，也是抽真空氣道間隙，用以緩沖膨脹應(yīng)力與焊接熱應(yīng)力。