CN221527871U - 一种表贴式压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种表贴式压力传感器。该表贴式压力传感器包括外壳、防尘罩、电路板、围坝及压力芯片，所述外壳为内部中空且一端开口的圆筒状结构，所述外壳的开口端设有一个内缩台阶面，所述防尘罩为圆片状结构，所述防尘罩设于所述内缩台阶面上，所述电路板设于所述外壳内的底部，所述围坝设于所述电路板上，所述压力芯片设于所述围坝内，所述围坝内填充有硅凝胶；所述外壳的外廓直径为9.9mm～10.1mm，所述外壳的外廓高度为1.9mm～2.1mm；本实用新型的表贴式压力传感器，在不影响测量精度的情况下，还可以使被测体免于损坏，可以很好的兼顾测量精度以及被测体的损坏风险。
Description
技术领域
本实用新型涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种表贴式压力传感器。
背景技术
表贴式压力传感器广泛应用于航空航天、工业自动化、气体分析、环保监测、医疗设备等领域，尤其是这些领域中需要测量动态压力的一些场景。现有技术中的表贴式压力传感器的厚度较高，若直接安装在被测体的测压表面，会破坏测压表面的压力流场，影响测量精度，若在被测体的测压表面开孔后埋入传感器再整平的方式进行安装，会破坏被测体本身，从而对被测体造成损坏风险。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种表贴式压力传感器，以解决现有技术中测量精度以及被测体损坏风险不能很好兼顾的技术问题。
本实用新型的技术方案如下，提供了一种表贴式压力传感器，包括外壳、防尘罩、电路板、围坝及压力芯片，所述外壳为内部中空且一端开口的圆筒状结构，所述外壳的开口端设有一个内缩台阶面，所述防尘罩为圆片状结构，所述防尘罩设于所述内缩台阶面上，所述电路板设于所述外壳内的底部，所述围坝设于所述电路板上，所述压力芯片设于所述围坝内，所述围坝内填充有硅凝胶；所述外壳的外廓直径为9.9mm～10.1mm，所述外壳的外廓高度为1.9mm～2.1mm。
优选地，所述外壳的外廓直径为10.0mm，所述外壳的外廓高度为2.0mm。
优选地，所述外壳的内廓直径为9.1mm～9.3mm，所述外壳的腔体深度为1.55mm～1.75mm，所述内缩台阶面到所述外壳的端口之间的距离与所述防尘罩的厚度一致，均为0.17mm～0.19mm；所述围坝为矩形环结构，所述围坝的外廓的长为3.7mm～3.9mm，所述围坝的外廓的宽为2.2mm～2.4mm；所述围坝的高为1.1mm～1.3mm；所述围坝的内廓长为3.1mm～3.3mm，所述围坝的内廓宽为1.7mm～1.9mm。
优选地，所述外壳的内廓的直径为9.2mm，所述外壳的腔体深度为1.65mm，所述内缩台阶面到所述外壳的端口之间的距离与所述防尘罩的厚度均为0.18mm，所述围坝的外廓长为3.8mm，所述围坝的外廓宽为2.3mm，所述围坝的高为1.2mm，所述围坝的内廓长为3.2mm，所述围坝的内廓宽为1.8mm。
优选地，所述电路板上包括补偿电路，所述补偿电路包括设于所述围坝外的补偿电阻以及设于所述压力芯片上的惠斯通电桥，所述补偿电路用于调整所述压力芯片的热灵敏度温漂、零点和满量程输出。
优选地，所述惠斯通电桥包括可调电阻R01、可调电阻R02、可调电阻R03及可调电阻R04；所述补偿电阻包括电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4；所述电阻R1的第一端接供电电源，所述电阻R1的第二端接所述可调电阻R02的第一端，所述可调电阻R02的第二端接所述可调电阻R04的第一端，所述可调电阻R04的第二端接所述可调电阻R03的第一端，所述可调电阻R03的第二端接所述可调电阻R01的第一端，所述可调电阻R01的第二端接所述电阻R1的第二端，所述电阻R2与所述可调电阻R01并联，所述电阻R3与所述可调电阻R03并联，所述电阻R4的两端分别与所述可调电阻R02的第二端以及所述可调电阻R01的第一端连接，所述可调电阻R04的第二端还接地。
优选地，所述表贴式压力传感器还包括线缆和线缆卡座，所述线缆卡座固定于所述电路板上，所述线缆通过所述线缆卡座连接所述电路板，所述外壳的侧面设有开口，所述线缆卡座用于将所述外壳侧面的开口封闭。
优选地，所述电路板上所述围坝外的区域内填充有环氧树脂胶，用于固定所述线缆以及保护所述电路板。
优选地，所述防尘罩上设有多个开孔，所述开孔位于所述压力芯片的上方。
优选地，所述压力芯片与所述补偿电路间通过金线键合。
本实用新型的有益效果在于：通过将压力芯片、电路板集成式地设于外壳内，可以减小表贴式压力传感器的尺寸，能实现将表贴式压力传感器直接安装在被测体表面而几乎不影响测压表面的压力流场，在不影响测量精度的情况下，还可以使被测体免于损坏，可以很好的兼顾测量精度以及被测体的损坏风险。
附图说明
图1为本实用新型实施例的表贴式压力传感器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的表贴式压力传感器的补偿电路图。
附图标记：10-外壳；20-防尘罩20；30-电路板；40-围坝；50-压力芯片；60-补偿电阻；70-线缆；80-线缆卡座；90-开孔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1是本实用新型实施例的表贴式压力传感器的结构示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本实用新型的并不以图1所示的结构为限。该表贴式压力传感器，包括外壳10、防尘罩20、电路板30、围坝40及压力芯片50，所述外壳10为内部中空且一端开口的圆筒状结构，所述外壳10的开口端设有一个内缩台阶面，所述防尘罩20为圆片状结构，所述防尘罩20设于所述内缩台阶面上，所述电路板30设于所述外壳10内的底部，所述围坝40设于所述电路板30上，所述压力芯片50设于所述围坝40内，所述围坝40内填充有硅凝胶；所述外壳10的外廓直径为9.9mm～10.1mm，所述外壳10的外廓高度为1.9mm～2.1mm。
本实用新型实施例中，通过将压力芯片50、电路板30集成式地设于外壳10内，可以将外壳10的外廓直径控制在9.9mm～10.1mm，将外壳10的外廓高度控制在1.9mm～2.1mm，能实现将表贴式压力传感器直接安装在被测体表面而几乎不影响测压表面的压力流场，在不影响测量精度的情况下，还可以使被测体免于损坏，可以很好的兼顾测量精度以及被测体的损坏风险。
一个具体实施例中，外壳10、防尘罩20采用304不锈钢材料，强度稳定，成本较低；电路板30采用以PI(聚酰亚胺)为基材的柔性电路板，便于加工也更加轻薄；压力芯片50采用MEMS芯片，MEMS芯片具有体积小、重量轻等优点；围坝40采用PPS材料，可以实现均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性；围坝40内填充有硅凝胶，硅凝胶可以保护围坝40中的压力芯片50，还可以作为压力传递媒介使压力芯片50受力均匀。
在一些实施例中，所述外壳10的外廓直径为10.0mm，所述外壳10的外廓高度为2.0mm。
在本实施例中，表贴式压力传感器的外壳10的外廓直径为10.0mm，高度为2.0mm，可以实现将表贴式压力传感器直接安装在被测体表面而几乎不影响测压表面的压力流场，同时兼顾测量精度以及被测体的损坏风险。
在一些实施例中，所述外壳10的内廓直径为9.1mm～9.3mm，所述外壳10的腔体深度为1.55mm～1.75mm，所述内缩台阶面到所述外壳10的端口之间的距离与所述防尘罩20的厚度一致，均为0.17mm～0.19mm；所述围坝40为矩形环结构，所述围坝40的外廓的长为3.7mm～3.9mm，所述围坝40的外廓的宽为2.2mm～2.4mm；所述围坝40的高为1.1mm～1.3mm；所述围坝40的内廓长为3.1mm～3.3mm，所述围坝40的内廓宽为1.7mm～1.9mm。
在本实施例中，所述外壳10的内廓直径、腔体深度、内缩台阶面到所述外壳10的端口的距离、防尘板20的厚度以及围坝40的尺寸设计科学合理，能在满足表贴式压力传感器正常使用功能的情况下减少冗余空间，从而减小表贴式压力传感器的整体尺寸。
在一些实施例中，所述外壳10的内廓的直径为9.2mm，所述外壳10的腔体深度为1.65mm，所述内缩台阶面到所述外壳10的端口之间的距离与所述防尘罩20的厚度均为0.18mm，所述围坝40的外廓长为3.8mm，所述围坝40的外廓宽为2.3mm，所述围坝40的高为1.2mm，所述围坝40的内廓长为3.2mm，所述围坝40的内廓宽为1.8mm。
在本实施例中，通过将外壳10的内廓的直径设为9.2mm，所述外壳10的腔体深度设为1.65mm，所述内缩台阶面到所述外壳10的端口之间的距离与所述防尘罩20的厚度均设为0.18mm，所述围坝40的外廓长设为3.8mm，所述围坝40的外廓宽设为2.3mm，所述围坝40的高设为1.2mm，所述围坝40的内廓长设为3.2mm，所述围坝40的内廓宽设为1.8mm，能使表贴式压力传感器内部空间分布合理，方便集成元器件，从而达到减小表贴式压力传感器的整体尺寸的效果。
在一些实施例中，所述电路板30上包括补偿电路，所述补偿电路包括设于所述围坝40外的补偿电阻60以及设于所述压力芯片50上的惠斯通电桥，所述补偿电路用于调整所述压力芯片50的热灵敏度温漂、零点和满量程输出。
在本实施例中，通过补偿电路对压力芯片50进行补偿，可以调整所述压力芯片50的热灵敏度温漂、零点和满量程输出，减小温度对压力芯片50的影响，保证压力芯片50的稳定性和可靠性。
在一些实施例中，本实用新型实施例的表贴式压力传感器的补偿电路图，如图2所示，所述惠斯通电桥包括可调电阻R01、可调电阻R02、可调电阻R03及可调电阻R04；所述补偿电阻包括电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4；所述电阻R1的第一端接供电电源，所述电阻R1的第二端接所述可调电阻R02的第一端，所述可调电阻R02的第二端接所述可调电阻R04的第一端，所述可调电阻R04的第二端接所述可调电阻R03的第一端，所述可调电阻R03的第二端接所述可调电阻R01的第一端，所述可调电阻R01的第二端接所述电阻R1的第二端，所述电阻R2与所述可调电阻R01并联，所述电阻R3与所述可调电阻R03并联，所述电阻R4的两端分别与所述可调电阻R02的第二端以及所述可调电阻R01的第一端连接，所述可调电阻R04的第二端还接地。
在本实施例中，电阻R1是满量程补偿电阻，用于满量程补偿。计算满量程输出电压Vout的公式为 其中，RB为电桥电阻，电桥电阻为可调电阻R01、可调电阻R02、可调电阻R03与可调电阻R04的等效电阻，V+和V-分别为正输出端口的电压和负输出端口的电压，通过正输出端口和负输出端口输出一个与测试压力成正比的直流电压信号，Vs为供电电源提供的电压，即电源电压，VB为惠斯通电桥的供电电压。
在一个具体实施例中，电阻R2和电阻R3是压力芯片零点补偿电阻，用于压力芯片50的零点补偿。电阻R2和电阻R3并非同时使用，而是根据未补偿前的实测零点值V0的正负值进行选择。当实测零点值V0为正时，采用电阻R3补偿；当实测零点值V0为负时，采用电阻R2补偿。实测零点值V0的计算公式为V0＝V+-V-。
另一个具体实施例中，电阻R4是满量程温度补偿电阻，用于满量程温度补偿。输出电压计算公式为根据公式可以看出，当选择的电阻R4远大于电桥电阻RB时，温度对电桥电阻RB的影响将不会体现在输出中。由于选择的电阻R4在补偿温度范围内其电阻值基本不随温度变化而变化，因此无论温度如何变化，的值总接近于1，达到了满量程温度补偿的效果。
在一些实施例中，如图1所示，所述表贴式压力传感器还包括线缆70和线缆卡座80，所述线缆卡座80固定于所述电路板30上，所述线缆70通过所述线缆卡座80连接所述电路板30，所述外壳10的侧面设有开口，所述线缆卡座80用于将所述外壳10侧面的开口封闭。
在本实施例中，线缆70采用四芯扁平线缆，线缆卡座80中设有供线缆70穿过的孔洞，线缆70穿过线缆卡座80后通过锡焊工艺焊接在电路板30上，线缆70用于所述压力传感器的信号传递；线缆卡座80的截面尺寸略大于外壳10侧面的开口的截面尺寸，可以完全将外壳10侧面的开孔封闭。
在一些实施例中，所述电路板30上所述围坝40外的区域内填充有环氧树脂胶，用于固定所述线缆70以及保护所述电路板30。
在本实施例中，将环氧树脂胶填充至电路板30上围坝40外的区域中，在固定线缆70的同时，还可以保护电路板30上蚀刻的电路不被破坏，延长表贴式压力传感器的使用寿命，提高表贴式压力传感器的稳定性。
在一些实施例中，如图1所示，所述防尘罩20上设有多个开孔90，所述开孔90位于所述压力芯片50的上方。
在本实施例中，通过在防尘罩20上设置多个开孔90，可以平衡表贴式压力传感器内外的压力差，确保测量结果受到环境背压的最小影响，有助于提高测量的精度和可靠性，并确保传感器可以正常工作。开孔90位于所述压力芯片50的上方，可以使压力介质直接通过开孔90作用在压力芯片50上，使得压力芯片50上的电路发生变化，从而产生可测量的电信号。
在一些实施例中，所述压力芯片50与所述补偿电路间通过金线键合。
在本实施例中，金材料本身属于稳定、导电导热性能佳的材料，使用金线键合压力芯片50与补偿电路，可以确保压力芯片50与补偿电路连接稳定，提高表贴式压力传感器的稳定性。
本实用新型提供的表贴式压力传感器，通过将压力芯片50、电路板30集成式地设于外壳10内，可以将外壳10的外廓直径控制在9.9mm～10.1mm，将外壳10的外廓高度控制在1.9mm～2.1mm，能实现将表贴式压力传感器直接安装在被测体表面而几乎不影响测压表面的压力流场，在不影响测量精度的情况下，还可以使被测体免于损坏，可以很好的兼顾测量精度以及被测体的损坏风险。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本实用新型的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种表贴式压力传感器，其特征在于，包括外壳、防尘罩、电路板、围坝及压力芯片，所述外壳为内部中空且一端开口的圆筒状结构，所述外壳的开口端设有一个内缩台阶面，所述防尘罩为圆片状结构，所述防尘罩设于所述内缩台阶面上，所述电路板设于所述外壳内的底部，所述围坝设于所述电路板上，所述压力芯片设于所述围坝内，所述围坝内填充有硅凝胶；所述外壳的外廓直径为9.9mm～10.1mm，所述外壳的外廓高度为1.9mm～2.1mm。
2.根据权利要求1所述的表贴式压力传感器，其特征在于，所述外壳的外廓直径为10.0mm，所述外壳的外廓高度为2.0mm。
3.根据权利要求1所述的表贴式压力传感器，其特征在于，所述外壳的内廓直径为9.1mm～9.3mm，所述外壳的腔体深度为1.55mm～1.75mm，所述内缩台阶面到所述外壳的端口之间的距离与所述防尘罩的厚度一致，均为0.17mm～0.19mm；所述围坝为矩形环结构，所述围坝的外廓的长为3.7mm～3.9mm，所述围坝的外廓的宽为2.2mm～2.4mm；所述围坝的高为1.1mm～1.3mm；所述围坝的内廓长为3.1mm～3.3mm，所述围坝的内廓宽为1.7mm～1.9mm。
4.根据权利要求3所述的表贴式压力传感器，其特征在于，所述外壳的内廓的直径为9.2mm，所述外壳的腔体深度为1.65mm，所述内缩台阶面到所述外壳的端口之间的距离与所述防尘罩的厚度均为0.18mm，所述围坝的外廓长为3.8mm，所述围坝的外廓宽为2.3mm，所述围坝的高为1.2mm，所述围坝的内廓长为3.2mm，所述围坝的内廓宽为1.8mm。
5.根据权利要求1所述的表贴式压力传感器，其特征在于，所述电路板上包括补偿电路，所述补偿电路包括设于所述围坝外的补偿电阻以及设于所述压力芯片上的惠斯通电桥，所述补偿电路用于调整所述压力芯片的热灵敏度温漂、零点和满量程输出。
6.根据权利要求5所述的表贴式压力传感器，其特征在于，所述惠斯通电桥包括可调电阻R01、可调电阻R02、可调电阻R03及可调电阻R04；所述补偿电阻包括电阻R1、电阻R2、电阻R3及电阻R4；所述电阻R1的第一端接供电电源，所述电阻R1的第二端接所述可调电阻R02的第一端，所述可调电阻R02的第二端接所述可调电阻R04的第一端，所述可调电阻R04的第二端接所述可调电阻R03的第一端，所述可调电阻R03的第二端接所述可调电阻R01的第一端，所述可调电阻R01的第二端接所述电阻R1的第二端，所述电阻R2与所述可调电阻R01并联，所述电阻R3与所述可调电阻R03并联，所述电阻R4的两端分别与所述可调电阻R02的第二端以及所述可调电阻R01的第一端连接，所述可调电阻R04的第二端还接地。
7.根据权利要求1所述的表贴式压力传感器，其特征在于，所述表贴式压力传感器还包括线缆和线缆卡座，所述线缆卡座固定于所述电路板上，所述线缆通过所述线缆卡座连接所述电路板，所述外壳的侧面设有开口，所述线缆卡座用于将所述外壳侧面的开口封闭。
8.根据权利要求7所述的表贴式压力传感器，其特征在于，所述电路板上所述围坝外的区域内填充有环氧树脂胶，用于固定所述线缆以及保护所述电路板。
9.根据权利要求1所述的表贴式压力传感器，其特征在于，所述防尘罩上设有多个开孔，所述开孔位于所述压力芯片的上方。
10.根据权利要求1所述的表贴式压力传感器，其特征在于，所述压力芯片与所述电路板间通过金线键合。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A surface mounted pressure sensor Granted publication date: 20240813 Pledgee: Shanghai Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Qingpu sub branch Pledgor: SMARTSTONE (SHANGHAI) SENSING & CONTROL TECH CO.,LTD. Registration number: Y2025310000071 |