Способ изготовления емкостного датчика давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия повышенных температур.

Известен способ изготовления емкостного датчика, заключающийся в формирова- нии на упругом элементе и пластине тонкопленочных металлических электродов с контактными площадками, размещении выводных проводников на контактных площадках, жестком закреплении пластины на упругом элементе, вакуумировании и герметизации межэлектродного объема.

Недостатком известного способа изготовления емкостного датчика давления является сравнительно низкий уровень технологичности, связанный со сложностью автоматизации и ограниченности выхода годных узлов вследствие наличия систематического брака.

Известен способ изготовления емкостного датчика давления, заключающийся в формировании на диэлектриках упругого элемента и пластины тонкопленочных токо- проводящих электродов с контактными площадками, размещении выводных проводников на контактных площадках между пластиной и упругим элементом, при- жатаи пластины к упругому элементу, жестком закреплении пластины на упругом элементе, вакуумировании полости датчика при нагревании его до максимальной рабочей температуры и герметизации датчика при этих условиях.

Недостатком известного способа изготовления емкостного датчика является сравнительно невысокийуровень технологичности, связанный с необходимостью использования специфического техно- логического оборудования, необходимого для нагревания датчика до максимал ьной рабочей температуры при его вакуумировании и герметизации.

Цель изобретения - повышение техно- логичности за счет использования для изготовления датчиков только стандартного оборудования.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления емкостного датчика давления, заключающемся в формировании на диэлектриках упругого элемента и пластины тонкопленочных токопроводящих электродов с контактными площадками и дополнительных изолированных площадок, размещении выводных проводников на контактных площадках между пластинами и упругим элементом, прижатии пластины к упругому элементу, жестком закреплении пластины на упругом элементе вакуумиро- вании и герметизации датчика, в соответствии с предполагаемым изобретением прижимают пластину к упругому элементу усилием,величиной, определенной по соотношению сгпр, где N - количество вы- водных проводников; S - площадь части контакта, заключенного между упругим элементом и пластиной; апр - минимальное значение предела пропорциональности материала вы водного проводника или диэлек- трика при максимальной рабочей температуре датчика. Закрепляют пластину на упругом элементе, прекращают действия усилия, вакуумируют и герметизируют электронно-лучевой сваркой и нагревают датчик до максимальной рабочей температуры.

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

Формируют на упругом элементе и пластине тонкопленочные металлические элек- троды с контактными площадками. Формируют на упругом элементе и пластине в областях, противолежащих контактным площадкам пластины и упругого элемента соответственно, электрические изолиро- ванные контактные площадки, толщиной равной толщине электродов. Формирование контактных площадок целесообразно проводить в едином технологическом цикле

с формированием электродов. Выполняют выводные проводники толщиной, равной величине межэлектродного зазора. Помещают выводные проводники между упругим элементом и пластиной, размещая их на контактных площадках таким образом, чтобы они одной поверхностью касались контактной площадки, а другой - электрически изолированной контактной площадки, При этом выводные проводники распределяют равномерно по периферии упругого элемента. Прижимают пластину к упругому элементу усилием, приложенным к центру пластины. Величина усилия определяется в. соответствии с заявляемым соотношением. Жестко закрепляют пластину на упругом элементе, например, при помощи сварки. Причем зоны закрепления выполняют на одинаковом расстоянии от выводных проводников. Прекращают воздействие усилия. Далее приступают к операции вакуумирова- ния. Предварительно целесообразно поместить упругий элемент и пластину в корпус с герметизирующим отверстием. Все предыдущие действия аналогичны действиям при реализации способа по прототипу. По- меа(ают датчик в установку электронно-лучевой сварки ОЗЛЭВ-1, создают в камере вакуум 10 Па. Герметизируют датчик, заваривания герметизирующее отверстие электронным лучом После герметизации нагревают датчик в стандартной муфельной печи до максимальной рабочей температуры и выдерживают его до полного восприятия им этой рабочей температуры. О степени восприятия температуры судят по характеру изменения величины емкости При полном восприятии датчиком температуры величина емкости не изменяется. В зависимости от размеров и других конструктивных особенностей время восприятия температуры составляет 15-30 мин. При этом происходят следующие процессы В связи с тем, что закрепление пластины на упругом элементе происходит после предварительного поджатия с заданным усилием и в связи с предварительным вакуумированием корпуса в момент воздействия максимальной рабочей температуры создаются все предпосылки: сжимающее усилие, вакуум, температура для осуществления процесса диффузионной сварки в вакууме выводных проводников и контактных площадок электродов. Упругий элемент и пластину выполняют из сплава 79НХБМЮ. Диэлектрическую пленку выполняют в виде композиции толщиной 3 мкм. Электроды упругого элемента и пластины выполняют в виде пленок никеля толщиной 0,2 мкм, полученных термическим испарением. Выводные проводники выполняют из сплава 75НМ толщиной 40 мкм. Соотношение для величины усилия, прижимающего пластину к упругому элементу, обосновывается следующим образом. Для обеспечения качест- венного контактирования необходимо, чтобы усилие прижатия выводного проводника к контактной площадке было как можно больше. С другой стороны нежелательно, чтобы это усилие было больше предела уп- ругости диэлектриков или выводных проводников, т.к. в этом случае будет наблюдаться изменение усилия прижимающего выводной проводник к контактной площадке с течением времени вследствие появления .остаточных деформаций выводных проводников или диэлектриков. Характеристики электродов можно не учитывать вследствие их принципиально меньше толщины, по сравнению с толщиной диэлектри- ка, и в связи с этим более высокими прочностными характеристиками. Поэтому усилие на один контакт должно быть равно S стпр, где S - площадь части контакта, заключенного между упругим элементом и пластиной, т.к. у контакта и у монолитных пластин фактически деформируются учас тки, площадь которых равна площади части выводного проводника, заключенной между упругим элементом и пластиной. Опр - пре- дел пропорциональности материала выводного проводника или диэлектрика при максимальной рабочей температуре датчика, если они близки друг к другу. В случае, если пределы пропорциональности вывод- ных проводников и диэлектриков не равны друг другу, то берется значение предела пропорциональности материала, у которого предел пропорциональности имеет наименьшее значение. Для площади части кон- такта, заключенного между упругим элементом и пластиной, равной 0,25 мм2, и пределе пропорциональности материала диэлектрика при максимальной рабочей температуре МПа усилие, опреде- ленное в соответствии с заявляемым соотношением равно 75Н. При сравнении заявляемого способа с известным видно, что в заявляемом решении усилие поджатия более, чем на порядок, больше, но зато он позволяет устранить разогрев датчика до максимальной рабочей температуры при вакуумировании. Отсутствие необходимости разогрева датчика при его вакуумировании позволяет исключить из технологического процесса нестандартное и весьма сложное оборудование, к которому предъявляется целый ряд требований, связанных с необходимостью помещения этого оборудования в вакуумированную камеру установки электронно-лучевой сварки, что существенно повышает технологичность изделия.

Таким образом, технико-экономическим преимуществом способа изготовления емкостного датчика давления, по сравнению с известным, является повышение технологичности за счет исключения из технологического процесса нестандартного оборудования. Другим преимуществом изобретения является повышение технологичности за счет возможности совмещения операции присоединения выводных проводников с проведением аттестации датчиков, за счет чего сокращается технологические время изготовления датчика и экономится энергоресурсы. Формула изобретения Способ изготовления емкостного датчика давления, заключающийся в формировании на диэлектриках упругого элемента и пластины тонкопленочных токопроводящих электродов с контактными площадками и дополнительных изолированных площадок, размещении выводных проводников на контактных площадках между пластиной и упругим элементом, прижатии пластины к упругому элементу, жестком закреплении пластины на упругом элементе, вакуумировании и герметизации датчика, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности, прижимают пластину к упругому элементу усилием FHMS 7np, где N - количество выводных проводников, S - площадь части контакта, заключенного между упругим элементом и пластиной, апр - минимальное значение предела пропорциональности для материалов выводного проводника и диэлектрика при максимальной рабочей температуре датчика, закрепляют пластину на упругом элементе, прекращают действие усилия, вакуумируют, герметизируют электронно-лучевой сваркой и нагревают датчик до максимальной рабочей температуры.

Изобретение относится к измеритедь- нойтехнике и может быть использовано при изготовлении емкостных датчиков, пред- назначенных для измерения давления в условиях воздействия повышенных температур. Цель изобретения: повышение технологичности. Сущность изобретения: на диэлектриках упругого элемента и пластины формируюттонкопленочныетокопро- водящие электроды с контактными площадками и дополнительные изолированные площадки, размещают выводные проводники на контактных площадках между пластиной и упругим элементом, прижимают пластину к упругому элементу усилием Ohp, где N - количество выводных проводников; S - площадь части контакта, заключенного между упругим элементом и пластиной; иьр минимальное значение предела пропорциональности для материалов выводного проводника и диэлектрика при максимальной рабочей температуре датчика, закрепляют пластину на упругом элементе, прекращают действие усилия, ва- куумируют, герметизируют электронно-лучевой сваркой и нагревают датчик до максимальной рабочей температуры. (Л