Способ изготовления датчикадАВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК H01C17/00 

Изобретение относится к технологии изготовления датчиков динамическо го давления мембранного типа и может быть использовано в технологии произ.водства устройств, регистрирующих ди намическое давление при высоких температурах окружающей среды. , Известен способ изготовления датчиков давления мембранного типа, заключающийся в установке кремниевой тензочувствительной схемы на диэлект™ рической подложке с помощью специального клея и ее последующей герметизации в откачиваемом корпусе 1. Такой способ изготовления непригоден для датчиков, работающих при температуре выше 125С из-за потери тензочувствительных свойств кремниевой схемой. Клеевое соединение датчика выходит из строя при температурах выше и датчик перестает работать. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ изготовления датчика давления, включающий нанесение тензорезистивной пленки на упругий элемент, установку упругого элемента на основание корпуса, нанесение герметизирующего материала , закрепление упругого элемента в корпусе и герметизацию датчика с помощью прижимной гайки и листовых металлических прокладок 2. Основной недостаток данного способа состоит в нарушении нормальной ра- боты датчика при темпера- ус-е из-за возникно.венип б:;77Ьи;,ч внутренних напряжений при. .--.-vri,-- жестко соединенной сиотег-.м Mei.-n ;v-.;i:;:,. прижимной гайки и про:члад}г::. ,:-.зация при нагреве нару1иа сся : .:;. г вительность датчи;ча резкс. ;га,д..гй. , Цель изобретекял - по)ь7шение Т-:-(ности измерения дач аенч при ПОЕБЗИЙНных температурах Поставленная цель достигается тем, что нанесение тензорезистивной пленки на упругий элемент проводят после установки упругого элемента на основание корпуса, а герметизацию датчика осуществляют отжигом к ),- куумной камере с последую1аим облучрс-мй.: его при атмосферном давлении ультрафиолетовым излучением интексивност 0,255 клк, затем нагревают датчик до 400-420 С И вьэдержкнают его под данлением 30 - 6,0 атм, в течение 15-30 мин, причем aiMOcOepHoq давление в камере создают пугем наполнения ае инертным газом,, а в кэче:;тЕе гегметкзирующего материале кспользуют гк рошок разлагаемого алюминий-органического связующего. Датчик давления изготовляют следующим образом. Перед нанесением тензорезистивной |Схемы на упругую мембрану ее устанав1ливают на прозрачное сапфировое коль цо, обе стороны кольца наносят тонкий слой в виде фаски порошка из алюминий-органического связующего. Порошок представляет собой смесь алюминий-органического соеди 1ения со связкой, которую растворяют в спирте и тонким слоем наносят с помощью пуль веризатора. Упругий элемент в сборке устанавливают на основание корпуса и все устройство помещают в вакуумную камеру или вaкyy шpyeмый автоклав Герметизацию датчика осуществляют пос ле откачки камеры до - 10 Mivi рт.ст. путем нагрева до и вы.цер жки в течение 10-15 мин до полного удаления связки. Напускают инертный газ, например очищенный аргон, до установления атмосферного, давления в объеме и облучают поверхность контактируемых изделий ультрафиолетовым излучением. Так как сапфир является про зрачным для ультрафиолетового излуче ния, то его поглощение происходит пре имущественно в слое алюминий-органиче кого соединения. В результате соедине ние активируется и разлагается при дополнительном нагреве до образования .,. Для получения надежного контакта с мембраной и титановым кольцом, на котором крепится датчик, его нагревают до 400 - и вь7держивают под давлением инертного газа 30 - 60 атм в течение 15 - 20 мин. При этом образуется прочный переходной слой AiEgOj соединяющий титановое кольцо с сапфи ровой или кварцевой мембраной. В качестве органического соединенйя используют ацетилацетонат или изопропилат алюминия. Предварительное акуумирование необходимо для дегазаЦии соединительного шва, откачкя продуктов распада связки и более надежного контактирования гранул органичес кого соединения. Роль ультрафиолетового излучения сводится к резонансному возбуждению молекул органического соединения и его последующей диссоциа ции за счет поглощения избыточной эне гии квантов излучения. Резонансная частота излучения подбирается экспериментально в зависимости от типа соединения . Для полной диссоциации соединения энергии квантов обычно бывает недос аточно, поэтому вводят дбпол нительную операцию термического нагре ва датчика в атмосфере инертного газа, препятствующего протеканию окислит.ельно---восстановительных реакций. При нагреве происходит полная термическая активация соединения, продукты распада улетучиваются из области шва и образуется герметичное и прочное соединение из чистого ). Для повышения надежности контакта датчик выдерживают под давлением окружающей среды. На чертеже представлена принципиальная технологическая схема процесса изготовления датчиков. На сапфировое кольцо 1 с обеих сторон наносят слой алюминий-органического соединения со связкой 2, причем верхний слой имеет наружный диаметр, равный внутреннему диаметру нижнего слоя кольца. Затем сборку с мембраной 3 устанавливают на титановое кольцо-шайбу 4 и осуществляют формирование датчика. Тензорезистивную схему 5 наносят на мембрану после формовки всей сборки, затем устанавливают крышку 6 корпуса и осуществляют герметизацию датчика. Для установки изделия в корпус объекта используют вакуумно-плотную прокладку 7 из мягкого металла. Герметизация обеспечивается зав.унчиванием титанЪвого кольца в тело объекта 8. Отличительной особенностью является то, что датчиком является весь сборочный узел. Этот узел легко устанавливать и герметизировать в корпусе изделий с сохранением высокой чувствительности измерения динамическогодавления датчиком. Высокая термостойкость обеспечивается за счет применения термостойких материалов прокладки и кольца, а также герметизирующих швов и уплотнения. Стрелки Н и Р на чертеже соответствуют компрессионному и динамическому давлению. Термический нагрев без активации приводит к образованию рыхлого пористого слоя -AX,0-,j-, разрушающегося при испытаниях, а только активационное облучение не обеспечивает высокой адгезии переходного слоя к мембране и металлическому кольцу. Отсутствие компрессионного давления также не обеспечивает, хорошей адгезии переходного слоя. Без удаления связки при нагреве ее включения приводят к отравлению переходного шва из-за дегазации ,, продуктами распада связки -и постепенному выходу датчика из строя. При ра,бочем вакууме отжига датчика ниже мм рт.ст. в шве остаются следы органической связки, приводящие к дегазации , Откачка до разрежения выше мм рт.ст. не влияет на качество шва и становится малозффективной. Это позволяет выбирать величину рабочего вакуума при отжиге, равной 10 - 10 мм рт.ст. При облучении ультрафиолетовым излучением интенсивиостыо ниже 0,25 клк распад исходного органического соединения происходит не полностью, что ухудшает качество и прочность соединения мембраны с металлом. При интенсивности выше 5 клк начинается частичный распад остаточ