一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，它涉及电容式真空传感器领域。本发明为了解决现有的真空计存在体积过大、重量过重，且无法满足火星等深空探测活动中的真空测量需求，且电容薄膜真空计的小型化会使仪器本身的线性、重复性和稳定性均受到影响，在保证测量准确度的同时难以保证深空探测需求的载荷小型化问题。本发明的上电极安装在下电极上，吸气剂置于上电极的第一环形槽内，金属膜片置于上电极和下电极的中间位置，上电极引脚插装在上电极的第二通孔内，共用电极引脚插装在上电极的第一通孔内，下电极引脚插装在下电极的第四通孔和上电极的第三通孔内。本发明用于完成真空压力的测量。
1.一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，其特征在于：它包括下电极引脚(1)、上电极(2)、吸气剂(3)、共用电极引脚(4)、金属膜片(5)、下电极(6)、焊料(7)和上电极引脚(8)；
上电极(2)的下表面(11)上加工第一环形槽(1-1)，第一环形槽(1-1)的内径与上电极(2)之间形成第一硬质中心(1-2)，第一硬质中心(1-2)的厚度小于上电极(2)的厚度，上电极(2)的下表面(11)上分别加工第一通孔(1-3)、第二通孔(1-4)和第三通孔(1-5)，第一通孔(1-3)位于第一环形槽(1-1)上，第二通孔(1-4)和第三通孔(1-5)均位于第一环形槽(1-
1)外径与上电极(2)外径之间的凸台上，第一通孔(1-3)、第二通孔(1-4)和第三通孔(1-5)围绕上电极(2)的纵向轴线呈120°均匀分布；
下电极(6)的上表面(42)上加工第二环形槽(6-1)，第二环形槽(6-1)的内径与下电极(6)之间形成第二硬质中心(6-2)，第二硬质中心(6-2)的厚度小于下电极(6)的厚度，下电极(6)的上表面(42)上分别加工第四通孔(6-3)和第五通孔(6-4)，第四通孔(6-3)位于第二环形槽(6-1)外径与下电极(6)外径之间的凸台上，第五通孔(6-4)的中心与第二环形槽(6-
1)的内径重合，第四通孔(6-3)和第五通孔(6-4)的中心在下电极(6)的同一半径方向上；
上电极(2)安装在下电极(6)上，上电极(2)的下表面(11)与下电极(6)的上表面固接，上电极(2)的第一环形槽(1-1)与下电极(6)的第二环形槽(6-1)相对设置，吸气剂(3)置于上电极(2)的第一环形槽(1-1)内，金属膜片(5)插装在上电极(2)和下电极(6)之间，第一通孔(1-3)上安装与其匹配的上电极引脚(8)，上电极引脚(8)与吸气剂(3)的上端面接触，上电极引脚(8)通过焊料(7)与上电极(2)固接，第二通孔(1-4)上安装与其匹配的共用电极引脚(4)，共用电极引脚与金属膜片(5)接触，共用电极引脚(4)通过焊料(7)与上电极(2)固接，第三通孔(1-5)与第四通孔(6-3)的轴线位于同一条直线上，第四通孔(6-3)内安装与其匹配的下电极引脚(1)，下电极引脚(1)的另一端插装在第三通孔(1-5)内，下电极引脚(1)通过焊料(7)与下电极(6)固接。
2.根据权利要求1所述的一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，其特征在于：上电极(1)和下电极(4)均为陶瓷电极。
3.根据权利要求2所述的一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，其特征在于：上电极(2)的下表面(11)和下电极(6)的上表面(42)上均镀有金属涂层。
4.根据权利要求3所述的一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，其特征在于：上电极(2)的第一环形槽(1-1)的尺寸与下电极(6)的第二环形槽(6-1)的尺寸一致。
5.根据权利要求4所述的一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，其特征在于：上电极(2)与下电极引脚(1)之间存在间隙。
6.根据权利要求1或5所述的一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，其特征在于：上电极(2)、金属膜片(5)、上电极引脚(8)和共用电极引脚(4)形成真空密封腔。
7.根据权利要求1所述的一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，其特征在于：焊料(7)为银铜焊料。
8.根据权利要求1所述的一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，其特征在于：金属膜片(5)为镍基合金膜片。
9.根据权利要求1所述的一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，其特征在于：吸气剂(3)为固态非蒸腾型吸气剂。
一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器
技术领域
[0001] 本发明涉及电容式真空传感器领域，具体涉及一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器。
背景技术
[0002] 电容式真空传感器是一种自五十年代以来已被广泛使用的精密真空计。它通过测量由压强差引起金属薄膜的偏移、从而改变平板电容来测量压强。因其具有测量精度高、动态响应快、测量结果与气体成分无关以及抗腐蚀、耐气压冲击等特点，广泛应用在各行各业，是航空、航天和深空探测的关键部件之一。
[0003] 火星探测是开展深空探测活动的开端，有着承上启下的重要作用。为确保火星在轨探测器的安全运行，必须对火星空间大气阻力进行充分的研究，从而更准确地做出轨道衰减和探测器寿命预测，其关键在于对火星空间环境真空度的准确测量，一般采用探测器携带真空计的方式进行直接测量。但是，现有的真空计存在体积过大、重量过重，且无法满足火星等深空探测活动中的真空测量需求，且电容薄膜真空计的小型化会使仪器本身的线性、重复性和稳定性均受到影响，在保证测量准确度的同时难以保证深空探测需求的载荷小型化问题。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了解决现有的真空计存在体积过大、重量过重，且无法满足火星等深空探测活动中的真空测量需求，且电容薄膜真空计的小型化会使仪器本身的线性、重复性和稳定性均受到影响，在保证测量准确度的同时难以保证深空探测需求的载荷小型化问题。进而提供了一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，它包括下电极引脚、上电极、吸气剂、共用电极引脚、金属膜片、下电极、焊料和上电极引脚。
[0007] 上电极的下表面上加工第一环形槽，第一环形槽的内径与上电极之间形成第一硬质中心，第一硬质中心的厚度小于上电极的厚度，上电极的下表面上分别加工第一通孔、第二通孔和第三通孔，第一通孔位于第一环形槽上，第二通孔和第三通孔均位于第一环形槽外径与上电极外径之间的凸台上，第一通孔、第二通孔和第三通孔围绕上电极的纵向轴线呈120°均匀分布。
[0008] 下电极的上表面上加工第二环形槽，第二环形槽的内径与下电极之间形成第二硬质中心，第二硬质中心的厚度小于下电极的厚度，下电极的上表面上分别加工第四通孔和第五通孔，第四通孔位于第二环形槽外径与下电极外径之间的凸台上，第五通孔的中心与第二环形槽的内径重合，第四通孔和第五通孔的中心在同一半径上。
[0009] 上电极安装在下电极上，上电极的下表面与下电极的上表面固接，上电极的第一环形槽与下电极的第二环形槽相对设置，吸气剂置于上电极的第一环形槽内，金属膜片插装在上电极和下电极之间，第一通孔上安装与其匹配的上电极引脚，上电极引脚与吸气剂的上端面接触，上电极引脚通过焊料与上电极固接，第二通孔上安装与其匹配的共用电极引脚，共用电极引脚与金属膜片接触，共用电极引脚通过焊料与上电极固接，第三通孔与第四通孔的轴线位于同一条直线上，第四通孔内安装与其匹配的下电极引脚，下电极引脚的另一端插装在第三通孔内，下电极引脚通过焊料与下电极固接。
[0010] 进一步地，上电极和下电极均为陶瓷电极。
[0011] 进一步地，上电极的下表面和下电极的上表面上均镀有金属涂层。
[0012] 进一步地，上电极的第一环形槽的尺寸与下电极的第二环形槽的尺寸一致。
[0013] 进一步地，上电极与下电极引脚之间存在间隙。
[0014] 进一步地，上电极、金属膜片、上电极引脚和共用电极引脚形成真空密封腔。
[0015] 进一步地，焊料为银铜焊料。
[0016] 进一步地，金属膜片为镍基合金膜片。
[0017] 进一步地，吸气剂为固态非蒸腾型吸气剂。
[0018] 本发明与现有技术相比具有以下效果：
[0019] 1、本发明有效地减小了电容式真空传感器的体积和重量，将平板电容直径减小至35mm，(上电极2和下电极6的外圆直径均为35mm)，减小了电极的受力面积，有效地将电容式真空传感器的抗力学性能提高了30％。
[0020] 2、本发明的金属膜片5与上电极2和下电极6之间的距离一致，也可根据需要设置不同距离，金属膜片5的厚度为20μm～25μm，确保了10-3Pa～1kPa的量程范围、2.5‰FS的精度、4mv/Pa的灵敏度及其稳定性，达到感知微小变化、消除非线性、提高测量灵敏度和准确度的目的。
[0021] 3、本发明的上电极2、金属膜片5、上电极引脚8和共用电极引脚4之间形成真空密封腔，所述真空密封腔内放置固态吸气剂，部件之间均采用抽真空及钎焊的方式固接，而非采用电子束焊接方式，防止转换至其它加热设备过程中，固态吸气剂在高温下释放的氧 化物污染真空密封腔内的真空度。
附图说明
[0022] 图1是本发明的下电极引脚1和共用电极引脚4的半剖视图；
[0023] 图2是本发明的上电极引脚8半剖视图；
[0024] 图3是上电极2的俯视图；
[0025] 图4是图3在A-A处的剖视图；
[0026] 图5是下电极6的俯视图；
[0027] 图6是图5在B-B处的剖视图。
具体实施方式
[0028] 具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式的一种小型化差动式双电容式薄膜真空传感器，它包括下电极引脚1、上电极2、吸气剂3、共用电极引脚4、金属膜片5、下电极6、焊料7和上电极引脚8。
[0029] 上电极2的下表面11上加工第一环形槽1-1，第一环形槽1-1的内径与上电极2之间形成第一硬质中心1-2，第一硬质中心1-2的厚度小于上电极2的厚度，上电极2的下表面11上分别加工第一通孔1-3、第二通孔1-4和第三通孔1-5，第一通孔1-3位于第一环形槽1-1上，第二通孔1-4和第三通孔1-5均位于第一环形槽1-1外径与上电极2外径之间的凸台上，第一通孔1-3、第二通孔1-4和第三通孔1-5围绕上电极2的纵向轴线呈120°均匀分布。
[0030] 下电极6的上表面42上加工第二环形槽6-1，第二环形槽6-1的内径与下电极6之间形成第二硬质中心6-2，第二硬质中心6-2的厚度小于下电极6的厚度，下电极6的上表面42上分别加工第四通孔6-3和第五通孔6-4，第四通孔6-3位于第二环形槽6-1外径与下电极6外径之间的凸台上，第五通孔6-4的中心与第二环形槽6-1的内径重合，第四通孔6-3和第五通孔6-4的中心在同一半径上。
[0031] 上电极2安装在下电极6上，上电极2的下表面11与下电极6的上表面固接，上电极2的第一环形槽1-1与下电极6的第二环形槽6-1相对设置，吸气剂3置于上电极2的第一环形槽1-1内，金属膜片5插装在上电极2和下电极6之间，第一通孔1-3上安装与其匹配的上电极引脚8，上电极引脚8与吸气剂3的上端面接触，上电极引脚8通过焊料7与上电极2固接，第二通孔1-4上安装与其匹配的共用电极引脚4，共用电极引脚与金属膜片5接触，共用电极引脚4通过焊料7与上电极2固接，第三通孔1-5与第四通孔6-3的轴线位于同一条直线上，第四通孔6-3内安装与其匹配的下电极引脚1，下电极引 脚1的另一端插装在第三通孔1-5内，下电极引脚1通过焊料7与下电极6固接。
[0032] 具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的上电极1和下电极4均为陶瓷电极，陶瓷电极中的Al2O3的含量为95％。如此设置，陶瓷电极具有较强的稳定性和机械强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
[0033] 具体实施方式三：结合图1、图2、图4和图6说明本实施方式，本实施方式的上电极2的下表面11和下电极6的上表面42上均镀有金属涂层。如此设置，上电极2与吸气剂3接触，吸气剂3与所述金属涂层接触并将信号导出。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
[0034] 具体实施方式四：结合图1、图2、图4和图6说明本实施方式，本实施方式的上电极2的第一环形槽1-1的尺寸与下电极6的第二环形槽6-1的尺寸一致。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
[0035] 具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的上电极2与下电极引脚1之间存在间隙。如此设置，在信号引出的过程中，为了防止引入其它的干扰信号，需要做好绝缘，防止上电极2与下电极引脚1产生信号干扰。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
[0036] 具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的上电极2、金属膜片5、上电极引脚8和共用电极引脚4形成真空密封腔。如此设置，保证在真空状态下测量的精准性。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
[0037] 具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的焊料7为银铜焊料。如此设置，银铜钎料具有优异的工艺性能、适宜的熔点、良好的润湿和填满间隙的能力。钎料及钎缝的强度、导电性和耐腐蚀性优良。通过焊料7能够保证工件之间的连接强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
[0038] 具体实施方式八：结合图2说明本实施方式，本实施方式的金属膜片5为镍基合金膜片，金属膜片5的厚度为20μm～25μm如此设置，镍基合金膜片在高温下具有较高的强度与一定的抗氧化腐蚀能力，金属膜片5的厚度为20μm～25μm，确保了10-3Pa～1kPa的量程范围、2.5‰FS的精度、4mv/Pa的灵敏度及其稳定性。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
[0039] 具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式的吸气剂3为固态非蒸腾型吸气剂。如此设置，吸气剂3置于上电极2、金属膜片5、上电极引脚8和共用电极引脚4形成的真空密封腔内，能够有效地维持真空密封腔内的真空度。其它组成和连接关系与 具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。
[0040] 接触及绝缘。上电极2的下表面11和下电极6的上表面42上均镀有金属涂层，引出信号。并且上电极引脚8与吸气剂3接触，吸气剂3与所述金属涂层接触，共用电极引脚4与金属膜片5接触，同时，金属膜片5与上电极2和下电极4上的金属涂层均接触，上电极引脚8与共用电极引脚4共同引出上层电容的输出。
[0041] 工作原理：
[0042] 结合图1、图2和图5说明本发明的工作原理：
[0043] 上电极2和下电极6均为陶瓷电极，陶瓷电极中的Al2O3的含量为95％，上电极2和下电极6的外圆直径均为35mm，厚度均为4mm。
[0044] 被测气体通过下电极6的第五通孔6-4传递至金属膜片5与下电极6形成的腔体内，推动金属膜片5向上移动，使得金属膜片5与上电极2和下电极6的距离均发生变化，引起上、下两个电容量均发生变化，通过上电极引脚8、下电极引脚1和共用电极引脚4将信号传输至后续电路中进行处理，完成真空压力的测量。
[0045] 在信号引出的过程中，为了防止引入其它的干扰信号，需要做好接触及绝缘。上电极2的下表面11和下电极6的上表面42上均镀有金属涂层，引出信号。并且上电极引脚8与吸气剂3接触，吸气剂3与所述金属涂层接触，共用电极引脚4与金属膜片5接触，同时，金属膜片5与上电极2和下电极4上的金属涂层均接触，上电极引脚8与共用电极引脚4共同引出上层电容的输出。
[0046] 下电极6的第五通孔6-4的内表面镀有金属涂层，下电极引脚1与所述金属涂层接触，下电极引脚1与上电极2之间有一定间隙，下电极引脚1与共用电极引脚4引出下电容的输出。
[0047] 在信号引出的过程中，为了防止引入其它的干扰信号，需要做好接触及绝缘。上电极2的下表面11和下电极6的上表面42上均镀有金属涂层，引出信号。并且上电极引脚8与吸气剂3接触，吸气剂3与所述金属涂层接触，共用电极引脚4与金属膜片5接触，同时，金属膜片5与上电极2和下电极4上的金属涂层均接触，上电极引脚8与共用电极引脚4共同引出上层电容的输出。
