本發(fā)明涉及一種濺射薄膜溫度壓力復(fù)合傳感器及其制作方法，尤其適用于低成本、低功耗，高可靠性，高穩(wěn)定性，長壽命的要求下實現(xiàn)同時測量氣體、液體溫度和壓力的場合，或需要在原來只有壓力測量功能的測量點增加溫度測量功能的情況。對于復(fù)雜智能傳感網(wǎng)絡(luò)的搭建，以及某些工業(yè)環(huán)境、軍事裝備、航空航天航海等領(lǐng)域，在升級或改變原來設(shè)備、系統(tǒng)存在困難，同時又不能改變壓力測量接口情況下的使用具有非常實際的意義。

背景技術(shù)：

壓力、溫度傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、軍事裝備、航空航天航海等各個領(lǐng)域中?，F(xiàn)有的單獨具有溫度和壓力測量功能的傳感器無論技術(shù)還是產(chǎn)品均十分成熟，壓力測量多采用應(yīng)變效應(yīng)、壓阻效應(yīng)、壓電效應(yīng)等，通過電阻、電容、電感變化測量壓力，也有部分高端產(chǎn)品利用諧振技術(shù)、激光和光柵等新型技術(shù)實現(xiàn)壓力測量。溫度測量較常用的有鉑電阻、熱電偶、二極管等測溫元件及越來越普遍的紅外測溫方式。當(dāng)前許多領(lǐng)域的發(fā)展對智能化、云計算等新技術(shù)的需求越來越大，一方面許多壓力測量環(huán)境在原來的基礎(chǔ)上對測量精準(zhǔn)度的要求越來越高，溫度對壓力測量結(jié)果的影響越來越不可忽略，另一方面智能化、云計算本身就需要溫度、壓力等各類參數(shù)的測量。目前，現(xiàn)有的產(chǎn)品和技術(shù)從單一測量角度來看，基本可以滿足絕大多數(shù)應(yīng)用場合。對于同時測量某一個點壓力和溫度的測量需求，在設(shè)計時可以通過增加管路分支的方式分別安裝溫度傳感器和壓力傳感器。而對于復(fù)雜工業(yè)環(huán)境、軍事裝備、航空航天航海等領(lǐng)域，或某些已有的但壓力測量點十分龐大的場合，原來的設(shè)備或系統(tǒng)設(shè)計時不需要或沒有考慮溫度測量功能，現(xiàn)在需要增加溫度測量功能時，最簡易的方式是通過增加管路分支安裝溫度傳感器，但此方案帶來的可靠性影響或者空間布局的限制可能是極具挑戰(zhàn)的，甚至是無法接受或?qū)崿F(xiàn)的。溫度壓力復(fù)合傳感器的出現(xiàn)一方面在一定程度上提供了此類問題的一種解決方案，另一方面也提供了一種新的同時測量溫度壓力的方案。但市場上現(xiàn)有的溫度壓力復(fù)合傳感器大多數(shù)僅僅是簡單機械的將溫度壓力傳感器拼湊在一起，比如有的只是在壓力傳感器中增加了一個數(shù)字溫度傳感器，只能提供精度十分粗糙的溫度測量功能；有的雖然采用了鉑電阻或熱電偶等性能優(yōu)良的測溫器件，但器件采用貼在壓力測量敏感元件上，器件直接與壓力測量敏感元件的接觸面積很小，測量值與介質(zhì)實際溫度差距較大；有的雖然在傳感器內(nèi)部留孔將溫度探頭直接插入介質(zhì)獲得了理想的溫度測量值，但此類傳感器封裝困難，通常存在系統(tǒng)泄露風(fēng)險且體積較大，價格較高的缺點；另外，在一些軍工等特殊應(yīng)用場合，也有使用濺射薄膜工藝在敏感元件上分別濺射用于壓力測量的合金薄膜和用于溫度測量的熱敏薄膜的方式，但這種實現(xiàn)方式的原理與在敏感元件上粘貼鉑電阻等熱敏感元件的原理相似，且因為需要多次濺射、光刻，不僅一致性、成品率會受到影響，而且造價也很高昂。此外，以上這類溫度壓力復(fù)合傳感器的信號處理和信號輸出涇渭分明，基本相當(dāng)于兩套信號處理系統(tǒng)，不僅其成本與售價沒有太大優(yōu)勢，而且如果希望通過獲得的溫度測量值來修正壓力測量值通常需要引入嵌入式系統(tǒng)、上位機等才能實現(xiàn)。除此之外的一些溫度壓力復(fù)合測量方式(如激光光纖測量壓力溫度的方式)因為尚缺乏足夠的驗證，且造價不菲，一般只用于極其特殊的測量場合。相較而言，使用濺射薄膜工藝制造的傳感器(主要是壓力傳感器和測力傳感器)的應(yīng)用已有幾十年，在航空航天、航海及各類復(fù)雜工業(yè)環(huán)境中都得到了充足的驗證，十分成熟，其優(yōu)異的穩(wěn)定性、可靠性、精度、溫度性能及批量制造的特性一直使其獨樹一幟。而使用濺射薄膜工藝制造的溫度壓力復(fù)合傳感器因為溫度測量方式與原來的壓力、力測量方式一致，因此不僅完全繼承了濺射薄膜傳感器的優(yōu)勢，充分發(fā)揮了濺射薄膜工藝的特點，而且在信號處理方面，使用獲取的溫度測量值修正壓力測量值也十分容易。對于解決前文所述的各種問題提供了一種新的、成熟的、更具競爭力的解決方案。對于高性價比的解決擁有龐大溫度壓力復(fù)合監(jiān)測點的測量場合和需要在不改變原系統(tǒng)接口的情況下增加溫度測量功能的場合均具有十分重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種濺射薄膜溫度壓力復(fù)合傳感器，用于低成本、低功耗，高可靠性，高穩(wěn)定性，長壽命的解決氣體、液體介質(zhì)的溫度、壓力測量問題。引入溫度測量的同時也可以降低溫度對壓力測量的影響，實現(xiàn)壓力的高精度測量?？蔀閾碛旋嫶鬁囟葔毫?fù)合監(jiān)測點的測量場合和需要在不改變原系統(tǒng)接口的情況下增加溫度測量功能的場合提供一種更好的解決方案。

本發(fā)明的濺射薄膜溫度壓力復(fù)合傳感器包括接嘴、敏感元件、銅柱、補償板、金引線、套筒、信號處理電路板、外殼、導(dǎo)線、緊固螺釘、航空插座和插座底座，所述敏感元件上除了通過濺射薄膜工藝加工有四個用于壓力測量的薄膜電阻，同時還在壓力測量薄膜電阻的外圓周極小形變區(qū)加工有兩個用于溫度測量的薄膜電阻。四個壓力測量薄膜電阻通過金引線與補償板進行轉(zhuǎn)接并組橋，兩個溫度測量薄膜電阻引出四根金引線通過補償板一對一轉(zhuǎn)換為導(dǎo)線，并接到信號處理電路板上，并在信號調(diào)理電路板上完成組橋和補償。

優(yōu)選所述外殼設(shè)計除有片狀散熱結(jié)構(gòu)外，還在外殼靠近接嘴焊接處留有微孔。

優(yōu)選在外殼散熱結(jié)構(gòu)中央穿線孔內(nèi)及接近信號調(diào)理電路板的位置填充有密封隔熱膠，用于敏感元件所在腔體與信號調(diào)理電路板所在腔體間的隔熱和密封。

優(yōu)選信號調(diào)理電路板上的用于溫度測量電橋的組橋電阻為溫漂低于5ppm的電阻。

優(yōu)選當(dāng)環(huán)境溫度變化較大時，在信號處理電路上用鉑電阻或鉑電阻絲對溫度測量電橋進行補償。

優(yōu)選所測溫度值除直接輸出外，還用于修正由溫度引起的壓力測量誤差。

優(yōu)選當(dāng)測量壓力值較低時，可利用外殼微孔平衡腔體內(nèi)外壓力或抽真空后再進行封堵。

優(yōu)選通過信號調(diào)理電路的處理，傳感器采用兩線制數(shù)字信號輸出或三線制模擬電流信號輸出或四線制電壓模擬信號輸出。

本發(fā)明的用于權(quán)利要求1-8中任一項所述的溫度壓力復(fù)合傳感器的制作方法，其特征在于，包括：步驟一、制作敏感元件，通過現(xiàn)有的濺射薄膜壓力傳感器生產(chǎn)線生產(chǎn)，在敏感元件的大形變區(qū)域加工四個用于壓力測量的薄膜電阻，并在壓力測量薄膜電阻的外圓周極小形變區(qū)加工兩個用于溫度測量的薄膜電阻；步驟二、將敏感元件與接嘴用激光焊機或電子束焊機焊在一起；步驟三、安裝補償板，使用熱壓金絲球焊機焊接金引線，完成傳感器壓力測量部分的補償和組橋，焊接補償板上的引出導(dǎo)線；步驟四、將引出導(dǎo)線穿過外殼引線孔與信號處理電路板連接，再將信號處理電路板上的引出導(dǎo)線穿過插座底座的座孔并與航空插座焊接；步驟五、填充密封隔熱膠和抽取真空，封堵外殼上的微孔；步驟六、對傳感器進行調(diào)試及補償；步驟七、焊接接嘴與外殼，并焊接外殼與插座底座，安裝固定航空插座；步驟八、進行出廠調(diào)試、檢驗工作。

本發(fā)明涉及的濺射薄膜溫度壓力復(fù)合傳感器的有益效果是：本發(fā)明提供的①可低成本、低功耗，高可靠性，高穩(wěn)定性，長壽命的實現(xiàn)單一測點同時測量氣體、液體介質(zhì)溫度與壓力數(shù)據(jù)，②在要求不改變原有系統(tǒng)管線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上在原有壓力測點增加溫度測量功能等測量監(jiān)測難題，所采用的技術(shù)方案有如下優(yōu)點和改進。

第一，本發(fā)明主要的特點有如下三點：①溫度測量原理是先通過在壓力敏感元件上的極小形變區(qū)域處利用濺射薄膜工藝制作薄膜電阻，再與冷端的低溫漂電阻(安裝在信號調(diào)理電路板上)組成惠斯登電橋，當(dāng)溫度變化時，由于敏感元件與薄膜電阻材料的熱膨脹系數(shù)不同，引發(fā)薄膜電阻發(fā)生形變，阻值改變，導(dǎo)致惠斯登電橋失衡，從而實現(xiàn)溫度到電壓信號的轉(zhuǎn)換，因壓力測量同樣采用惠斯登電橋原理，因此只需對原來的濺射薄膜壓力傳感器壓力調(diào)理電路進行簡單改變即可實現(xiàn)溫度測量信號的調(diào)理和輸出，并且只需要在原來壓力測量輸出的基礎(chǔ)上再增加一個溫度測量端即可，如采用電流環(huán)輸出方式，復(fù)合傳感器可實現(xiàn)三線制，而采用三線電流或電壓方式，則可實現(xiàn)四線制輸出。②溫度、壓力敏感元件采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可采用不銹鋼、鋁合金及鈦合金制造，與濺射薄膜工藝制造壓力傳感器的過程完全同步，不僅其可靠性、壽命與濺射薄膜壓力傳感器同樣優(yōu)秀，而且完全繼承了濺射薄膜壓力傳感器易于大批量生產(chǎn)的工藝特點；③冷端溫度補償可通過以下兩種方式：其一，對于生產(chǎn)規(guī)模較小時，通過在冷端使用少量鉑電阻絲進行補償可提高溫度測量精度，因不銹鋼等材料熱膨脹系數(shù)隨溫度變化為非線性，因此通過信號處理電路進行線性補償可降低線性誤差；其二，對于產(chǎn)量較大時，選購或定制集成有溫度測量功能的專用信號調(diào)理芯片進行溫度、壓力信號處理，可在較小的信號處理電路板上解決溫度補償、零位補償、信號放大，標(biāo)準(zhǔn)信號輸出等問題，且更適合大批量生產(chǎn)。

第二，整個傳感器所采用的所有加工制造方法成熟容易，敏感元件加工制造使用的濺射薄膜工藝本身十分適合機器化、流水線形式的批量生產(chǎn)。其余零件都可以通過傳統(tǒng)機械加工工藝、印刷電路板工藝及集成電路焊接裝配工藝等大量生產(chǎn)，相對的瓶頸是人工焊接、裝配、調(diào)試和檢驗，通過濺射薄膜壓力傳感器生產(chǎn)線已經(jīng)廣泛使用的電動工具、特制工裝、焊接設(shè)備可解決人工焊接、裝配的問題，而敏感元件的零點與靈敏度的個體差異性，可通過采用數(shù)字信號調(diào)理電路或定制專用信號處理芯片，再借助批量調(diào)試設(shè)備和檢驗設(shè)備來解決。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

示意圖中零部件的標(biāo)號說明：1接嘴、2敏感元件、3銅柱、4補償板、5金引線、6套筒、7信號處理電路板、8外殼、9導(dǎo)線、10緊固螺釘、11航空插座、12插座底座。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明提供的可低成本、低功耗，高可靠性，高穩(wěn)定性，長壽命的解決單一測點同時測量氣體、液體介質(zhì)溫度、壓力數(shù)據(jù)或在要求不改變原有系統(tǒng)管線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上在原有壓力測點增加溫度測量功能等測量監(jiān)測難題所采用的技術(shù)方案的優(yōu)選方式做進一步說明：

如圖1所示，本發(fā)明的濺射薄膜溫度壓力復(fù)合傳感器，包括接嘴1、敏感元件2、銅柱3、補償板4、金引線5、套筒6、信號處理電路板7、外殼8、導(dǎo)線9、緊固螺釘10、航空插座11和插座底座12。敏感元件2是在通常使用的壓力敏感元件外圓周上的極小形變區(qū)域處利用濺射薄膜工藝制作薄膜電阻而形成的，再與冷端的安裝在信號調(diào)理電路板7上的低溫漂電阻組成惠斯登電橋，當(dāng)溫度變化時，由于敏感元件與薄膜電阻材料的熱膨脹系數(shù)不同，引發(fā)薄膜電阻發(fā)生形變，阻值改變，導(dǎo)致惠斯登電橋失衡，從而實現(xiàn)溫度到電壓信號的轉(zhuǎn)換，因壓力測量同樣采用惠斯登電橋原理，因此只需對原來的濺射薄膜壓力傳感器壓力調(diào)理電路進行簡單改變即可實現(xiàn)溫度測量信號的調(diào)理和輸出，并且只需要在原來壓力測量輸出的基礎(chǔ)上再增加一個溫度測量端即可，敏感元件2能夠通過現(xiàn)在大量運行的濺射薄膜壓力傳感器生產(chǎn)線生產(chǎn)，只需要在光刻工序使用專用的光刻板，光刻參數(shù)和光刻次數(shù)及其他關(guān)聯(lián)工序不需要改變。引線焊接工序增加四個焊點(溫度測量薄膜電阻的四個端子)。接嘴1、外殼8可采用傳統(tǒng)機械加工工藝制造，外殼根據(jù)需要可在下端側(cè)壁開微孔。補償板4、信號處理電路需要重新設(shè)計，并采用印刷電路板加工工藝批量制造，信號處理電路板7上元器件的焊接裝配可使用現(xiàn)有成熟工藝。金引線5、緊固螺釘10、航空插座11、導(dǎo)線9、套筒6等可直接在市場采購。

敏感元件2上不僅有使用濺射薄膜工藝加工的四個用于壓力測量的薄膜電阻(圖示區(qū)域a)，還在敏感元件的外圓周上加工了兩個用于溫度測量的薄膜電阻(圖示區(qū)域b)，從兩個用于溫度測量的薄膜電阻引出四根金引線，通過補償板一對一轉(zhuǎn)換為導(dǎo)線，并接到信號處理電路板上，并在信號調(diào)理電路板上完成組橋和補償；同時在外殼散熱結(jié)構(gòu)中央穿線孔內(nèi)以及接近信號調(diào)理電路板7的位置(圖示區(qū)域c)填充有密封隔熱膠，阻止敏感元件所在腔體與信號調(diào)理電路板所在腔體的熱對流和保持密封，測量壓力值較低時，利用外殼下端位置微孔平衡腔體內(nèi)外壓力或抽真空方后封堵微孔。

人工焊接裝配大體可分為以下工序：第一步，首先需要將敏感元件2與接嘴1用激光焊機或電子束焊機焊在一起；第二步，安裝補償板4并使用熱壓金絲球焊機焊接金引線5并完成壓力傳感器的補償和組橋，焊接補償板4上的引出導(dǎo)線；第三步，將引出導(dǎo)線穿過外殼8引線孔與信號處理電路板7連接，再將信號處理電路板7上的引出導(dǎo)線穿過插座底座12的座孔并與航空插座11焊接；第四步，填充密封隔熱膠和抽取真空，封堵外殼8上的微孔；第五步，對傳感器進行調(diào)試及補償；第六步，焊接接嘴1與外殼8以及外殼8與插座底座12，安裝固定航空插座11；第七步，進行出廠檢驗。通常情況，調(diào)試、補償工作因為敏感元件的個體差異性是傳感器整個大批量生產(chǎn)流程的瓶頸，一般可采用數(shù)字電路或定制專用信號處理芯片的方式彌補。專用信號處理芯片的定制需要達(dá)到百萬級甚至更高的數(shù)量才能通過均攤降低成本，因此批量較小時，采用常規(guī)芯片搭建數(shù)字信號處理電路配合調(diào)試平臺的方式可能更為實用。在形狀、構(gòu)造及其結(jié)構(gòu)上，本發(fā)明與現(xiàn)有的類似傳感器相同的特征有：①敏感元件與接嘴通過焊接方式連接，敏感元件的電路部分通過金引線與補償板進行轉(zhuǎn)接并組橋，再從補償板上通過導(dǎo)線和信號處理電路連接，最終通過航空插座完成傳感器的輸入輸出，其中的銅柱、套筒、緊固螺釘用于調(diào)整和固定補償板與信號處理電路板；②外殼設(shè)計了片狀散熱結(jié)構(gòu)，可以使得測量高低溫介質(zhì)時盡可能降低溫度對信號處理電路的影響。本發(fā)明與其他解決方案不同的特征有：①敏感元件上不僅有使用濺射薄膜工藝加工的四個用于壓力測量的薄膜電阻，還在敏感元件的外圓周上加工了兩個用于溫度測量的薄膜電阻，兩個用于溫度測量的薄膜電阻引出四根金引線通過補償板一對一轉(zhuǎn)換為導(dǎo)線，并接到信號處理電路板上，并在信號調(diào)理電路板上完成組橋和補償；②在外殼散熱結(jié)構(gòu)中央穿線孔內(nèi)填充有密封隔熱膠，使敏感元件所在腔體與信號調(diào)理電路板所在腔體保持隔離，并阻止熱對流和降低熱交換，測量壓力值較低時，利用外殼下端位置微孔平衡腔體內(nèi)外壓力或通過抽真空方式降低腔內(nèi)密封空氣壓力，然后封堵微孔。以上幾點結(jié)合起來，可使得復(fù)合傳感器在滿足低成本、低功耗、高可靠性、高穩(wěn)定性、長壽命要求下實現(xiàn)測氣體、液體介質(zhì)溫度與壓力數(shù)據(jù)的同時監(jiān)測測量，另外復(fù)合傳感器也可解決原有系統(tǒng)、設(shè)備結(jié)構(gòu)因為結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝操作空間不足，可靠性要求限制等問題導(dǎo)致的無法增加溫度傳感器及現(xiàn)有溫度壓力復(fù)合傳感器與原接口無法兼容等難題。其溫度測量精度可以滿足大多數(shù)監(jiān)測測量需求，壓力測量精度非常優(yōu)秀。

下面通過使用方法，更進一步闡述本發(fā)明濺射薄膜溫度壓力復(fù)合傳感器的動態(tài)結(jié)構(gòu)關(guān)系：傳感器通過接嘴的螺紋與被測介質(zhì)載體(通常為管路)接口進行連接，并使用符合測量環(huán)境要求的密封方式進行緊固密封。電氣部分通過航空插座、相對應(yīng)的配有航空插頭的電纜與測量儀表、信號采集系統(tǒng)或信號發(fā)射模塊連接。通電后，溫度傳感器與壓力傳感器開始輸出電信號，當(dāng)被測介質(zhì)的溫度發(fā)生改變時，敏感元件的溫度隨之變化，因作為敏感元件的材料熱膨脹系數(shù)較大，薄膜電阻的熱膨脹系數(shù)很小，因此薄膜電阻發(fā)生形變，其阻值隨之改變，而冷端電阻的阻值不變，從而引發(fā)惠斯登電橋輸出電壓信號發(fā)生變化，由此可折算出溫度變化量，再加上冷端默認(rèn)的溫度值，便可算出介質(zhì)溫度。當(dāng)冷端溫度較默認(rèn)溫度波動較大時：一是可在冷端串入鉑電阻絲進行補償，因為鉑電阻阻值隨溫度變化較大，可以抑制因冷端溫度波動導(dǎo)致的惠斯登電橋輸出信號偏移；二是通過具有測溫功能的芯片獲得準(zhǔn)確的冷端溫度值去修正測出的介質(zhì)與冷端的溫度差值從而實現(xiàn)減小由于冷端溫度波動帶來的測量誤差。壓力測量工作方法與已有的濺射薄膜壓力傳感器相同?；菟沟请姌蜉敵龅碾妷盒盘栆话阒挥泻练?mV)級別，需要通過信號處理電路進行處理，理想的信號處理電路能進行溫度補償、零點補償、線性補償及實時的信號放大和轉(zhuǎn)換。最終符合要求的信號通過航空插頭輸出到測量儀表、采集系統(tǒng)或發(fā)射模塊等。

實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方案是在擁有濺射薄膜壓力傳感器生產(chǎn)制造能力的工廠，最好同時具有齊全的溫度試驗和測試設(shè)備。具有壓力標(biāo)定與溫度標(biāo)定能力和資質(zhì)的廠家可以通過外部協(xié)助和技術(shù)合作獲得敏感元件2。敏感元件2可由濺射薄膜壓力傳感器生產(chǎn)廠家提供或由某些具備生產(chǎn)能力的科研機構(gòu)生產(chǎn)制造。其余構(gòu)成部分在市場上較易獲得，最終完成裝配、調(diào)試及檢驗即可形成產(chǎn)品。濺射薄膜溫度壓力復(fù)合傳感器完成制造后，有時需要各級計量部門進行檢定并提供檢定證書。產(chǎn)品最終由需求的企業(yè)、科研機構(gòu)選用并根據(jù)情況進行周期檢定。本發(fā)明對滿足智慧管網(wǎng)、工業(yè)4.0以及一些特殊工業(yè)環(huán)境、裝備、系統(tǒng)內(nèi)的氣體、液體介質(zhì)溫度和壓力的同時監(jiān)測測量具有十分重要的意義。

溫度測量原理是先通過在壓力敏感元件上的極小形變區(qū)域(b)處利用濺射薄膜工藝制作薄膜電阻，再與冷端的低溫漂電阻(安裝在信號調(diào)理電路板(7)上)組成惠斯登電橋，當(dāng)溫度變化時，由于敏感元件與薄膜電阻材料的熱膨脹系數(shù)不同，引發(fā)薄膜電阻發(fā)生形變，阻值改變，導(dǎo)致惠斯登電橋失衡，從而實現(xiàn)溫度到電壓信號的轉(zhuǎn)換。因壓力測量同樣采用惠斯登電橋原理，因此只需對原來的濺射薄膜壓力傳感器壓力調(diào)理電路進行簡單改變即可實現(xiàn)信號調(diào)理和輸出，并且只需要在原來壓力測量輸出線制的基礎(chǔ)上再增加一個溫度測量端即可，如采用電流環(huán)輸出方式，復(fù)合傳感器可實現(xiàn)三線制，而采用三線電流或電壓方式，則可實現(xiàn)四線制輸出。

敏感元件、接嘴、外殼、插座底座常用不銹鋼材質(zhì)，也可選用鋁合金、鈦合金等，也可混合使用。敏感元件借鑒成熟的濺射薄膜壓力傳感器敏感元件工藝生產(chǎn)加工，但為了增加溫度測量功能，并確保壓力測量對溫度測量影響盡可能小，需要借助有限元分析方法計算壓力滿量程輸出時，敏感元件濺射面的最小應(yīng)變區(qū)域，重新設(shè)計制造光刻版，增加溫度測量電阻及相應(yīng)焊盤的圖形，從而實現(xiàn)復(fù)合傳感器敏感元件的制造工藝與原來壓力敏感元件的制造工藝、步驟、流程完全一致。敏感元件上通過濺射薄膜工藝制作的電阻至少為6個，其中位于敏感元件中央彈性應(yīng)變區(qū)域的至少4個薄膜電阻根據(jù)表面主應(yīng)變方向組成惠斯登電橋，并形成5個金焊盤(5個焊盤是因為惠斯登電橋的其中一個端點保持?jǐn)嚅_，方便需要時進行補償)，其余位于邊緣的2個薄膜電阻相互獨立，有4個獨立的金焊盤，用于溫度測量惠斯登電橋中相對的兩個位置。以上9各金焊盤通過金引線轉(zhuǎn)接到補償板上，而補償板通過銅柱和緊固螺釘固定在接嘴上。根據(jù)需要，在補償板上可以對壓力傳感器進行補償，最終將從補償板上引出8根導(dǎo)線穿過外殼中央的穿線孔與信號處理電路板連接，其中四根線為壓力測量惠斯登電橋的輸入和輸出，另外四根為兩個相互獨立的溫度測量薄膜電阻的轉(zhuǎn)接導(dǎo)線。將外殼與接嘴進行焊接，在中央穿線孔內(nèi)填充密封隔熱膠。因為填充密封隔熱膠后，彈性體與密封隔熱膠之間的腔體會成為密封空間，隨著溫度變化，密封空間內(nèi)的空氣壓力會相應(yīng)變化，當(dāng)被測壓力值較低時，這種變化會產(chǎn)生較大誤差，因此可根據(jù)環(huán)境惡劣程度采取在密封空間對應(yīng)的外殼體上制作一微孔，用于平衡敏感元件腔體內(nèi)外壓力或利用微孔抽真空降低腔體內(nèi)氣壓后封堵微孔。也可在填充密封隔熱膠時在穿線孔內(nèi)埋入一段空管連接膠封兩側(cè)，埋入的空管在完成最終封裝前用于抽取敏感元件腔體內(nèi)空氣，降低腔內(nèi)氣壓，最后被膠封。信號處理電路板通過套筒與緊固螺釘懸空在外殼內(nèi)，從補償板上引出的用于壓力測量的四根線直接進行信號處理，用于溫度測量的四根線與信號處理電路板上的冷端電阻組成惠斯登電橋并進行補償(包括冷端溫度補償和零點補償)后再進行信號處理。冷端電阻一般優(yōu)先選用低于5ppm的電阻。冷端溫度補償可以采用在橋路中串入鉑電阻絲或選用具有溫度測量功能的處理芯片。在生產(chǎn)批量較小的情況，串入鉑電阻絲的方式更為合適，通過將敏感元件放入對應(yīng)介質(zhì)溫度值的恒溫箱內(nèi)，將冷端放入對應(yīng)環(huán)境溫度的可調(diào)溫恒溫箱內(nèi)。通過記錄溫度波動對溫度測量惠斯登電橋的影響，可得到所需鉑電阻絲的長度。如果溫度測量的精度要求不高，可以根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)補償固定長度的鉑電阻絲甚至不進行冷端溫度補償。零點補償可采用錳銅絲或金屬膜電阻、晶圓電阻。溫度、壓力測量惠斯登電橋可共用穩(wěn)壓電源芯片，輸出信號通過常用的放大芯片搭建的信號處理電路進行處理，最終實現(xiàn)三線制(電流環(huán)方式)或四線制(三線電流或電壓方式)輸出。對于生產(chǎn)批量較大的情況，可以定制專用信號處理芯片，專用芯片可以集成絕對溫度測量功能，修正環(huán)境溫度對介質(zhì)溫度測量以及介質(zhì)溫度對壓力測量的影響。專用芯片同時集成雙通道信號處理能力，可實現(xiàn)溫度、壓力信號同時獨立輸出(與前面所述搭建電路方式的輸出信號一樣)或以數(shù)字信號分時輸出(可實現(xiàn)兩線制輸出)。信號調(diào)理電路板最后通過導(dǎo)線與常用的航空插座連接，而航空插座直接固定在外殼上。

以上結(jié)構(gòu)確保了溫度壓力復(fù)合傳感器與現(xiàn)有的成熟的濺射薄膜壓力傳感器生產(chǎn)線完全兼容，單臺產(chǎn)品的成本幾乎沒有變化，且可以實現(xiàn)各種信號的輸出，十分容易實現(xiàn)量產(chǎn)和普及，對于替代原來只有壓力測量功能的傳感器十分容易。而且原本濺射薄膜壓力傳感器低功耗，高可靠性，高穩(wěn)定性，長壽命等特征也得以完整繼承。

本發(fā)明實現(xiàn)了完全兼容濺射薄膜壓力傳感器的使用環(huán)境，并增加了溫度測量能力。此外相較傳統(tǒng)的溫度測量方式，該測溫方式既不需要額外增加接觸介質(zhì)的孔，造成原系統(tǒng)泄露風(fēng)險增加，也比粘貼感溫元件獲取的溫度值更接近真實值。由于濺射薄膜工藝易于批產(chǎn)的特性，該發(fā)明十分適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。其成本低、可靠性高，適應(yīng)環(huán)境能力強，適用性好、天然滿足低功耗智能傳感器要求等諸多特點十分契合智慧城市、智能管網(wǎng)、工業(yè)4.0等領(lǐng)域?qū)鞲衅鞯囊蟆?/p>

冷端溫度補償可通過以下兩種方式：其一，對于生產(chǎn)規(guī)模較小時，通過在冷端使用少量鉑電阻絲進行補償可提高溫度測量精度，因不銹鋼等材料熱膨脹系數(shù)隨溫度變化為非線性，因此通過信號處理電路進行線性補償可降低線性誤差；其二，對于產(chǎn)量較大時，選購或定制集成有溫度測量功能的專用信號調(diào)理芯片進行溫度、壓力信號處理，可在較小的信號處理電路板上解決冷端補償、零位補償、信號放大，標(biāo)準(zhǔn)信號輸出等問題。通過實驗測試，在冷端溫度波動不超過5℃時，在試驗箱內(nèi)控溫精度優(yōu)于0.5℃的區(qū)域內(nèi)安裝敏感元件，分別多次測量0℃、50℃、100℃的輸出值，測量綜合誤差在0℃至3℃以內(nèi)；因為不銹鋼等材料的熱膨脹系數(shù)隨溫度變化的特性導(dǎo)致的誤差較大，所以通過信號調(diào)理電路進行線性修正后，綜合測量誤差可達(dá)到±1℃之內(nèi)。溫度壓力復(fù)合傳感器的壓力測量性能與原來的濺射薄膜壓力傳感器一致，綜合精度可達(dá)0.1％FS，輸出受溫度影響很小。