專利名稱：基于mems技術(shù)的電壓力鍋壓力檢測模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉 及電壓力鍋壓力檢測技術(shù)領(lǐng)域，主要是一種基于MEMS技術(shù)的電壓力鍋壓力檢測模塊。
背景技術(shù)：
為了適應(yīng)快節(jié)奏生活方式，人們接受了高壓烹飪理念，由于高壓設(shè)備具有高危險(xiǎn)性，人們采用了多種控制、檢測鍋內(nèi)壓力的方法。目前，電壓力鍋鍋內(nèi)壓力檢測的方法有溫度轉(zhuǎn)換氣壓方法、膨脹量感知轉(zhuǎn)換壓力方法、重量感知轉(zhuǎn)換壓力方法、位移感知轉(zhuǎn)換壓力方法、電阻應(yīng)變計(jì)感知壓力方法和硅膜片感知壓力方法。采用溫度轉(zhuǎn)換氣壓方法檢測電壓力鍋鍋內(nèi)壓力較為普遍，該方法是將熱敏電阻溫度傳感器置于鍋蓋頂部來測量鍋內(nèi)溫度，通過飽和氣體壓力與溫度的比例關(guān)系計(jì)算出當(dāng)前溫度下的壓力，但電壓力鍋內(nèi)的壓力不僅與溫度有關(guān)，還與鍋內(nèi)被煮蒸食物的種類有關(guān)，而且氣壓的升降相對溫度變化較快，因此，僅通過檢測溫度來確定鍋內(nèi)壓力誤差較大，不能及時(shí)反映鍋內(nèi)的真實(shí)壓力。中國發(fā)明專利CN200510100475. 9公開了 “一種電壓力鍋的壓力檢測方法及檢測裝置”，采用應(yīng)變計(jì)感知內(nèi)鍋的膨脹量，將內(nèi)鍋膨脹量轉(zhuǎn)換為一個(gè)位移量實(shí)現(xiàn)鍋內(nèi)壓力控制。該方案受限較大，因?yàn)閼?yīng)變計(jì)測量器件的耐溫性，發(fā)熱盤嚴(yán)重?zé)嶙冃?，?nèi)鍋材質(zhì)成分及尺寸公差等都會影響膨脹量感知的敏感度和準(zhǔn)確度，從而影響壓力檢測的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性以及產(chǎn)品的壽命。中國發(fā)明專利CN200610036612. 1公開了 “電壓力鍋”，其加熱器下面設(shè)置了稱重傳感器，電路控制裝置根據(jù)稱重傳感器的壓力檢測結(jié)構(gòu)控制加熱器的加熱狀態(tài)，使加熱過程調(diào)控目標(biāo)更加直接，調(diào)控效果更加準(zhǔn)確。但是，稱重過程的實(shí)現(xiàn)需要?jiǎng)傂酝斜P、剛性橫梁及剛性連接板等剛性框架，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，輔助零部件較多，存在可靠性不足問題。中國實(shí)用新型專利CN200720049043. 4公開了 “電壓力鍋的壓力檢測裝置”，其利用位移傳感器非接觸測量位移變化的工作特性來檢測內(nèi)鍋或加熱盤在鍋內(nèi)壓力變化時(shí)的位移量，從而達(dá)到連續(xù)檢測電壓力鍋鍋內(nèi)壓力變化的目的。所述位移感知轉(zhuǎn)換壓力方式存在靈敏度和可靠性不足的問題。中國實(shí)用新型專利CN200820085502. 9公開了 “電壓力鍋壓力檢測裝置”，其采用電阻應(yīng)變片粘結(jié)在彈性基體上實(shí)現(xiàn)壓力檢測。應(yīng)變片是選用電阻溫度系數(shù)小的特殊合金材料通過合適熱處理工藝制成的，彈性基體通常采用鋁、鋁合金或不銹鋼等具有合適彈性和機(jī)械強(qiáng)度的材料制成。該測壓裝置是依靠應(yīng)變片自身的溫度特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償，彈性基體是用金屬材料加工制成。所述測壓裝置制作工藝復(fù)雜，存在性能一致性差和可靠性不足問題。中國實(shí)用新型專利CN200820214400. 2公開了 “具有數(shù)碼壓力檢測功能的電壓力鍋”，其采用硅膜片直接感知鍋內(nèi)壓力，硅膜片的一面是與被測壓力連通的高壓腔，另一面是與大氣連通的低壓腔。所述新型具有壓力動態(tài)測量順暢，便于安裝，壓力變化靈敏度高等特性；但是，其硅膜片的兩側(cè)與不同的壓力腔體相通，不利于高原地區(qū)使用，不易解決壓力感應(yīng)器的零漂和溫漂校正等問題，而且，其硅膜片直接與被測介質(zhì)接觸，影響了所述新型的使用壽命。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的正是要克服上述技術(shù)的不足，而提供一種基于MEMS(Micrc) ElectroMechanical System)技術(shù)的電壓力鍋壓力檢測模塊。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)目的所采用的技術(shù)方案。這種基于MEMS技術(shù)的電壓力鍋壓力檢測模塊，包括殼體、硅橡膠膜片、壓環(huán)、基板以及旋塞，硅橡膠膜片、壓環(huán)、基板組成的腔體內(nèi)充滿有硅油，MEMS壓力傳感器和測溫元件電裝在基板接觸硅油的一側(cè)，信號調(diào)理器和信號線電裝在基板非接觸硅油的一側(cè)，殼體和壓環(huán)之間通過硅橡膠膜片的彈性變形密封連接。 MEMS壓力傳感器可以實(shí)時(shí)感知由硅橡膠膜片和硅油傳遞的鍋內(nèi)氣體壓力；測溫元件可以實(shí)時(shí)感知壓力傳感器的溫度；信號調(diào)理器可以將壓力信號進(jìn)行放大，并對壓力傳感器的零漂、溫漂及線性度校正，然后將處理后的信號傳至電壓力鍋主控板。所述的硅橡膠膜片為帶有密封圈的薄壁半球形，可以抵消自身變形力，保證壓力傳遞準(zhǔn)確無損失；其材質(zhì)具有優(yōu)異的耐熱性、耐寒性、耐老化性，具有較寬廣的溫度使用范圍；其配合處借助壓環(huán)和殼體之間的擠壓力實(shí)現(xiàn)良好密封。所述的壓環(huán)中心軸線兩端設(shè)置有流線型錐孔，降低壓力傳遞過程中的損失。本實(shí)用新型采用先進(jìn)的科技、創(chuàng)新的技術(shù)，把基于MEMS技術(shù)微型動態(tài)壓力傳感器應(yīng)用到電壓力鍋壓力檢測領(lǐng)域，MEMS壓力傳感器用于測量受壓面的絕對壓力值，具有良好動態(tài)特性和微型性。利用MEMS壓力傳感器和測溫元件研發(fā)一種可以直接檢測鍋內(nèi)壓力的測壓模塊。該測壓模塊可以連續(xù)感知鍋內(nèi)的絕對壓力和實(shí)時(shí)溫度并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，采用信號調(diào)理器將傳遞的壓力電信號進(jìn)行放大，并對其進(jìn)行零漂、溫漂及線性度校正，處理過的信號以模擬信號或數(shù)字信號的形式輸出，供電壓力鍋主控板使用。本實(shí)用新型可以兼容到現(xiàn)有各類型電壓力鍋上，在鍋蓋上開一小孔即可以安裝。電壓力鍋主控板只需向測壓模塊提供5V直流電壓便可以采集到鍋內(nèi)的壓力信號，再結(jié)合現(xiàn)有控制模塊即能制造出智能、環(huán)保、可靠性高的廚房家電。本實(shí)用新型有益的效果是①集成了 MEMS壓力傳感器和測溫元件，獲取的壓力是鍋內(nèi)壓力的絕對變化量，解決了壓力傳感器的零漂和溫漂校正等問題，靈敏度和準(zhǔn)確度高；②結(jié)構(gòu)簡單，體積小，無活動部件，便于安裝而且不影響既有部件結(jié)構(gòu)，抗干擾性強(qiáng)，抗振抗摔，使用壽命長；③調(diào)試簡單，一致性好，成本低，適宜大批量生產(chǎn)；④壓力范圍(絕對壓力)0 200kPa，極限壓力值600KPa ；⑤測量精度士2KPa，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有電壓力鍋的測壓精度；⑥工作溫度-20 125°C，被測介質(zhì)兼容氣體和普通弱酸弱堿液體。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0022]附圖標(biāo)記殼體1、硅橡膠膜片2、壓環(huán)3、基板4、旋塞5、硅油6，MEMS壓力傳感器 7、測溫元件8、信號調(diào)理器9、信號線10。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明如圖1所示，這種基于MEMS技術(shù)的電壓力鍋壓力檢測模塊，包括殼體1、 硅橡膠膜片2、壓環(huán)3、基板4以及旋塞5，硅橡膠膜片2、壓環(huán)3、基板4組成的腔體內(nèi)充滿有硅油6， MEMS壓力傳感器7和測溫元件8電裝在基板4接觸硅油的一側(cè)，信號調(diào)理器9和信號線10 電裝在基板4非接觸硅油的一側(cè)，殼體1和壓環(huán)3之間通過硅橡膠膜片2的彈性變形密封連接。MEMS壓力傳感器借助硅橡膠膜片和硅油感知鍋內(nèi)壓力；測溫元件感知壓力傳感器工作溫度，以便信號調(diào)理器對壓力傳感器進(jìn)行溫漂校正。殼體的一端制作有外螺紋或帶有卡環(huán)的喇叭口，方便安裝在電壓力鍋的鍋蓋上； 硅橡膠膜片的形狀可以是帶有密封圈的薄壁半球形或其它宜抵消自身變形力的薄壁形狀， 壓環(huán)中心軸線兩端制作成流線型錐孔。若測溫元件內(nèi)置于信號調(diào)理器中，則信號調(diào)理器與壓力傳感器一起封裝在填充硅油的密封腔內(nèi)。殼體1和壓環(huán)3之間依靠硅橡膠膜片2的彈性變形進(jìn)行密封，壓環(huán)3和基板4之間采用橡膠圈或密封膠進(jìn)行密封(圖中未示出)，信號調(diào)理器9的表面和信號線10的焊點(diǎn)處涂上密封膠(圖中未示出)進(jìn)行防水保護(hù)。本實(shí)用新型安裝在電壓力鍋的鍋蓋上，蓋合后直接伸入內(nèi)鍋鍋體內(nèi)腔，硅橡膠膜片直接接觸鍋內(nèi)的氣體。當(dāng)電壓力鍋上電瞬間，信號調(diào)理器對MEMS壓力傳感器進(jìn)行零漂校正；鍋內(nèi)壓力變化時(shí)，硅橡膠膜片迅速形變，將感知的氣體壓力經(jīng)硅油傳遞給MEMS壓力傳感器，MEMS壓力傳感器根據(jù)感知的壓力變化輸出連續(xù)電信號，同時(shí)測溫元件獲取實(shí)時(shí)的壓力傳感器溫度信號，信號調(diào)理器結(jié)合溫度信號對MEMS壓力傳感器輸出的電壓信號進(jìn)行放大、線性校正及溫漂校正等處理，并將處理好的信號傳遞給電壓力鍋主控板，以便電壓力鍋主控板進(jìn)行壓力控制操作。除上述實(shí)施例外，凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種基于MEMS技術(shù)的電壓力鍋壓力檢測模塊，其特征是包括殼體(1)、硅橡膠膜片 (2)、壓環(huán)(3)、基板(4)以及旋塞(5)，硅橡膠膜片(2)、壓環(huán)(3)、基板(4)組成的腔體內(nèi)充滿有硅油(6)，MEMS壓力傳感器(7)和測溫元件(8)電裝在基板(4)接觸硅油的一側(cè)，信號調(diào)理器(9)和信號線(10)電裝在基板⑷非接觸硅油的一側(cè)，殼體⑴和壓環(huán)(3)之間通過硅橡膠膜片(2)的彈性變形密封連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS技術(shù)的電壓力鍋壓力檢測模塊，其特征是所述的硅橡膠膜片(2)為帶有密封圈的薄壁半球形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS技術(shù)的電壓力鍋壓力檢測模塊，其特征是所述的壓環(huán)(3)中心軸線兩端設(shè)置有流線型錐孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于MEMS技術(shù)的電壓力鍋壓力檢測模塊，包括殼體、硅橡膠膜片、壓環(huán)、基板以及旋塞，硅橡膠膜片、壓環(huán)、基板組成的腔體內(nèi)充滿有硅油，MEMS壓力傳感器和測溫元件電裝在基板接觸硅油的一側(cè)，信號調(diào)理器和信號線電裝在基板非接觸硅油的一側(cè)，殼體和壓環(huán)之間通過硅橡膠膜片的彈性變形密封連接。MEMS壓力傳感器實(shí)時(shí)感知由硅橡膠膜片和硅油傳遞的鍋內(nèi)氣體壓力；測溫元件實(shí)時(shí)感知壓力傳感器的溫度。本實(shí)用新型有益的效果是具有壓力動態(tài)測量順暢；壓力檢測范圍廣、靈敏度高、精度高；結(jié)構(gòu)簡單、兼容性強(qiáng)、便于安裝；性能可靠、成本低、適宜大批量生產(chǎn)等特性。
文檔編號B81B3/00GK202033147SQ201120096719
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月29日
發(fā)明者熊育信, 程浩, 趙宏, 陳清浪, 陳立新 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所