基于压力传感器封装的波纹膜片的结构研究_刘元浩.pdf

DOI:10.16204/ki.sw.2008.12.004

研究与开发

基于压力传感器封装的波纹膜片的结构研究

注：国家自然科学基金资助项目（编号50535030）；

教育部新世纪人才支持计划资助项目（编号：NCET-05-0842）

摘要：针对隔离型压力传感器封装的特点，介绍了波纹膜片的设计过程并利用有限元分析方法对影响波纹

膜片性能的主要因素—膜片厚度和波纹深度进行了分析研究，对波纹膜片的结构进行优化，改善了封装有

波纹膜片的压力传感器的线性度和灵敏度。

关键词：波纹膜片；有限元分析；设计；优化

中图分类号：TP212.1文献标识码：A文章编号：1006-883X(2008)12-0012-04

刘元浩赵立波赵玉龙

蒋庄德田边孟超

一、引言

随着传感器技术的发展，压力传感器被越来越来多的应用于石油化工、炉窑、发动机、火药爆破等领域

的压力测量，在这些腐蚀性介质中，波纹膜片被用来隔离传感器芯片和测量介质，避免芯片被污染腐蚀，从

而影响传感器的动静态性能甚至毁坏传感器[1]。波纹膜片的设计和加工是实现压力传感器充油隔离封装的关键

因素。波纹膜片应具有抗腐蚀、厚度小、弹性好等特点。要使波纹膜片无损耗的传递压力，则必须消除自身

变形应力的影响。波纹形膜片可以通过波纹间的结构形变和自调整来减小自身变形应力，从而改善传感器的

线性度和响应灵敏度。工程设计中多采用正交异性理论[2]，计算复杂。因此，本文采用经验公式进行设计，并

通过有限元分析进行波纹膜片的结构优化。

二、波纹膜片的设计

1、材料和波形的选择

在压力传感器设计中波纹膜片常用的材料为不锈钢316L[3]9

。不锈钢316L弹性模量约为200×10Pa，在

-6

200℃以下是恒定值，线膨胀系数为10.8×10/℃，相对于其他金属不算大。综合考虑，选择不锈钢316L作为

波纹膜片材料是合适的。因正弦曲线的膜片灵敏度好[4]，且不容易产生应力集众，本文波纹膜片外形选正弦曲

线。

2、波纹膜片的外形尺寸的确定

波纹膜片外形的主要影响参数有外形因子、工作半径、膜厚、波纹深度、波距、波纹数。外形

qahHsn

因子q决定波纹膜片的变形，q越大膜片的刚度越大，线性区越长，通常q值在5~20之间。工作半径a根据

工作空间选取，h的最小取值可以由下面的应力公式(1)[5]确定：

12传感器世界2008.12

ResearchDevelopment

Pa2（）

tσsmax=()K1

h

式中：

2

2