專利名稱：高壓隔離比例傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種力敏傳感器的配套應(yīng)用裝置，屬于擴(kuò)散硅力敏傳感器的高壓隔離比例傳感器。
擴(kuò)散硅力敏元件性能穩(wěn)定、靈敏度高，用它制成的傳感器信噪比高、線性度好，因此，采用擴(kuò)散硅力敏元件作為測(cè)量各種力的傳感器的敏感元件的產(chǎn)品逐年增多，大有在機(jī)電一體化壓力測(cè)量?jī)x表領(lǐng)域稱雄的架勢(shì)。但是，因加工工藝和結(jié)構(gòu)制造上的原因，現(xiàn)在批量生產(chǎn)的硅力敏器件的量程范圍較小，只能在0.01～0.2兆帕(MPa)的中低壓范圍內(nèi)應(yīng)用。為此，申請(qǐng)人研制成一種擴(kuò)散硅力敏傳感器的量程擴(kuò)展器(專利號(hào)CN91200668.4)，利用不同直徑和不同材質(zhì)的兩種波紋管構(gòu)成的該裝置，可以把上述中低壓量程的壓力傳感器的測(cè)量范圍擴(kuò)展到1～100兆帕的高壓范圍。但是，原發(fā)明的兩組波紋管的比例匹配的制造難度較大，工藝要求較高，有一定的加工難度。尤其是當(dāng)壓力高到一定程度后，即使專門(mén)的儀表工廠也難以制造。這樣就限制了該發(fā)明的應(yīng)用場(chǎng)合。
本實(shí)用新型的目的是提供一種原發(fā)明的改進(jìn)裝置——高壓隔離比例傳感器，以便使用硅力敏器件又替代高壓波紋管進(jìn)行高壓量測(cè)。
本實(shí)用新型是與擴(kuò)散硅力敏傳感器配套使用的。由管狀殼體，應(yīng)變部件和連接部件組成。其中管狀傳感器殼體用耐高壓的無(wú)縫鋼管制成，其兩端分別設(shè)有用于連接待測(cè)壓力部位和硅力敏傳感器的內(nèi)螺紋孔，在連接待測(cè)壓力部位的一端還密封連接有一個(gè)用口徑較小的無(wú)縫鋼管制成的應(yīng)變筒，該應(yīng)變筒的一端與待測(cè)壓力部位的通孔相連通，另一端用堵頭封閉，在傳感器殼體與應(yīng)變筒外壁之間的空腔里充滿的傳壓介質(zhì)是硅油。
本實(shí)用新型仍然是以充滿硅油或其他傳壓介質(zhì)的波紋管作為與硅力敏器件相匹配的低壓比例傳壓元件，只是用圓管狀的應(yīng)變筒取代了上述發(fā)明的高壓波紋管，其工作原理兩者是相同的即通過(guò)高壓應(yīng)變筒受壓力后，其體積變化是與被測(cè)壓力成一定的線性函數(shù)關(guān)系，而傳感器的外殼因它與應(yīng)變筒之間充滿有傳壓介質(zhì)，傳感器內(nèi)腔的體積變化甚微，即按照一定的比例縮小了。這樣，就使得應(yīng)變筒與傳感器內(nèi)腔之間的容積差△V與被測(cè)的高壓壓力也呈線性函數(shù)關(guān)系。由于容積縮小△V的硅油被擠迫進(jìn)入低壓傳感器，由低壓彈性量測(cè)波紋管(或測(cè)壓膜盒)構(gòu)成的彈性元件作用，使因變應(yīng)筒體積改變引起的壓力比例與硅力敏器件的壓力變化匹配并呈一定的比例關(guān)系，從而起到量程轉(zhuǎn)換，可以測(cè)量高壓。理論上推算，本實(shí)用新型所測(cè)的壓力范圍可以不受限制，其量程可做到10～100兆帕(MPa)。從其工作原理可以看出，本實(shí)用新型還具有隔離和緩沖高壓的功能，所以，它還可作為傳感器的一個(gè)具有保護(hù)功能的附件，而對(duì)于高精度傳感器，這種具有防護(hù)功能的附件也是必不可少的。再者，雖然本實(shí)用新型是測(cè)量高壓的精密儀表配件，但構(gòu)成該發(fā)明的所有零件都具有很好的剛性和機(jī)械強(qiáng)度，它們可以在相當(dāng)惡劣的環(huán)境下應(yīng)用而維持其原來(lái)的特性不變，總之，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，適用范圍廣，是擴(kuò)展波紋管力敏傳感器的量測(cè)范圍，用于測(cè)量高壓壓力的比較理想的配套裝置。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1是用無(wú)縫鋼管制成的傳感器殼體，其兩端分別是內(nèi)螺紋孔，其中一端2(又稱高壓接頭)用于連接待測(cè)高壓壓力部位的，另一端3(又稱低壓接頭)用于連接中低壓量程的硅力敏傳感器，在高壓接頭2的一端還密封連接一個(gè)用口徑較小的無(wú)縫鋼管制成的應(yīng)變筒4。該應(yīng)變筒的一端與待測(cè)壓力部位的通孔相連通，另一端用堵頭5封閉，使應(yīng)變筒4的腔體與傳感器外殼1的內(nèi)腔是隔絕的兩個(gè)空間。在傳感器殼體1與應(yīng)變筒4外壁之間的空腔里充滿傳壓介質(zhì)。
本實(shí)用新型的工作原理主要是利用封閉的應(yīng)變筒4受筒內(nèi)液體壓力(即被測(cè)部位的壓力)后，對(duì)其筒壁產(chǎn)生的作用力是與前者成線性比例關(guān)系的，應(yīng)變筒體積的變化造成傳感器殼體內(nèi)腔里充滿的傳壓介質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)變化，再傳遞到硅力敏傳感器中進(jìn)行匹配比例計(jì)算而得到所量測(cè)的高壓壓力數(shù)值。只要應(yīng)變筒的受力在其構(gòu)成材料的許可強(qiáng)度范圍之內(nèi)，本實(shí)用新型的測(cè)量精度都是相當(dāng)高的。但為了更好地保證壓力比例傳遞，應(yīng)變筒的材質(zhì)選擇要考慮其化學(xué)穩(wěn)定性、溫度漂移性和測(cè)量重復(fù)性，以及材料力學(xué)性能等因素。傳感器外殼雖然不是測(cè)量的力學(xué)元件，但為保證測(cè)試精度，還是應(yīng)選擇與應(yīng)變筒相同的材質(zhì)和相同的熱處理工藝制造，以保證其物理性能的一致性。
雖然在儀表行業(yè)彈性元件通常選用鈹青銅或磷青銅，但在本實(shí)用新型中，如果選用不銹鋼薄壁型無(wú)縫鋼管制作應(yīng)變筒和傳感器外殼，也可得到相當(dāng)不錯(cuò)的使用效果，而且，使用后者還具有降低成本，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，更適宜于作為計(jì)算機(jī)敏感采集系統(tǒng)的傳感部件。
為了提高測(cè)量精度，傳感器外殼的內(nèi)腔容積要作得盡可能接近(略大于)應(yīng)變筒在最高工作壓力時(shí)的體積。傳感器外殼內(nèi)腔與波紋管之間的連通毛細(xì)管不能過(guò)長(zhǎng)，以免壓力損失。內(nèi)腔中充入的硅油一定要經(jīng)過(guò)真空處理充分脫氣，使得傳感器內(nèi)腔中不得有氣泡。
權(quán)利要求1.一種與擴(kuò)散硅力敏傳感器配套使用的高壓隔離比例傳感器，包括有管狀殼體，應(yīng)變部件和連接部件，其特征在于管狀傳感器殼體用耐高壓的無(wú)縫鋼管制成，其兩端分別設(shè)有用于連接待測(cè)壓力部件和硅力敏傳感器的內(nèi)螺紋孔，在連接待測(cè)壓力部位的一端還密封連接有一個(gè)用口徑較小的薄壁無(wú)縫鋼管制成的應(yīng)變筒，該應(yīng)變筒的一端與待測(cè)壓力部位的通孔相連通，另一端用堵頭封閉，在傳感器殼體與應(yīng)變筒外壁之間的空腔里充滿的傳壓介質(zhì)是硅油。
2.按權(quán)利要求1所述的高壓隔離比例傳感器，其特征在于傳感器殼體應(yīng)與應(yīng)變筒采用同一材質(zhì)，同一熱處理工藝制造。
專利摘要一種與擴(kuò)散硅力敏傳感器配套使用的高壓隔離比例傳感器，是在一個(gè)其兩端分別連接待測(cè)高壓部位和硅力敏傳感器的、用無(wú)縫鋼管制成的傳感器殼體內(nèi)密封連接有一個(gè)用口徑較小的薄壁無(wú)縫鋼管制成的應(yīng)變筒，該應(yīng)變筒一端與待測(cè)壓力部位的通孔相連，另一端封閉，使該筒內(nèi)腔與傳感器內(nèi)腔形成兩個(gè)隔絕的空間，兩者之間的空腔里充滿傳壓介質(zhì)。利用高壓使應(yīng)變筒體積改變，擠迫傳壓介質(zhì)進(jìn)入硅力敏傳感器進(jìn)行壓力測(cè)量。結(jié)果簡(jiǎn)單，有高壓隔離保護(hù)作用。
文檔編號(hào)G01L7/02GK2148321SQ9321034
公開(kāi)日1993年12月1日 申請(qǐng)日期1993年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月22日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開(kāi)通用試驗(yàn)廠