專利名稱：高壓隔離比例傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種力敏傳感器的配套應(yīng)用裝置，屬于擴散硅力敏傳感器的高壓隔離比例傳感器。
擴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，采用擴散硅力敏元件作為測量各種力的傳感器的敏感元件的產(chǎn)品逐年增多，大有在機電一體化壓力測量儀表領(lǐng)域稱雄的架勢。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，申請人研制成一種擴散硅力敏傳感器的量程擴展器(專利號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量范圍擴展到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。尤其是當壓力高到一定程度后，即使專門的儀表工廠也難以制造。這樣就限制了該發(fā)明的應(yīng)用場合。
本發(fā)明的目的是提供一種原發(fā)明的改進裝置-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行高壓量測。
本發(fā)明是與擴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縫鋼管制成，其兩端分別設(shè)有用于連接待測壓力部位和硅力敏傳感器的內(nèi)螺紋孔，在連接待測壓力部位的一端還密封連接有一個用口徑較小的無縫鋼管制成的應(yīng)變筒，該應(yīng)變筒的一端與待測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。
本發(fā)明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高壓應(yīng)變筒受壓力后，其體積變化是與被測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的硅油被擠迫進入低壓傳感器，由低壓彈性量測波紋管(或測壓膜盒)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，可以測量高壓。理論上推算，本發(fā)明所測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，本發(fā)明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具有保護功能的附件，而對于高精度傳感器，這種具有防護功能的附件也是必不可少的。再者，雖然本發(fā)明是測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械強度，它們可以在相當惡劣的環(huán)境下應(yīng)用而維持其原來的特性不變，總之，本發(fā)明結(jié)構(gòu)非常簡單，強度高，使用壽命長，適用范圍廣，是擴展波紋管力敏傳感器的量測范圍，用于測量高壓壓力的比較理想的配套裝置。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1是用無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用口徑較小的無縫鋼管制成的應(yīng)變筒4。該應(yīng)變筒的一端與待測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)。
本發(fā)明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(即被測部位的壓力)后，對其筒壁產(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行匹配比例計算而得到所量測的高壓壓力數(shù)值。只要應(yīng)變筒的受力在其構(gòu)成材料的許可強度范圍之內(nèi)，本發(fā)明的測量精度都是相當高的。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量的力學(xué)元件，但為保證測試精度，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，但在本發(fā)明中，如果選用不銹鋼薄壁型無縫鋼管制作應(yīng)變筒和傳感器外殼，也可得到相當不錯的使用效果，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，更適宜于作為計算機敏感采集系統(tǒng)的傳感部件。
為了提高測量精度，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的體積。傳感器外殼內(nèi)腔與波紋管之間的連通毛細管不能過長，以免壓力損失。內(nèi)腔中充入的硅油一定要經(jīng)過真空處理充分脫氣，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縫鋼管制成，其兩端分別設(shè)有用于連接待測壓力部件和硅力敏傳感器的內(nèi)螺紋孔，在連接待測壓力部位的一端還密封連接有一個用口徑較小的薄壁無縫鋼管制成的應(yīng)變筒，該應(yīng)變筒的一端與待測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。
全文摘要
一種與擴散硅力敏傳感器配套使用的高壓隔離比例傳感器，是在一個其兩端分別連接待測高壓部位和硅力敏傳感器的、用無縫鋼管制成的傳感器殼體內(nèi)密封連接有一個用口徑較小的薄壁無縫鋼管制成的應(yīng)變筒，該應(yīng)變筒一端與待測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)進入硅敏傳感器進行壓力測量。結(jié)構(gòu)簡單，有高壓隔離保護作用。
文檔編號G01L7/04GK1094161SQ93104299
公開日1994年10月26日 申請日期1993年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月22日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠