一種高精度振弦式微壓傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高精度振弦式微壓傳感器，包括殼體、連接電纜的電纜接頭、感應線圈、微壓敏感部件、設有中心孔的內部堵蓋、透水部件，殼體一端連接電纜接頭，另一端連接透水部件，感應線圈、微壓敏感部件、內部堵蓋設于殼體內部并依次連接；微壓敏感部件包括上端頭、主體、波紋管、下端頭、真空膜盒、鋼弦，上端頭、主體、波紋管和下端頭依次連接并形成密封腔體，鋼弦設于密封腔體內，真空膜盒與下端頭連接。通過將微壓敏感部件封裝在殼體內部，防止微壓敏感部件受到外界影響而損壞，提高傳感器的穩(wěn)定性，并解決了無法實現(xiàn)極限微壓及高精度的問題；通過將柔性不銹鋼波紋管與真空膜盒相結合提高測值精度。
【專利說明】
一種高精度振弦式微壓傳感器
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種微壓傳感器，具體涉及一種高精度振弦式微壓傳感器。
【背景技術】
[0002]振弦式壓力傳感器主要用于監(jiān)測巖土工程和其他混凝土建筑物的滲透壓力，可長期埋設在水工建筑物或其他建筑物內部，測量結構物內部的滲透壓力變化;也可用于江河湖泊或庫區(qū)水位的監(jiān)測。因使用環(huán)境特殊，其大部分是在水下安裝并長期測量，因此，儀器本身需要具有較高的防水密封性。
[0003]目前，現(xiàn)有振弦式壓力傳感器主要有透水部件、壓力敏感部件、感應線圈、保護殼體、電纜接頭及電纜組成，電纜通過電纜接頭固定在保護殼體的左端，透水部件安裝在保護殼體的右端，感應線圈安裝在壓力敏感部件的相應孔位后整體封裝在保護殼體內部，壓力敏感部件中的鋼弦張緊固定于上端頭、主體及膜片之間，膜片與外界壓力P直接接觸，感受外界壓力P的變化。當外界壓力P發(fā)生變化時，膜片會相應的發(fā)生變形并改變鋼弦本身的形變及受力，導致鋼弦的自振頻率發(fā)生改變，通過相應的換算公式即可計算出膜片所受到的壓力P值。
[0004]該種壓力敏感部件的顯著特點是:隨著壓力P的增大，鋼弦所受的拉力會逐步變小，其自振頻率也會變小，即壓力P與鋼弦自振頻率成反方向的變化，所以需要鋼弦在初始狀態(tài)下承受最大的拉力和具有最大的自振頻率。
[0005]現(xiàn)有振弦式微壓傳感器存在的不足有:
1、現(xiàn)有振弦式微壓傳感器無法做到更微小的量程:為得到了更加微小量程的振弦式壓力傳感器，需要將膜片的厚度進一步做大做薄且更加均勻，才能得到性能較好的振弦式微壓傳感器(如膜片厚度僅有0.1mm甚至更薄)。這必然給金屬機械加工帶來困難，難以依靠機械車削加工完成，且批量加工的一致性無法得到保證，傳感器加工制作及裝配等環(huán)節(jié)會出現(xiàn)大量損耗，合格率較低，現(xiàn)有結構的振弦式微壓計在市場上做到的最小量程為35kPa;
2、現(xiàn)有振弦式微壓傳感器的膜片完全暴露在外部，易出現(xiàn)損壞:現(xiàn)有振弦式微壓傳感器的膜片直接暴露在保護殼體的端部，僅僅通過透水部件的過濾作用進行保護，一旦透水部件脫落或損壞，壓力敏感部件的膜片將直接與外界接觸，遇到石塊、硬物觸碰時，會導致膜片受損或過度塑性變形而損害，尤其是微小量程(10kPa以下)的微壓傳感器出現(xiàn)損害的可能性更大；
3、采用現(xiàn)有振弦式壓力敏感部件制造的振弦式微壓傳感器初始頻率較低，靈敏度不高，且超量程的性能較低:現(xiàn)有振弦式壓力傳感器的結構特點為隨著壓力增大，鋼弦的自振頻率降低，為保證在微壓量程上限或一定的超量程范圍內，鋼弦始終是張緊有測值的，需要其在初始狀態(tài)時有較高的自振頻率。鋼弦初始時需要承受最大的拉力，這樣勢必導致膜片也要承受較大拉力而出現(xiàn)凹陷變形。較大的初始拉力往往導致膜片的塑性變形而損壞，因此實際上該種結構的敏感部件初始頻率無法做到較高，滿量程輸出也會受到限制，從而導致靈敏度較低，且傳感器超量程測量的能力也較低； 4、現(xiàn)有振弦式微壓傳感器測量穩(wěn)定性及長期可靠性較低:振弦式壓力傳感器敏感部件的鋼弦自振頻率隨著外界壓力增大而減小，所以在初始狀態(tài)下鋼弦需要承受較大的拉力，保持最高的初始自振頻率，對于微壓型的傳感器，鋼弦直接與膜片連接固定，鋼弦勢必將較大的初始拉力傳遞到膜片上，導致膜片變形嚴重，膜片存在塑性變形或長期徐變的可能，儀器測量穩(wěn)定性及長期可靠性較低。

【發(fā)明內容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種改變了現(xiàn)有振弦式壓力傳感器的結構、封裝工藝，解決了現(xiàn)有振弦式壓力傳感器測量穩(wěn)定性較低、無法實現(xiàn)極限微壓及高精度、易損壞的問題的振弦式微壓傳感器。
[0007]為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明采用如下的技術方案:
一種高精度振弦式微壓傳感器，包括殼體、連接電纜的電纜接頭、感應線圈、微壓敏感部件、設有中心孔的內部堵蓋、透水部件，所述殼體一端連接電纜接頭，另一端連接透水部件，所述感應線圈、微壓敏感部件、內部堵蓋設于殼體內部，所述電纜接頭、感應線圈、微壓敏感部件和內部堵蓋依次連接;所述微壓敏感部件包括上端頭、主體、波紋管、下端頭、真空膜盒、鋼弦，所述上端頭、主體、波紋管和下端頭依次連接，并形成密封腔體;所述鋼弦設于密封腔體內，所述真空膜盒與下端頭連接。
[0008]上述真空膜盒包括支撐保護殼體、波紋薄膜和圓柱體，所述支撐保護殼體和波紋薄膜連接，且中間為真空腔體，所述支撐保護殼體和波紋薄膜的外側面設有同軸的圓柱體，所述波紋薄膜一端的圓柱體與下端頭連接，另一端的圓柱體置于內部堵蓋的中心孔內，與內部堵蓋連接。
[0009]上述下端頭與真空膜盒連接的一端設有與波紋薄膜一端的圓柱體同軸連接的相同的圓柱體。
[0010]上述真空膜盒置于內部堵蓋的圓柱體通過止緊螺釘對頂與內部堵蓋固定連接。
[0011]上述殼體上設有通氣螺釘。
[0012]進一步的，上述微壓敏感部件與殼體焊接為一體化的結構。
[0013]進一步的，上述波紋管為柔性不銹鋼波紋管。
[0014]進一步的，上述圓柱體為不銹鋼圓柱體。
[0015]本發(fā)明的有益之處在于:
1、本發(fā)明的一種高精度振弦式微壓傳感器能做到更微小的壓力量程:本發(fā)明采用了與傳統(tǒng)振弦式壓力傳感器不同的微壓敏感部件結構，該微壓敏感部件采用柔性不銹鋼波紋管及真空膜盒相配合的方式，不需要加工較薄的膜片結構，且鋼弦自振頻率與受力成正向變化，無需鋼弦在初始狀態(tài)下承受較大的拉力而破壞膜片結構。因此，可以通過選配不同的真空膜盒，得到更微小的微壓傳感器量程，無需考慮鋼弦在初始狀態(tài)下無法得到較高的自振頻率的問題；
2、本發(fā)明的微壓敏感部件的波紋薄膜能得到較好的保護:微壓敏感部件采用真空膜盒的內側彈性波紋膜片感受外界壓力變化，并通過真空膜盒外側的支撐保護殼體、內部堵蓋及透水部件起到多重保護作用，微壓敏感部件完全封裝在保護殼體內部，不會受到外界的干擾及破壞，具有更高的環(huán)境適應能力及長期的使用壽命； 3、本發(fā)明的一種高精度振弦式微壓傳感器具有較高的測量精度及超量程測量能力:采用真空膜盒內側的彈性波紋薄膜來感受外界壓力變化，該種膜片結構增大了與外界壓力的接觸面，將更大的外界壓力的變化傳遞到鋼弦上，且降低外界壓力變化在傳遞過程中的損失，確保振弦式微壓傳感器得到更高精度的測值。此外，新結構的微壓敏感部件，鋼弦的自振頻率隨著外界壓力的增大而增大，在實際壓力超出滿量程輸出的范圍外，儀器依然能正常使用測值，不會出現(xiàn)鋼弦受力較小，無法激振測值甚至松動的情況，因此，傳感器具有較高的測量精度及極強的超量程測量能力；
4、本發(fā)明的一種高精度振弦式微壓傳感器具有較高的測量穩(wěn)定性及長期可靠性:由于現(xiàn)有振弦式微壓傳感器鋼弦初始狀態(tài)是在最高拉力下的張緊狀態(tài)，膜片本身已經(jīng)承受了較大的變形及拉力，膜片變形較為嚴重，容易出現(xiàn)塑變或存在長期徐變，微壓傳感器的測值穩(wěn)定性及長期可靠性很難得到保證。微壓敏感部件自振頻率會隨著外界壓力增大而增大，無需在初始狀態(tài)下承受較大的拉力，僅需保證鋼弦在初始狀態(tài)下有一定的自振頻率測值即可。同時，微壓敏感部件的鋼弦并非直接與壓力膜盒連接，不會造成壓力膜盒發(fā)生過度形變而損壞，測值穩(wěn)定且具有長期可靠性。此外，本發(fā)明的微壓敏感部件完全封裝在殼體內部，不會受到外界的干擾影響，也為其測值穩(wěn)定性及長期可靠性提供了保障。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的一種高精度振弦式微壓傳感器的結構示意圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的一種高精度振弦式微壓傳感器的微壓敏感部件的結構示意圖。
[0018]圖3為本發(fā)明的一種高精度振弦式微壓傳感器的真空膜盒的結構示意圖
附圖中標記的含義如下:1、殼體，2、電纜接頭，3、電纜，4、感應線圈、5、微壓敏感部件，
6、透水部件，7、內部堵蓋，8、通氣螺釘，9、止緊螺釘，1、上端頭，11、主體，12、波紋管，13、下端頭，14、真空膜盒，15、鋼弦，16、波紋薄膜，17、支撐保護殼體，18、真空腔體。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0020]一種高精度振弦式微壓傳感器，包括殼體1、連接電纜3的電纜接頭2、感應線圈4、微壓敏感部件5、設有中心孔的內部堵蓋7、透水部件6;微壓敏感部件5與殼體I焊接為一體化結構，殼體I的一端連接電纜接頭2，另一端連接透水部件6，感應線圈4、微壓敏感部件5、內部堵蓋7設于殼體I內部，電纜接頭2、感應線圈4、微壓敏感部件5和內部堵蓋7依次連接；微壓敏感部件5包括上端頭10、主體11、柔性不銹鋼波紋管12、下端頭13、真空膜盒14、鋼弦15，上端頭10、主體11、柔性不銹鋼波紋管12和下端頭13依次連接，并形成密封腔體;鋼弦15設于密封腔體內，真空膜盒14與下端頭13連接。
[0021]柔性不銹鋼波紋管12具有密封保護鋼弦15及防轉的作用。
[0022]電纜接頭2起防水密封的作用。
[0023]真空膜盒14包括支撐保護殼體17、波紋薄膜16和圓柱體，所述支撐保護殼體17和波紋薄膜16連接，且中間為真空腔體18，所述支撐保護殼體17和波紋薄膜16的外側面設有同軸的圓柱體，所述波紋薄膜16—端的圓柱體與下端頭13連接，另一端的圓柱體置于內部堵蓋7的中心孔內，與內部堵蓋7連接。
[0024]與下端頭13連接的不銹鋼圓柱體通過波紋薄膜16感受外界壓力變化，并經(jīng)過下端頭13傳遞到鋼弦15上，微壓敏感部件5內的鋼弦15隨著波紋薄膜16所承受壓力的增大，鋼弦15所受到的拉力及自振頻率也相應增大，進而可通過相應公式換算得到外界壓力變化。
[0025]支撐保護殼體17壁厚較厚，用于固定連接和保護波紋薄膜16不受損，不用于承受壓力變化。
[0026]真空腔體18用于避免殼體I內部氣體熱脹冷縮對儀器的測值造成不利影響。
[0027]下端頭13與真空膜盒14連接的一端設有與波紋薄膜16—端的圓柱體同軸連接的相同的圓柱體。
[0028]真空膜盒14的置于內部堵蓋7中心孔內的不銹鋼圓柱體通過止緊螺釘9對頂與內部堵蓋7固定連接。
[0029]殼體I上設有通氣螺釘8，用于儀器測量時，將殼體I內部腔體內的氣體排出，避免微壓敏感部件5受到殼體I內部腔體氣體的影響，得到較高精度的測量壓力。
[0030]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種高精度振弦式微壓傳感器，包括殼體、連接電纜的電纜接頭、感應線圈、微壓敏感部件、設有中心孔的內部堵蓋、透水部件，所述殼體一端連接電纜接頭，另一端連接透水部件，所述感應線圈、微壓敏感部件、內部堵蓋設于殼體內部，所述電纜接頭、感應線圈、微壓敏感部件和內部堵蓋依次連接;其特征在于所述微壓敏感部件包括上端頭、主體、波紋管、下端頭、真空膜盒、鋼弦，所述上端頭、主體、波紋管和下端頭依次連接，并形成密封腔體，所述鋼弦設于密封腔體內，所述真空膜盒與下端頭連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度振弦式微壓傳感器，其特征在于所述真空膜盒包括支撐保護殼體、波紋薄膜和圓柱體，所述支撐保護殼體和波紋薄膜連接，且中間為真空腔體，所述支撐保護殼體和波紋薄膜的外側面設有同軸的圓柱體，所述波紋薄膜一端的圓柱體與下端頭連接，另一端的圓柱體置于內部堵蓋的中心孔內，與內部堵蓋連接。3.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度振弦式微壓傳感器，其特征在于所述下端頭與真空膜盒連接的一端設有與波紋薄膜一端的圓柱體同軸連接的相同的圓柱體。4.根據(jù)權利要求2所述的一種高精度振弦式微壓傳感器，其特征在于所述真空膜盒置于內部堵蓋的圓柱體通過止緊螺釘對頂與內部堵蓋固定連接。5.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度振弦式微壓傳感器，其特征在于所述殼體上設有通氣螺釘。6.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度振弦式微壓傳感器，其特征在于所述微壓敏感部件與殼體焊接為一體化的結構。7.根據(jù)權利要求1所述的一種高精度振弦式微壓傳感器，其特征在于所述波紋管為柔性不銹鋼波紋管。8.根據(jù)權利要求3所述的一種高精度振弦式微壓傳感器，其特征在于所述圓柱體為不銹鋼圓柱體。
【文檔編號】G01L7/08GK106092425SQ201610388731
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月6日 公開號201610388731.7, CN 106092425 A, CN 106092425A, CN 201610388731, CN-A-106092425, CN106092425 A, CN106092425A, CN201610388731, CN201610388731.7
【發(fā)明人】鄭水華, 夏明 , 李 杰, 廖占勇, 鄧檢華, 車佳磊
【申請人】南京南瑞集團公司, 國網(wǎng)電力科學研究院