CN102928134A - 一种碳阻式高压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳阻式高压力传感器，其由壳体（1）、膜片（2）、碳阻式敏感元件（3）、填料（4）引线管（5）和引线（6）构成，碳阻式敏感元件（3）通过填料（4）和膜片（2）密封埋置于壳体（1）的腔体中，引线管（5）设置在壳体（1）内，引线（6）一端和碳阻式敏感元件（3）连接，另一端从引线管（5）引出。压力通过膜片和填料传递到碳阻式敏感元件，通过检测碳阻元件阻值变化实现对压力的大小的测量。上述的高压传感器具有结构简单，性能可靠，成本低廉等优点，填料的主要成分为棕刚玉，强度高，对压力的传递损失小，适合于动、静态高压力的测量，具有广泛的应用前景。

Description

一种碳阻式高压力传感器

技术领域

本发明属于传感技术领域，特别是涉及一种大量程的碳阻式高压力传感器。 

背景技术

在国民经济和国防建设领域，特别是军工生产和战略战术武器研制试验方面，经常需要对高压力进行测量，高压力尤其是动态高压的测试关系到武器弹药研制、航空航天器发射、材料抗爆及工程防护试验、爆破施工、新型材料的高压合成、材料本构关系等相关领域的研究，因此倍受世界各国科研工作者的关注且成为长期以来的科研热点，并且发展了相关的多种测量技术，如电测(如最广泛的动态应变测试)、光测(如高速摄影、动态云纹、光弹等)、光电综合(如激光测速VISAR技术、光电引伸仪、X射线闪光摄影等)、电磁综合(电磁环测速、探针)等。 

高压力测量常用的方法有铜柱测压法、压电式传感器测压法、压阻式传感器测压法，其中压阻式传感器是利用压阻敏感元件在压应力的作用下电阻值的变化来确定被测压力。许多金属、合金以及半导体材料都具有压阻性，即材料受到压力作用后会产生电阻值的变化，其中电阻值的变化主要是由材料的电阻率变化引起的。硅是最常用的压阻材料，由其制造的压力传感器得到广泛应用，但限于硅材料的特性，其不能用于高压力的测量。可用作压阻元件的材料有锰铜、钙、锂、铋、碳、镱等。锰铜是最早被用来测量静态高压力以及爆轰波压力和材料内应力的压阻材料，但锰铜的压阻系数很低，在低压力下（几百兆帕以内）电阻变化不灵敏。科研工作者对金属镱(Yb)的压阻效应进行了大量的研究，利用镱制成压阻式传感器的优点是灵敏系数高，镱的压阻系数约为锰铜的30倍，但镱材料的纯度是影响其压阻系数重复性的重要因素，且镱是一种稀土元素，化学性质较活泼，易氧化，氧化后影响镱的纯度，因此镱压阻式传感器的加工及重复性等性能指标难以得到保证，这大大影响了镱压阻式传感器的推广应用。碳压阻式传感器的敏感材料是石墨、碳黑、松油醇、酚醛树脂、缩丁醇等的混合物，自从Watson首次证明碳电阻具有压阻效应并进行高压校准以来，很多研究者对这种碳电阻式压力传感器的性能进行了试验研究，根据结构形式不同碳电阻式压力传感器有膜式和碳阻式两种，其中膜式碳压阻传感器采用薄膜工艺制备成栅条式结构，尺寸小、响应快，但其加工工艺较复杂，限制了其大量应用。碳阻式传感器为圆柱形普通电阻式结构，加工制作方便，成本低。碳阻式传感器的特点是抗干扰能力强，热特性好，灵敏度高（比锰铜的大一个数量级），是较理想的高压测量传感器。 

在爆炸力学、武器效应试验研究等领域，大量程压力传感器的使用需求较多，且在这些领域，试验通常是破坏性的，传感器通常是一次性使用，因此要求传感器的成本低，但大量程压力传感器一般价格较高，因此开发低成本的大压力传感器十分必要。碳压力传感器具有降低高压力传感器成本的潜力，但目前，碳压力传感器在国内的研究和应用较少。 

发明内容

本发明的目的是提供一种碳阻式高压力传感器，使其具有结构简单，性能可靠，成本低等特点，适合于大量程、低成本的压力测量。 

本发明的目的可采用如下技术方案来实现： 

本发明的碳阻式高压力传感器是由壳体、膜片、碳阻式敏感元件、填料、引线管和引线构成，碳阻式敏感元件通过填料和膜片密封埋置于壳体的腔体中，引线管设置在壳体内，引线一端和碳阻式敏感元件连接，另一端从引线管引出，膜片密封在碳阻式敏感元件外部的壳体上。

    本发明所述壳体整体形状为圆柱形，碳阻式敏感元件设置在壳体的前端，壳体前端外部设置有连接螺纹，中部突出部位设置有一环形沟槽，引线管设置在壳体的后部，引线从壳体的后部引出。 

本发明所述的壳体为扁平结构，碳阻式敏感元件通过填料埋置于壳体中部的腔体内，引线管设置在壳体的一侧，引线从壳体侧部引出。 

本发明所述的膜片与壳体之间由激光焊接。 

本发明所述的填料为棕刚玉微粉与胶形成的高强度混合体。 

本发明的有益效果如下： 

本发明所述的高压传感器主要由壳体、膜片和填料等组成，结构简单可靠，填料的主要成分为棕刚玉，强度高，对压力的传递损失小，适合于高动态压力的测量。采用此种封装结构，有利于传感器的校准和安装使用。传感器敏感元件采用低成本的碳阻元件，测量原理简单，配套测量系统容易。本发明的高压传感器具有结构简单，性能可靠，成本低廉等优点，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本实施例1结构示意图。 

图2为实施例2结构示意图。 

图中：1、壳体，2、膜片，3、碳阻式敏感元件，4、填料，5、引线管，6、引线。 

具体实施方式

结合附图，说明本发明的具体实施例。 

实施例1：

参考附图1，本发明的螺纹连接结构的高压力传感器主要由壳体1、膜片2、碳阻式敏感元件3、填料4、引线管5和引线6构成，碳阻式敏感元件3通过填料埋置于壳体1的腔体中，引线管5设置在壳体内，引线6一端和碳阻式敏感元件连接，另一端从引线管5引出，膜片密封在碳阻式敏感元件外部的壳体上。所述壳体1整体形状为圆柱形，碳阻式敏感元件设置在壳体1的前端，壳体1前端外部设置有连接螺纹，中部具有一突出平台，其上设置有一环形沟槽，引线管5设置在壳体的后部，引线6从壳体1的后部引出。

所述的壳体1腔体内的碳阻元件3的周围充满由棕刚玉微粉与胶形成的填料4，填料充满后盖上膜片2，并用胶固定好引线管5和引线6；待棕刚玉微粉与胶形成的混合胶体凝固后，再将膜片2与壳体1用激光焊接。壳体上的环形槽内可放置紫铜垫片，用于传感器校准和使用时端面安装高压密封。其中碳阻式敏感元件3为石墨、碳黑、松油醇、酚醛树脂、缩丁醇等的混合物，通过控制碳的含量使其具有一定的电阻值，电阻值的大小随所受压力的变化而改变；采用上述步骤即完成所述传感器的加工制作。 

实施例2：

参考附图2，本发明的扁平结构的高压力传感器主要由壳体1、膜片2、碳阻元件3、填料4、引线管5和引线6构成。所述的壳体1成扁平结构，在壳体1中加工有一腔体，碳阻式敏感元件3通过填料埋置于壳体1的腔体中，引线管5设置在壳体内，引线6一端和碳阻式敏感元件连接，另一端通过引线管5从壳体1的侧面引出。壳体1腔体内的碳阻元件3的周围充满由棕刚玉微粉与胶形成的填料4，填料充满后盖上膜片2，并用胶固定好引线管5和引线6；待棕刚玉微粉与胶形成的混合胶体凝固后，再将膜片2与壳体1用激光焊接。采用上述步骤即完成所述传感器的加工制作。

上述两个实施例在测量时压力通过膜片2和填料4传递到碳阻式敏感元件3，从而引起碳阻式敏感元件3的阻值变化。首先通过校准得到碳阻元件3的阻值变化大小与压力的关系曲线，测量时通过检测碳阻元件3的阻值变化换算出被测压力的大小。 

Claims (5)

1.一种碳阻式高压力传感器，其特征是：其由壳体（1）、膜片（2）、碳阻式敏感元件（3）、填料（4）引线管（5）和引线（6）构成，碳阻式敏感元件（3）通过填料（4）和膜片（2）密封埋置于壳体（1）的腔体中，引线管（5）设置在壳体（1）内，引线（6）一端和碳阻式敏感元件（3）连接，另一端从引线管（5）引出。

2.根据权利要求1所述的碳阻式高压力传感器，其特征是：所述壳体（1）整体形状为圆柱形，碳阻式敏感元件（3）设置在壳体（1）的前端，壳体（1）前端外部设置有连接螺纹，中部具有突出平台，其上设置有一环形沟槽，引线管（5）设置在壳体的后部，引线（6）从壳体的后部引出。

3.根据权利要求1所述的碳阻式高压力传感器，其特征是：所述的壳体（1）为扁平结构，碳阻式敏感元件（3）通过填料（4）埋置于壳体中部的腔体内，引线管设置在壳体的一侧，引线从壳体侧部引出。

4.根据权利要求1所述的碳阻式高压力传感器，其特征是：所述的膜片与壳体之间由激光焊接。

5.根据权利要求1或2或3所述的碳阻式高压力传感器，其特征是：所述的填料为棕刚玉微粉与胶形成的高强度混合体。

Images