CN103674398B - 一种具有金属流密封结构的压阻式传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有金属流密封结构的压阻式传感器及其制造方法，包括基座，基座包括软金属连接体和硬金属压力座，软金属连接体的前端设有第一引压源孔及阶梯孔，后端设有内腔，硬金属压力座内设有第二引压源孔，第二引压源孔靠近内腔的底端形成有封闭第二引压源孔的弹性受压面，弹性受压面背面安装有传感头，硬金属压力座上靠近弹性受压面的一端设有与阶梯孔形成径向空隙分隔的分隔部，另一端设有阶梯轴，阶梯轴的小直径端的外周壁上开设有密封环槽，硬金属压力座压入阶梯孔内，阶梯轴上的阶梯端面推挤阶梯孔的台阶面迫使阶梯孔的小孔内壁塑性变形并流入密封环槽而实现密封和承压。本发明有效阻隔了应力传递，提高了测量精度。

Description

一种具有金属流密封结构的压阻式传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及压阻式传感器技术领域，特别是一种具有金属流密封结构的压阻式传感器及其制造方法。

背景技术

压阻式传感器是一种通过敏感元件受压变形产生相应的阻值变化，将压力信号转变为电信号的压力传感器，因其价格低、线性特性好，被泛应用于航天航空、石油化工、水利水电、船舶、生产自控等领域。现有的压阻式传感器的结构，参照图1，一般包括一体成型的基座2’，基座2’的前端开设有供流体通入的引压源孔21’，所述的引压源孔21’的底端封闭并与传感头1’连接，使用时将基座2’与外部压力导入源螺纹连接，气体或者液体通过外部压力导入源流进引压源孔21’，引压源孔21’的底端受气体或液体作用而产生形变，从而使得紧贴于引压源孔21’底端的传感头1’发生形变，并产生相应的阻值变化传递，通过电信号输出测量气体或者液体的压力，但该结构存在如下缺陷：将基座2’螺纹拧紧于压力导入器时，基座2’受拧紧力作用而产生应力，正由于基座2’一体成型并与传感头1’接触，传感头1’离螺纹连接位置处较近，基座2’产生的应力会传递给传感头1’，从而使传感器的测量精度受到影响，此外，上述结构中整个基座2’必须采用弹性材料，体积大，生产成本高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有金属流密封结构的压阻式传感器及其制造方法，其有效阻隔基座上的应力对传感头的影响，提高测量精度，并使装配更加简便、可靠。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有金属流密封结构的压阻式传感器，包括传感头和基座，所述基座包括软金属连接体和具有弹性的硬金属压力座，软金属连接体的前端开设有供外部流体流入的第一引压源孔及与第一引压源孔连通的用于安装硬金属压力座的阶梯孔，软金属连接体的后端设有与阶梯孔连通的内腔，所述硬金属压力座内开设有与第一引压源孔连通的第二引压源孔，第二引压源孔靠近内腔的底端形成有封闭第二引压源孔的弹性受压面，弹性受压面背面安装有传感头，所述硬金属压力座上靠近弹性受压面的一端设置有用于与阶梯孔形成径向空隙分隔的分隔部，硬金属压力座上远离弹性受压面的一端设置有与阶梯孔配合的阶梯轴，阶梯轴的小直径端的外周壁上开设有密封环槽，所述硬金属压力座压入阶梯孔内，阶梯轴上的阶梯端面推挤阶梯孔的台阶面迫使阶梯孔的小孔内壁塑性变形并导向流入密封环槽而实现密封和承压。

作为上述技术方案的改进，所述密封环槽的横截面呈圆弧形。

进一步，所述密封环槽至少设置有一个。

进一步，所述阶梯孔的小孔与第一引压源孔连通，阶梯孔的大孔与所述分隔部形成径向空隙分隔并与内腔连通，大直径端的端面延伸有所述的分隔部。

进一步，所述分隔部的外壁与阶梯孔的内壁之间形成径向空隙分隔部分的空隙为0.3~2mm。

进一步，所述软金属连接体的外周壁上设置有用于连接的外螺纹或密封槽。

本发明还公开了一种用于生产具有金属流密封结构的压阻式传感器的制造方法，包括以下步骤：

A、制作软金属连接体，软金属连接体的前端开设有供外部流体流入的第一引压源孔，中部设有用于安装硬金属压力座的阶梯孔，后端设有与阶梯孔连通的内腔；

B、制作具有弹性的硬金属压力座，使硬金属压力座的硬度大于软金属连接体的硬度，所述硬金属压力座内开设有与第一引压源孔连通的第二引压源孔，第二引压源孔靠近内腔的底端形成有封闭第二引压源孔的弹性受压面，所述硬金属压力座上靠近弹性受压面的一端设置有用于与阶梯孔形成径向空隙分隔的分隔部，硬金属压力座上远离弹性受压面的一端设置有与阶梯孔相配合的阶梯轴，阶梯轴的小直径端的外周壁上开设有密封环槽；

C、在硬金属压力座上的弹性受压面背部安装传感头；

D、将硬金属压力座压入阶梯孔内，在压入过程中，阶梯轴上的阶梯端面对阶梯孔的台阶面进行推挤，迫使阶梯孔的小孔内壁塑性变形并导向流入密封环槽，从而实现密封和承压的作用。

进一步，所述步骤D中采用挤压、压锻或冲压的方法将硬金属压力座压入阶梯孔内。

进一步，所述软金属连接体采用铝材料制成。

进一步，所述硬金属压力座采用弹性不锈钢材料制成。

本发明的有益效果是：本发明通过将硬金属压力座压入软金属连接体的阶梯孔内，由于阶梯轴上的阶梯端面对阶梯孔的台阶面的推挤，从而使阶梯孔的小孔内壁产生塑性变形并流入阶梯轴上小直径端的密封环槽内，通过阶梯孔的小孔内壁与密封环槽的过盈配合实现密封和承压，使软金属连接体与硬金属压力座可靠密封连接，由于密封环槽的过渡，而且密封环槽受力均匀，其受力方向主要为径向，不至于产生过度的过盈压力传递到传感头而影响传感器的性能，同时由于分隔部远离密封环槽且与阶梯孔形成径向空隙分隔，有效阻隔了软金属连接体因拧紧力产生的应力和其他应力传递对传感头的影响，大大提高了传感器的测量精度和长期稳定性，而且，本发明无需整个基座结构采用弹性材料，生产成本低；进一步地，本发明可以采用体积更小的硬金属压力座，能更好优化整机长度，同时，由于用挤压方式结合硬金属压力座和软金属连接体形成基座，简化了生产，增加了生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有的压阻式传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例1的安装结构示意图；

图3是本发明实施例1中的软金属连接体的结构示意图；

图4是本发明实施例1中的硬金属压力座的结构示意图；

图5是本发明实施例2的安装结构示意图；

图6是本发明实施例2中的软金属连接体的结构示意图；

图7是本发明实施例2中的硬金属压力座的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参照图2至图4，本发明的一种具有金属流密封结构的压阻式传感器，包括传感头1和基座，所述基座包括软金属连接体2和具有弹性的硬金属压力座3，软金属连接体2的前端开设有供外部流体流入的第一引压源孔21及与第一引压源孔21连通的用于安装硬金属压力座3的阶梯孔22，软金属连接体2的后端设有与阶梯孔22连通的内腔23，所述硬金属压力座3内开设有与第一引压源孔21连通的第二引压源孔31，第二引压源孔31靠近内腔23的底端形成有封闭第二引压源孔31的弹性受压面32，弹性受压面32背面安装有传感头1，所述硬金属压力座3上靠近弹性受压面32的一端设置有用于与阶梯孔22形成径向空隙分隔的分隔部33，硬金属压力座3上远离弹性受压面32的一端设置有与阶梯孔22配合的阶梯轴34，阶梯轴34的小直径端341的外周壁上开设有密封环槽35，所述硬金属压力座3压入阶梯孔22内，阶梯轴34上的阶梯端面343推挤阶梯孔22的台阶面223迫使阶梯孔22的小孔221内壁塑性变形并导向流入密封环槽35而实现密封和承压。

本发明通过将硬金属压力座3压入软金属连接体2的阶梯孔22内，由于阶梯轴34上的阶梯端面343对阶梯孔22的台阶面223的推挤，从而使阶梯孔22的小孔221内壁产生塑性变形并流入阶梯轴34上小直径端341的密封环槽35内，通过阶梯孔22的小孔221内壁与密封环槽35的过盈配合实现密封和承压，使软金属连接体2与硬金属压力座3可靠密封连接，由于密封环槽35的过渡，而且密封环槽35受力均匀，其受力方向主要为径向，不至于产生过度的过盈压力传递到传感头1而影响传感器的性能，同时由于分隔部33远离密封环槽35且与阶梯孔22形成径向空隙分隔，有效阻隔了软金属连接体2因拧紧力产生的应力和其他应力传递对传感头1的影响，大大提高了传感器的测量精度和长期稳定性，而且，本发明只需采用弹性材料制作与传感头1连接的硬金属压力座3，而软金属连接体2则可采用非弹性材料，降低了成本；进一步地，本发明可以采用体积更小的硬金属压力座3，能更好优化整机长度，同时，由于用挤压方式结合硬金属压力座3和软金属连接体2形成基座，简化了生产，增加了生产效率。

使用本发明的压阻式传感器时，将软金属连接体2与外部压力导入源相连接，通过外部压力导入源往第一引压源孔21内导入气体或液体，气体或液体流经第一引压源孔21后进入第二引压源孔31并作用于第二引压源孔31底端的弹性受压面32，弹性受压面32受压产生变形并传递给其背面的传感头1，传感头1产生相应的阻值变化，并输出电信号，从而可测量出该气体或流体的压力。

由于本发明的密封和承压，主要是靠阶梯孔22内壁塑性变形流入密封环槽35而实现的，这与密封环槽35的横截面形状息息相关，原则上，应使阶梯孔22内壁的塑性变形部分容易进入密封环槽35，而且密封环槽35的横截面不应存在尖角而造成填充间隙，优选地，所述密封环槽35的横截面呈圆弧形，更优选地，呈半圆形，半圆形的结构使得小孔221内壁塑性变形后能够完全填充密封环槽35，使得软金属连接体2和硬金属压力座3之间可靠密封连接。当然，上述的密封环槽35的横截面还可以呈上宽下窄的梯形，且梯形的两侧壁之间圆滑过渡。所述密封环槽35至少设置有一个，该密封环槽35的个数可以根据承压和密封的要求选取。当密封环槽35设置有一个时，为了使阶梯孔22内壁在阶梯轴34的阶梯端面343推挤下更容易进入密封环槽35，所述密封环槽35设置于阶梯轴34上大、小直径端342、341的交界处。

本实施例中，所述阶梯孔22的小孔221与第一引压源孔21连通，阶梯孔22的大孔222与所述分隔部33形成径向空隙分隔并与内腔23连通，大直径端342的端面延伸有所述的分隔部33。上述结构由于阶梯孔22的大孔222与内腔23连通，制造时，需要将硬金属压力座3从内腔23的开口端压入阶梯孔22内，其压入方向与流体导入方向相反。为了控制流入密封环槽35的软金属量，不至于使过盈量过大产生的应力传递到传感头而使传感器性能受到影响，优选地，阶梯轴34的小直径端341的直径等于阶梯孔22的小孔221的直径，以方便导向，使阶梯轴34的大直径端342上对应阶梯端面343的另一端面344受力压入至与挤压前的阶梯孔22的台阶面223平齐。

进一步，所述分隔部33外壁与阶梯孔22内壁之间形成径向空隙分隔部分的空隙为0.3~2mm。在本实施例中，即为分隔部33的外壁与大孔222的内壁之间的间隙，该间隙大小保证了硬金属压力座3受到流体的径向作用力时不会与大孔222的内壁接触，同时避免间隙过大而造成软金属连接体2体积过大。

进一步，所述软金属连接体2的外周壁上设置有用于连接的外螺纹24，软金属连接体2与外部压力导入源通过上述的外螺纹24连接，拆装方便，易于实现密封。当然所述软金属连接体2也可以设置带内螺纹的的凹腔，用于与外部压力导入源螺纹连接；也可以在软金属连接体2的外周壁上设置密封槽，软金属连接体2通过密封槽与外部压力导入源卡装形成密封连接。

进一步，为了防止安装过程中软金属连接体2无法拧紧于外部压力导入源上而出现流体泄漏，所述软金属连接体2的外周壁上设置有便于其安装的六方座25或扁位，安装时利用工具如扳手夹紧于六方座25或扁位上，即可轻松地拧紧软金属连接体2，从而防止泄漏。

实施例2

参照图5至图7，本发明的一种具有金属流密封结构的压阻式传感器，其与实施1之间的不同之处在于，所述阶梯孔22的大孔222与第一引压源孔21连通，阶梯孔22的小孔221与所述分隔部33形成径向空隙分隔并与内腔23连通，小直径端341的端面延伸有所述的分隔部33。该结构由于阶梯孔22的大孔222与第一引压源孔21相连通，制造时，需要将硬金属压力座3从第一引压源孔21压入阶梯孔22内，其压入方向与流体的导入方向相同。优选地，为了方便加工，第一引压源孔21的直径大于或等于阶梯孔22的大孔222直径，同时第二引压源孔31的直径小于第一引压源孔21的直径。在本实施例中，第一引压源孔21的直径等于阶梯孔22的大孔222直径，此时第一引压源孔21即为阶梯孔22的大孔222。

一种用于生产具有金属流密封结构的压阻式传感器的制造方法，包括以下步骤：

A、制作软金属连接体2，软金属连接体2的前端开设有供外部流体流入的第一引压源孔21，中部设有用于安装硬金属压力座3的阶梯孔22，后端设有与阶梯孔22连通的内腔23；

B、制作具有弹性的硬金属压力座3，使硬金属压力座3的硬度大于软金属连接体2的硬度，所述硬金属压力座3内开设有与第一引压源孔21连通的第二引压源孔31，第二引压源孔31靠近内腔23的底端形成有封闭第二引压源孔31的弹性受压面32，所述硬金属压力座3上靠近弹性受压面32的一端设置有用于与阶梯孔22形成径向空隙分隔的分隔部33，硬金属压力座3上远离弹性受压面32的一端设置有与阶梯孔22相配合的阶梯轴34，阶梯轴34的小直径端341的外周壁上开设有密封环槽35；

C、在硬金属压力座3上的弹性受压面32背部安装传感头1；

D、将硬金属压力座3压入阶梯孔22内，在压入过程中，阶梯轴34上的阶梯端面343对阶梯孔22的台阶面223进行推挤，迫使软金属连接体2塑性变形并流入密封环槽35，从而实现密封和承压的作用。

需要注意的是，上述方法中C步骤和D步骤之间的顺序可以调换。

进一步，所述步骤D中将采用挤压、压锻或冲压的方法将硬金属压力座3压入阶梯孔22内，但不局限于此，可根据不同硬金属压力座3和软金属连接体2的材料灵活选取。

优选地，所述软金属连接体2采用铝材料制成，其硬度较低，容易塑性变形，同时重量小，易于实现轻量化；优选地，所述硬金属压力座3采用弹性不锈钢材料制成，其硬度较高，弹性好，耐腐蚀性，抗疲劳度高；弹性不锈钢材料制成的硬金属压力座3与铝材料制成的软金属连接体2配合形成的基座密封性和承压性较好。

上述方法通过参考计算不同材料的热膨胀系数、剪切极限、屈服极限、疲劳期限等，通过合适的工艺设计，能够在满足密封和承压的两个基本前提下，有效阻隔软金属连接体2上的应力传递，提高了传感器的测量精度和长期稳定性，简化了封装程序，并实现了紧凑、小型化的封装结构，而且生产成本，通用性强，使用范围广。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有金属流密封结构的压阻式传感器，包括传感头（1）和基座，其特征在于：所述基座包括软金属连接体（2）和具有弹性的硬金属压力座（3），软金属连接体（2）的前端开设有供外部流体流入的第一引压源孔（21）及与第一引压源孔（21）连通的用于安装硬金属压力座（3）的阶梯孔（22），软金属连接体（2）的后端设有与阶梯孔（22）连通的内腔（23），所述硬金属压力座（3）内开设有与第一引压源孔（21）连通的第二引压源孔（31），第二引压源孔（31）靠近内腔（23）的底端形成有封闭第二引压源孔（31）的弹性受压面（32），弹性受压面（32）背面安装有传感头（1），所述硬金属压力座（3）上靠近弹性受压面（32）的一端设置有用于与阶梯孔（22）形成径向空隙分隔的分隔部（33），硬金属压力座（3）上远离弹性受压面（32）的一端设置有与阶梯孔（22）配合的阶梯轴（34），阶梯轴（34）的小直径端（341）的外周壁上开设有密封环槽（35），所述硬金属压力座（3）压入阶梯孔（22）内，阶梯轴（34）上的阶梯端面（343）推挤阶梯孔（22）的台阶面（223）迫使阶梯孔（22）的小孔（221）内壁塑性变形并导向流入密封环槽（35）而实现密封和承压；所述密封环槽（35）的横截面呈半圆形；所述阶梯轴（34）的小直径端（341）的直径等于阶梯孔（22）的小孔（221）的直径。

2.根据权利要求1所述的一种具有金属流密封结构的压阻式传感器，其特征在于：所述密封环槽（35）至少设置有一个。

3.根据权利要求1至2任一所述的一种具有金属流密封结构的压阻式传感器，其特征在于：所述阶梯孔（22）的小孔（221）与第一引压源孔（21）连通，阶梯孔（22）的大孔（222）与所述分隔部（33）形成径向空隙分隔并与内腔（23）连通，所述阶梯轴（34）的大直径端（342）的端面延伸有所述的分隔部（33）。

4.根据权利要求1至2任一所述的一种具有金属流密封结构的压阻式传感器，其特征在于：所述分隔部（33）的外壁与阶梯孔（22）的内壁之间形成径向空隙分隔部分的空隙为0.3~2mm。

5.根据权利要求1至2任一所述的一种具有金属流密封结构的压阻式传感器，其特征在于：所述软金属连接体（2）的外周壁上设置有用于连接的外螺纹（24）或密封槽。

6.一种用于权利要求1至5任一所述的具有金属流密封结构的压阻式传感器的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤A、制作软金属连接体（2），软金属连接体（2）的前端开设有供外部流体流入的第一引压源孔（21），中部设有用于安装硬金属压力座（3）的阶梯孔（22），后端设有与阶梯孔（22）连通的内腔（23）；

步骤B、制作具有弹性的硬金属压力座（3），使硬金属压力座（3）的硬度大于软金属连接体（2）的硬度，所述硬金属压力座（3）内开设有与第一引压源孔（21）连通的第二引压源孔（31），第二引压源孔（31）靠近内腔（23）的底端形成有封闭第二引压源孔（31）的弹性受压面（32），所述硬金属压力座（3）上靠近弹性受压面（32）的一端设置有用于与阶梯孔（22）形成径向空隙分隔的分隔部（33），硬金属压力座（3）上远离弹性受压面（32）的一端设置有与阶梯孔（22）相配合的阶梯轴（34），阶梯轴（34）的小直径端（341）的外周壁上开设有密封环槽（35），所述密封环槽（35）的横截面呈半圆形；所述阶梯轴（34）的小直径端（341）的直径等于阶梯孔（22）的小孔（221）的直径；

步骤C、在硬金属压力座（3）上的弹性受压面（32）背部安装传感头（1）；

步骤D、将硬金属压力座（3）压入阶梯孔（22）内，在压入过程中，阶梯轴（34）上的阶梯端面（343）对阶梯孔（22）的台阶面（223）进行推挤，迫使阶梯孔（22）的小孔（221）内壁塑性变形并导向流入密封环槽（35），从而实现密封和承压的作用。

7.根据权利要求6所述的一种用于具有金属流密封结构的压阻式传感器的制造方法，其特征在于：所述步骤D中采用挤压、压锻或冲压的方法将硬金属压力座（3）压入阶梯孔（22）内。

8.根据权利要求6所述的一种用于具有金属流密封结构的压阻式传感器的制造方法，其特征在于：所述软金属连接体（2）采用铝材料制成。

9.根据权利要求6至8任一所述的一种用于具有金属流密封结构的压阻式传感器的制造方法，其特征在于：所述硬金属压力座（3）采用弹性不锈钢材料制成。