CN106768602A - 一种小型压差传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器技术领域，公开了一种小型压差传感器，包括基座、顶盖、两敏感芯体以及电路板，顶盖设置在基座上并与所述基座配合形成容置所述两敏感芯体以及所述电路板的腔室，所述腔室包括在所述基座上间隔设置的两个敏感芯体容置腔，两敏感芯体分别设置在两个敏感芯体容置腔内，所述电路板固定在所述基座内，所述电路板与所述敏感芯体的接线端通过导线连接，所述电路板还连接有电缆线，所述基座上设置有电缆孔，所述电缆线穿过所述电缆孔与外界相应连接点连接。本发明的电路板以及敏感芯体均设置在基座与顶盖的形成的腔室内，且每个所述敏感芯体的感应端与所述基座之间形成共用的密封腔，其结构简单且紧凑、体积小，整机装配简单。

Description

一种小型压差传感器

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种小型压差传感器。

背景技术

压差传感器用于测量和控制两个油路的压力差，在军事和航空航天领域的伺服系统应用广泛，许多应用场合对传感器的高稳定性、高可靠性、温度误差都有严格的要求，而应用于航天型号的产品对产品的质量和尺寸又有严格的要求，但是目前常用的压差传感器尺寸大且结构复杂，不利于产品的小型化趋势。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种小型压差传感器，以解决目前常用的压差传感器尺寸大且结构复杂，不利于产品的小型化的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种小型压差传感器，其特征在于：包括基座、顶盖、两敏感芯体以及电路板，

所述顶盖设置在所述基座上并与所述基座配合形成容置所述两敏感芯体以及所述电路板的腔室，

所述腔室包括在所述基座上间隔设置的两个敏感芯体容置腔，两敏感芯体分别设置在两个敏感芯体容置腔内，每个所述敏感芯体的感应端与所述基座之间形成密封腔，所述基座上对应所述密封腔设置有供气体或液体进入的通孔，

所述电路板固定在所述基座内，所述电路板与所述敏感芯体的接线端通过导线连接，所述电路板还连接有电缆线，所述基座上设置有电缆孔，所述电缆线穿过所述电缆孔与外界相应连接点连接。

进一步地，所述敏感芯体与所述基座焊接连接。

进一步地，所述电缆线包括电源线、输出线以及信号接地线，所述电路板包括依次设置的第一信号层、电源层、地层以及第二信号层。

进一步地，所述电缆孔连接有与所述电缆孔适配的束线管，所述电缆线穿过所述束线管并由所述束线管固定。

进一步地，所述束线管的外周壁上设置有垂直于所述束线管的轴向的束线螺钉，对应所述束线螺钉所述束线管的内周壁与所述电缆线之间设置有压环，所述束线螺钉通过所述压环将所述电缆线固定在所述束线管内。

进一步地，两个所述敏感芯体并排设置在所述基座的下部，两个所述敏感芯体的的下端面分别与所述基座形成密封腔室，两个所述敏感芯体的上端面分别设置有转接板，所述电路板对应设置在两个所述敏感芯体的上方，所述导线连接在所述电路板与所述转接板之间。

进一步地，所述电路板以及所述顶盖分别通过螺钉与所述基座固定连接，所述螺钉上涂覆有厌氧胶。

进一步地，所述电路板上设置有温度补偿芯片、差分放大电路以及保护电路，

所述敏感芯体采集到的测量信号经过温度补偿芯片进行温度补偿后再由差分放大电路放大后经保护电路后通过电缆线中的信号线输出。

进一步地，所述基座、所述束线螺钉以及所述束线管均为不锈钢材质，所述顶盖、所述压环均为铝材质。

进一步地，所述敏感芯体是基于MEMS技术制作的压阻敏感芯体。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的小型压差传感器的电路板以及敏感芯体均设置在基座与顶盖的形成的腔室内，且每个所述敏感芯体的感应端与所述基座之间形成共用的密封腔，其结构简单且紧凑、体积小，整机装配简单。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例1小型压差传感器的主剖视示意图；

图2是本发明实施例1小型压差传感器的工作原理图；

图3是本发明实施例1小型压差传感器的基座的俯视示意图；

图4是本发明实施例1小型压差传感器的基座的主剖视示意图；

图5是本发明实施例1小型压差传感器的顶盖的俯视示意图。

图中：1：基座；2：敏感芯体；3：转接板；4：导线；5：束线管；6：压环；7：电路板；8：电缆；9：束线螺钉；10：紧固螺钉；11：顶盖；A：焊缝。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1所示，本发明实施例提供的小型压差传感器，包括基座1、顶盖11、两敏感芯体2以及电路板7。

所述顶盖11设置在所述基座1上并与所述基座1配合形成容置所述两敏感芯体2以及所述电路板7的腔室；所述腔室包括在所述基座上间隔设置的两个敏感芯体容置腔，两敏感芯体2分别设置在两个敏感芯体容置腔内，每个所述敏感芯体2的感应端与所述基座1之间形成密封腔，所述基座1上对应所述密封腔设置有供气体或液体进入的通孔；所述电路板7固定在所述基座1内，所述电路板7与所述敏感芯体2的接线端通过导线4连接，所述电路板7还连接有电缆线8，所述基座上设置有电缆孔，所述电缆线8穿过所述电缆孔与外界相应连接点连接。

具体的，本实施例小型压差传感器可选用2个基于MEMS技术制作的HB2113压力传感器作为敏感芯体2，该元件体积小、质量轻且过载能力强且为可焊型全不锈钢材料；基座1材料为316不锈钢，其具备良好的可焊接性、耐腐性及机加工性能；基座1的敏感芯体容置腔在不影响基座结构强度的前提下在其内部根据HB2113压力传感器的外形尺寸进行了挖孔处理获得，可通过焊接的方式将HB2113压力传感器焊接在基座焊接基座的敏感芯体容置腔内，并在敏感芯体2的测量端面和基座1内腔共同形成一个密封的腔体。

可以理解的是，焊接的方式可以防止传感器发生泄露，且该密封结构可保证产品具备3倍设计量程的过载能力；由于传感器焊缝的质量直接影响传感器的测量性能，因此要求焊缝A的深度不小于2mm。

如图1所示，所述电缆孔连接有与所述电缆孔适配的束线管5，所述电缆线8穿过所述束线管5并与所述束线管5固定连接。

需要说明的是，束线管5是用于固定电缆线的，避免与电路板7连接的外部电缆线被拖拽与电路板7脱离；在实际应用中，电缆线8包括5根导线，包括电源线、输出线以及信号接地线，为了方便接线，分别采用不同颜色的漆包线进行区分，在实际过程中，红线接+15V电源，蓝线接-15V电源，黑线接电源地，紫线接输出，白线接信号地；电缆线屏蔽网与壳体相连，电路接地点共地，避免外部电磁干扰信号的影响。

如图1所示，具体的所述束线管5的外周壁上设置有垂直于所述束线管的轴向的束线螺钉9，对应所述束线螺钉9所述束线管5的内周壁与所述电缆线8之间设置有压环6，所述束线螺钉9通过所述压环6将所述电缆线8固定在所述束线管5内。

需要说明的是，本实施例小型压差传感器的束线管5和束线螺钉9的材料采用的是不锈钢；压环6的材料为软铝，该材料轻且延展性好。传感器装配时将压环6套入到束线管5内，电缆线8从束线管5和压环6中穿过，将束线管5安装到基座1的出线孔处，通过束线螺钉9从上端向下压住压环，束线螺钉9通过旋转力矩挤压压环变形进而压接固定住电缆线，最后在束线螺钉9上涂覆环氧胶防松，在束线管5外侧安装热缩套管对电缆线8进行保护。

在实际应用中，温度误差是压差传感器的一个重要指标，温度误差包括零位温度误差和灵敏度温度误差，由于压阻敏感芯体对温度敏感，所以需要进行温度补偿。

作为一温度补偿方式，本实施例小型压差传感器的电路板中设置有温度补偿芯片Max1452对传感器输出进行补偿，同时为了保证信号的正确输出，电路板上还设置有后置信号差分放大电路以及保护电路，后置信号差分放大电路可以对温度补偿后的2路输出信号进行差分放大处理，保护电路极大的提高了传感器的抗干扰能力。

需要说明的是，本实施例小型压差传感器的电路板7为4层板，顶层和底层为信号层，第二层为电源层，第三层为地层，设计尺寸为28.6mm×29.6mm×1mm，板厚1mm，材料选用强度较大的环氧玻璃布压板。

如图1所示，作为一种实现方式，两个所述敏感芯体2并排设置在所述基座1的下部，两个所述敏感芯体4的的下端面分别与所述基座1形成密封腔室，两个所述敏感芯体4的上端面分别设置有转接板3，所述电路板7对应设置在两个所述敏感芯体4的上方，所述导线4连接在所述电路板7与所述转接板3之间。所述电路板7以及所述顶盖11分别通过紧固螺钉10与所述基座1固定连接，并优选的在电路板7与基座1连接的紧固螺钉的连接处涂覆厌氧胶。

需要说明的是，所述顶盖11可采用质量较轻的铝制材料，由于传感器的内部安装空间有限，所以电路板7的尺寸需要尽可能小，本实施例电路板7为28.6mm×29.6mm×1mm，在保证电路功能的前提下，在经过功率计算和电磁兼容考虑后本实施例缩小贴片电阻元件的封装尺寸由0805至0603，经过试验证明，电路板设计能够满足使用需求。

本实施例小型压差传感器的工作原理图如图2所示。本实施例小型压差传感器在实际测量使用过程中，首先将基座1通过螺钉固定到被测油路，并通过压紧O型密封圈实现密封；被测气体或液体进入通过通孔进入到基座内腔与敏感芯体接触，敏感芯体承压后输出电压信号到电路板，电压信号经电路板温度补偿和差分处理后通过电缆线输出。

为检验该结构设计的传感器的效果，应用这种结构设计生产了1只本实施例小型压差传感器的样机，整机尺寸为43mm×32mm×23mm，质量小于150g。本实施例小型压差传感器能够承受3倍量程的压力过载，并且顺利通过振动、温循、冲击、过载及低气压等严酷条件的试验。试验后本实施例小型压差传感器的测试结果表明，传感器的零位输出电压分布在-10mV～+10mV之间，满量程输出电压分布在-2500mV～+2500mV之间，常温精度为0.113％，全温度范围总精度为0.937％，均能很好的满足设计指标的要求。

综上所示，本实施例小型压差传感器，采用两个敏感芯体测量两路压力信号，敏感芯体通过焊接连接到基座上，电路板和顶盖通过螺钉固定在基座上，束线管、束线螺钉和压环实现传感器电缆线的固定和保护，整机装配简便。传感器的电路设计采用了智能温度补偿技术，既能消除温度误差，又能调整传感器的输出范围，该技术调试过程高效整洁，可以显著地提高生产效率和可靠性。同时本实施例小型压差传感器既能缩小产品的尺寸和质量，还能保证产品具有优良的温度特性和结构强度，同时产品结构简单，可靠性高。本实施例小型压差传感器整机尺寸为43mm×32mm×23mm，质量小于150g，-40～60℃温度范围总精度小于1％，可承受3倍设计量程压力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种小型压差传感器，其特征在于：包括基座、顶盖、两敏感芯体以及电路板，

所述顶盖设置在所述基座上并与所述基座配合形成容置所述两敏感芯体以及所述电路板的腔室，

所述腔室包括在所述基座上间隔设置的两个敏感芯体容置腔，两敏感芯体分别设置在两个敏感芯体容置腔内，每个所述敏感芯体的感应端与所述基座之间形成密封腔，所述基座上对应所述密封腔设置有供气体或液体进入的通孔，

所述电路板固定在所述基座内，所述电路板与所述敏感芯体的接线端通过导线连接，所述电路板还连接有电缆线，所述基座上设置有电缆孔，所述电缆线穿过所述电缆孔与外界相应连接点连接。

2.根据权利要求1所述的小型压差传感器，其特征在于：所述敏感芯体与所述基座焊接连接。

3.根据权利要求1所述的小型压差传感器，其特征在于：所述电缆线包括电源线、输出线以及信号接地线，所述电路板包括依次设置的第一信号层、电源层、地层以及第二信号层。

4.根据权利要求3所述的小型压差传感器，其特征在于：所述电缆孔连接有与所述电缆孔适配的束线管，所述电缆线穿过所述束线管并由所述束线管固定。

5.根据权利要求4所述的小型压差传感器，其特征在于：所述束线管的外周壁上设置有垂直于所述束线管的轴向的束线螺钉，对应所述束线螺钉所述束线管的内周壁与所述电缆线之间设置有压环，所述束线螺钉通过所述压环将所述电缆线固定在所述束线管内。

6.根据权利要求1-5任一项所述的小型压差传感器，其特征在于：两个所述敏感芯体并排设置在所述基座的下部，两个所述敏感芯体的的下端面分别与所述基座形成密封腔室，两个所述敏感芯体的上端面分别设置有转接板，所述电路板对应设置在两个所述敏感芯体的上方，所述导线连接在所述电路板与所述转接板之间。

7.根据权利要求1所述的小型压差传感器，其特征在于：所述电路板以及所述顶盖分别通过螺钉与所述基座固定连接，所述螺钉上涂覆有厌氧胶。

8.根据权利要求1-5任一项所述的小型压差传感器，其特征在于：所述电路板上设置有温度补偿芯片、差分放大电路以及保护电路，

所述敏感芯体采集到的测量信号经过温度补偿芯片进行温度补偿后再由差分放大电路放大后经保护电路后通过电缆线中的信号线输出。

9.根据权利要求5所述的小型压差传感器，其特征在于：所述基座、所述束线螺钉以及所述束线管均为不锈钢材质，所述顶盖、所述压环均为铝材质。

10.根据权利要求1-5任一项所述的小型压差传感器，其特征在于：所述敏感芯体是基于MEMS技术制作的压阻敏感芯体。