CN107727304B - 一种传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感器，包括：上壳、中壳、下壳、弹性变形盘、电阻式压力传感器、浮子、钢球和单片机，所述上壳中部具有一进气孔，所述中壳中部具有一中孔，所述上壳安装在所述中壳上，所述中壳安装在所述下壳上，所述弹性变形盘安装在所述上壳与所述中壳的连接处，所述弹性变形盘的中部位于所述进气孔的正下方，所述电阻式压力传感器安装在所述中壳与所述下壳的连接处，所述浮子放置在所述电阻式压力传感器的上面，且穿过所述中孔的两端；所述钢球设置在所述浮子的上部，且抵触在所述弹性变形盘的下面，所述单片机通过检测电路与所述电阻式压力传感器电连接。由于采用了上述结构，使得本发明检测精度高，应用范围广。

Description

一种传感器
技术领域
本发明涉及一种电子器件，具体涉及一种传感器。
背景技术
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。
气压传感器是用于测量气体的绝对压强的仪器，主要适用于与气体压强相关的物理实验，如气体定律等，也可以在生物和化学实验中测量干燥、无腐蚀性的气体压强。
现有技术中已经出现了很多的气压传感器，但是这些气压传感器检测精度不高，测量值不准确，应用环境受到限制，且响应速度慢，不利于做实验，并且由于其材料选择的局限性，导致其应用范围受限。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种检测精度高、响应速度快且应用范围广的传感器。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种传感器，其中，包括：
上壳，所述上壳中部具有一进气孔；
中壳，所述中壳中部具有一中孔，所述上壳安装在所述中壳上，所述上壳与所述中壳之间形成第一腔；
下壳，所述中壳安装在所述下壳上，所述中壳与所述下壳之间形成第二腔；
弹性变形盘，所述弹性变形盘安装在所述上壳与所述中壳的连接处，且位于所述第一腔内，所述弹性变形盘的中部位于所述进气孔的正下方；
电阻式压力传感器，所述电阻式压力传感器安装在所述中壳与所述下壳的连接处，且位于所述第二腔内；
浮子，所述浮子放置在所述电阻式压力传感器的上面，且穿过所述中孔的两端；
钢球，所述钢球设置在所述浮子的上部，且抵触在所述弹性变形盘的下面；
单片机，所述单片机通过检测电路与所述电阻式压力传感器电连接；
其中，当所述进气孔进入的气体作用在所述弹性变形盘上，使得所述弹性变形盘变形，变形的所述弹性变形盘驱动所述钢球使所述浮子进而驱动所述电阻式压力传感器变形，所述检测电路将检测信号传递给所述单片机，所述单片机依据所述检测电路传递的信号获知所述进气孔处的气压。
进一步地，所述检测电路包括气压传感电路和V/F转换电路，所述气压传感电路与所述电阻式压力传感器电连接，所述气压传感电路通过所述V/F转换电路与所述单片机电连接。
更进一步地，还包括显示电路和电源电路，所述显示电路与所述单片机电连接，所述电源电路向所述气压传感电路、所述V/F转换电路、所述单片机和所述显示电路供电。
更进一步地，所述电源电路包括芯片U1、二极管D1、电容C1、电位器RP1、MOS管VS和电阻R1，所述二极管D1正极连接220V交流电一端，二极管D1负极分别连接电容C1、二极管D2负极、电容C2、电阻R2、二极管D3负极、电容C3和输出端Vo，电容C1另一端分别连接电阻R1、电阻R3、芯片U1的GND端和电阻R4，电阻R1另一端连接电位器RP1，电位器RP1另一端连接芯片U1的PWMD端，电位器RP1滑片连接芯片U1的RL端，芯片U1的LD端连接电阻R3另一端，芯片U1的VIN端分别连接电容C2另一端和电阻R2另一端，芯片U1的GATE端连接MOS管VS的G极，MOS管VS的S极分别连接电阻R4另一端和芯片U1的CS端，MOS管VS的D极分别连接电感L1和二极管D3正极，电感L1另一端连接电容C3另一端。
更进一步地，所述电阻式压力传感器通过若干个绝缘棒安装在所述中壳与所述下壳的连接处。
更进一步地，一个绝缘棒抵挡在所述电阻式压力传感器的端部上面，另一个绝缘棒抵挡在所述电阻式压力传感器的端部下面。
更进一步地，一个绝缘棒的下部抵挡在所述电阻式压力传感器的端部上面，其上部抵挡在所述中壳的下腔的内壁上。
更进一步地，另一个绝缘棒的上部抵挡在所述电阻式压力传感器的端部下面，其下部抵挡在所述下壳的内腔的内壁上。
更进一步地，所述浮子的直径与所述电阻式压力传感器的Y向宽度比为30:1～1.5。
更进一步地，所述进气孔的直径与所述弹性变形盘的直径比为1:100～150。
从上述的技术方案可以看出，本发明的优点是：
1.与现有技术相比，本发明采用了电阻式压力传感器，且该电阻式压力传感器的敏感层采用导电性多孔弹性薄膜，该薄膜在受压力作用时，薄膜的形变量增加，减小了薄膜中导电材料之间的接触电阻，增强了电阻式压力传感器对压力的敏感性；导电性多孔弹性薄膜需施加大的压力才能被压实，增加了电阻式压力传感器高敏感性的压力范围；薄膜所采用的材料价格低，加工工艺简单，降低了压力传感器的成本。
2.与现有技术相比，本发明采用了绝缘棒，使得电阻式压力传感器不与壳体直接接触，保证了电阻式传感器检测气压的稳定性，提高了该传感器的检测精度。
3.与现有技术相比，本发明的绝缘棒由一种绝缘性好且不易变形的材料制成，使得电阻式压力传感器不受绝缘棒变形挤压的影响，扩大了该传感器的应用范围。
4.与现有技术相比，本发明的结构封闭性好，对电阻式压力传感器起到很好的保护，使得外界气压不能直接与电阻式压力传感器接触，而是采取弹性变形盘与外界气压接触，同时，电阻式压力传感器通过钢球和浮子间接与弹性变形盘接触，进而使本发明使用寿命长。
5.由于本发明的结构封闭性好，因此，本发明可以适应不同的工作环境，可以在环境比较恶劣的场所应用，还可以在环境好的场所应用，因而应用范围较广。
6.由于密封性好，本发明内部零部件受外界环境影响小，因此本发明测量精度准，且精度高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明的剖视图。
图2是本发明气体进入后的剖视图。
图3是本发明的结构示意图。
图4是本发明的电源电路的电路图。
图5是本发明的电阻式压力传感器的俯视图。
图中标记为：气压传感电路-1、V/F转换电路-2、单片机-3、显示电路-4、电源电路-5、上壳-10、进气孔-11、中壳-20、中孔-21、下壳-30、弹性变形盘-40、钢球-50、浮子-60、电阻式压力传感器-70、绝缘棒-80、第一腔-90、第二腔-100。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
参考图1至图5，如图1和图3所示的一种传感器，包括：上壳10、中壳20、下壳30、弹性变形盘40、电阻式压力传感器70、浮子60、钢球50和单片机3。在本实施例中，所述上壳10、中壳20和下壳30均为塑料结构。
所述上壳10中部具有一进气孔11，所述中壳20中部具有一中孔21，所述上壳10安装在所述中壳20上，所述上壳10与所述中壳20之间形成第一腔90，所述中壳20安装在所述下壳30上，所述中壳20与所述下壳30之间形成第二腔100，所述弹性变形盘40安装在所述上壳10与所述中壳20的连接处，且位于所述第一腔90内，所述弹性变形盘40的中部位于所述进气孔11的正下方，所述电阻式压力传感器70安装在所述中壳20与所述下壳30的连接处，且位于所述第二腔100内。
优选的，所述进气孔11的直径与所述弹性变形盘40的直径比为1:100～150，使得弹性变形盘40能够快速响应来自进气孔11处的气压，快速变形驱动钢球50，钢球50的设置，使得其能够快速接收弹性变形盘40变形引起的驱动力，使得本发明能够快速响应气压的变化。
更优地，所述进气孔11的直径与所述弹性变形盘40的直径比为1:120，使得本发明的响应速度最佳。
在本实施例中，所述电阻式压力传感器70由敏感层和两片包含电极的衬底组成，电极位于透明的衬底之上，且位于敏感层的上下两侧，所述敏感层位于两层电极之间，为导电性多孔弹性薄膜。
优选的，所述导电性多孔弹性薄膜由热固化弹性材料、发泡材料和导电材料混合经加热固化后形成。所述热固化弹性材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚氨酯(PU)或铂催化硅胶(Ecoflex)。所述发泡材料为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、甲苯磺酰肼、氧化双(苯磺酷)肋、碳酸氢钠或碳酸氢铵。所述导电材料为石墨烯、石墨、炭黑、单壁和多壁碳纳米管、金属纳米线或金属及金属氧化物纳米颗粒，所述金属为金、银、铜、铝或镍，所述金属氧化物为氧化铟锡(ITO)或氟掺杂锡氧化物(FTO)。
优选的，所述热固化弹性材料与发泡材料的混合比例在10:1-10:3之间，所述热固化弹性材料与导电材料的混合比例在20:1-5:2之间。
优选的，所述电极为石墨烯、石墨、炭黑、单壁和多壁碳纳米管、金属、金属氧化物、金属纳米线或金属及金属氧化物纳米颗粒，所述金属为金、银、铜、铝或镍，所述金属氧化物为氧化铟锡(ITO)或氟掺杂锡氧化物(FTO)。所述透明的衬底为玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚氨基甲酸酯(PU)。
由于所述述电阻式压力传感器70的敏感层采用导电性多孔弹性薄膜，薄膜在受压力作用时，薄膜形变量增加，减小了薄膜中导电材料之间的接触电阻，增强了压力传感器对压力的敏感性，增加了压力传感器高敏感性的压力范围，除此之外，薄膜所采用的材料价格低，加工工艺简单，降低了压力传感器的成本。
所述浮子60放置在所述电阻式压力传感器70的上面，且穿过所述中孔21的两端。
优选的，所述浮子60由一种硬质泡沫塑料制成，压缩硬度大。
优选的，如图1和图5所示，所述浮子60的直径与所述电阻式压力传感器70的Y向宽度比为30:1～1.5，使得所述浮子60下压电阻式压力传感器70时，电阻式压力传感器70反应速度快。
更优地，所述浮子60的直径与所述电阻式压力传感器70的Y向宽度比为30:1.2，使得所述浮子60下压电阻式压力传感器70时，电阻式压力传感器70反应速度快。
所述钢球50设置在所述浮子60的上部，且抵触在所述弹性变形盘40的下面，所述单片机3通过检测电路与所述电阻式压力传感器70电连接。
如图2所示，当所述进气孔11进入的气体作用在所述弹性变形盘40上，使得所述弹性变形盘40变形，变形的所述弹性变形盘40驱动所述钢球50使所述浮子60进而驱动所述电阻式压力传感器70变形，所述检测电路将检测信号传递给所述单片机3，所述单片机3依据所述检测电路传递的信号获知所述进气孔11处的气压。
如图3所示，所述检测电路包括气压传感电路1和V/F转换电路2，所述气压传感电路1与所述电阻式压力传感器70电连接，所述气压传感电路1通过所述V/F转换电路2与所述单片机3电连接。
该传感器还包括显示电路4和电源电路5，所述显示电路4与所述单片机3电连接，所述电源电路5向所述气压传感电路1、所述V/F转换电路2、所述单片机3和所述显示电路4供电。
如图4所示，所述电源电路5包括芯片U1、二极管D1、电容C1、电位器RP1、MOS管VS和电阻R1，所述二极管D1正极连接220V交流电一端，二极管D1负极分别连接电容C1、二极管D2负极、电容C2、电阻R2、二极管D3负极、电容C3和输出端Vo，电容C1另一端分别连接电阻R1、电阻R3、芯片U1的GND端和电阻R4，电阻R1另一端连接电位器RP1，电位器RP1另一端连接芯片U1的PWMD端，电位器RP1滑片连接芯片U1的RL端，芯片U1的LD端连接电阻R3另一端，芯片U1的VIN端分别连接电容C2另一端和电阻R2另一端，芯片U1的GATE端连接MOS管VS的G极，MOS管VS的S极分别连接电阻R4另一端和芯片U1的CS端，MOS管VS的D极分别连接电感L1和二极管D3正极，电感L1另一端连接电容C3另一端。
优选的，所述芯片U1型号为SMD802。
所述电源电路5通过降低MOS管的温度来降低整个电源电路的温度，从而可以有效降低了电源电路的功耗。
所述电阻式压力传感器70通过若干个绝缘棒80安装在所述中壳20与所述下壳30的连接处，一个绝缘棒80的下部抵挡在所述电阻式压力传感器70的端部上面，其上部抵挡在所述中壳20的下腔的内壁上，另一个绝缘棒80的上部抵挡在所述电阻式压力传感器70的端部下面，其下部抵挡在所述下壳30的内腔的内壁上，由于采用了绝缘棒，使得电阻式压力传感器不与壳体直接接触，保证了电阻式传感器检测气压的稳定性，提高了该传感器的检测精度。
优选的，所述绝缘棒80由环氧树脂制成，环氧树脂具有耐腐蚀性、电绝缘性能好；力学强度高、机械性能好；收缩率低、尺寸稳定性、不易变形的优点，使得电阻式压力传感器不受绝缘棒变形挤压的影响，扩大了该传感器的应用范围。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种传感器，其特征在于，包括：
上壳(10)，所述上壳(10)中部具有一进气孔(11)；
中壳(20)，所述中壳(20)中部具有一中孔(21)，所述上壳(10)安装在所述中壳(20)上，所述上壳(10)与所述中壳(20)之间形成第一腔(90)；
下壳(30)，所述中壳(20)安装在所述下壳(30)上，所述中壳(20)与所述下壳(30)之间形成第二腔(100)；
弹性变形盘(40)，所述弹性变形盘(40)安装在所述上壳(10)与所述中壳(20)的连接处，且位于所述第一腔(90)内，所述弹性变形盘(40)的中部位于所述进气孔(11)的正下方，所述进气孔(11)的直径与所述弹性变形盘(40)的直径比为1:100～150；
电阻式压力传感器(70)，所述电阻式压力传感器(70)安装在所述中壳(20)与所述下壳(30)的连接处，且位于所述第二腔(100)内；
浮子(60)，所述浮子(60)放置在所述电阻式压力传感器(70)的上面，且穿过所述中孔(21)的两端，所述浮子(60)的直径与所述电阻式压力传感器(70)的Y向宽度比为30:1～1.5；
钢球(50)，所述钢球(50)设置在所述浮子(60)的上部，且抵触在所述弹性变形盘(40)的下面；
单片机(3)，所述单片机(3)通过检测电路与所述电阻式压力传感器(70)电连接；
其中，当所述进气孔(11)进入的气体作用在所述弹性变形盘(40)上，使得所述弹性变形盘(40)变形，变形的所述弹性变形盘(40)驱动所述钢球(50)使所述浮子(60)进而驱动所述电阻式压力传感器(70)变形，所述检测电路将检测信号传递给所述单片机(3)，所述单片机(3)依据所述检测电路传递的信号获知所述进气孔(11)处的气压。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述检测电路包括气压传感电路(1)和V/F转换电路(2)，所述气压传感电路(1)与所述电阻式压力传感器(70)电连接，所述气压传感电路(1)通过所述V/F转换电路(2)与所述单片机(3)电连接。
3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，还包括显示电路(4)和电源电路(5)，所述显示电路(4)与所述单片机(3)电连接，所述电源电路(5)向所述气压传感电路(1)、所述V/F转换电路(2)、所述单片机(3)和所述显示电路(4)供电。
4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述电源电路(5)包括芯片U1、二极管D1、电容C1、电位器RP1、MOS管VS和电阻R1，所述二极管D1正极连接220V交流电一端，二极管D1负极分别连接电容C1、二极管D2负极、电容C2、电阻R2、二极管D3负极、电容C3和输出端Vo，电容C1另一端分别连接电阻R1、电阻R3、芯片U1的GND端和电阻R4，电阻R1另一端连接电位器RP1，电位器RP1另一端连接芯片U1的PWMD端，电位器RP1滑片连接芯片U1的RL端，芯片U1的LD端连接电阻R3另一端，芯片U1的VIN端分别连接电容C2另一端和电阻R2另一端，芯片U1的GATE端连接MOS管VS的G极，MOS管VS的S极分别连接电阻R4另一端和芯片U1的CS端，MOS管VS的D极分别连接电感L1和二极管D3正极，电感L1另一端连接电容C3另一端。
5.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述电阻式压力传感器(70)通过若干个绝缘棒(80)安装在所述中壳(20)与所述下壳(30)的连接处。
6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，一个绝缘棒(80)抵挡在所述电阻式压力传感器(70)的端部上面，另一个绝缘棒(80)抵挡在所述电阻式压力传感器(70)的端部下面。
7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，一个绝缘棒(80)的下部抵挡在所述电阻式压力传感器(70)的端部上面，其上部抵挡在所述中壳(20)的下腔的内壁上。
8.根据权利要求7所述的传感器，其特征在于，另一个绝缘棒(80)的上部抵挡在所述电阻式压力传感器(70)的端部下面，其下部抵挡在所述下壳(30)的内腔的内壁上。
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