CN108593187A - 陶瓷电容式压力传感器及提高压力检测精度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷电容式压力传感器及提高压力检测精度的方法，包括基座、固定电极和可变电极，基座一端设有球面凹槽，固定电极固定连接在球面凹槽表面，固定电极和可变电极之间形成电容容室；球面凹槽表面固定连接有热敏陶瓷温度传感器，固定电极表面与热敏陶瓷温度传感器相紧密抵接；热敏陶瓷温度传感器可检测出固定电极的实时温度，通过计算可得到温度使固定电极与可变电极之间产生的距离变化值，然后对该距离变化值的计算可得到温度对陶瓷电容式压力传感器测得的压力差值，将差值与测得压力值进行相互计算，可得到实际的压力值，从而达到减小温度对陶瓷电容式压力传感器对压力检测值的影响，提高陶瓷电容式压力传感器的检测准确度。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种陶瓷电容式压力传感器。
背景技术
压力传感器是一种用于将压力使物体产生的形变转化为电信号的装置，电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器。压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号。
如公开号为CN107389229A的中国发明申请文件公开文本，其公开了一种陶瓷电容压力传感器，如图1所示，包括圆柱形基座6、固定电极1和可变电极2，固定电极1和可变电极2之间形成可变的电容容室3，敏感膜片4感受压力变化而产生相应的形变位移，可变电极2随着敏感膜片4的位移而产生变化，进而电容容室3的电容量发生改变，通过电容容量的改变测得压力大小。固定电极1上设置有玻璃绝缘层5，当测试压力超过设计测量值时，敏感膜片4上的可变电极2和玻璃绝缘层5紧贴在一起，防止固定电极1和可变电极2短路。基座6一端设置有球面凹槽61，固定电极1固定连接在球面凹槽61的表面上。
温度变化可使球面凹槽61的表面和可变电极2发生形变，当温度升高后，球面凹槽61的球面半径增大，固定电极1与可变电极2之间的距离增大，测得的压力值偏小；当温度降低后，球面凹槽61的球面直径减小，固定电极1与可变电极2之间的距离减小，测得的压力值偏大。在不同温度环境中，该陶瓷电容压力传感器的误差也不同，对被测物体测的的压力值不够准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷电容式压力传感器及提高压力检测精度的方法，用以改善温度对陶瓷电容式压力传感器测量精度产生影响的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种陶瓷电容式压力传感器，包括基座、固定电极和可变电极，基座一端设有球面凹槽，固定电极固定连接在球面凹槽表面，固定电极和可变电极之间形成电容容室；球面凹槽表面固定连接有热敏陶瓷温度传感器，热敏陶瓷温度传感器嵌入在基座内且靠近固定电极的一面为球面，热敏陶瓷温度传感器的球面直径与球面凹槽的球面直径相同，热敏陶瓷温度传感器的球面与球面凹槽的球面相对齐，固定电极表面与热敏陶瓷温度传感器相紧密抵接；基座中心开设有通气孔，通气孔穿过热敏陶瓷温度传感器将电容容室与外部大气相连通。
通过上述技术方案，热敏陶瓷温度传感器可检测出固定电极的实时温度，通过计算可得到温度使固定电极与可变电极之间产生的距离变化值，然后对该距离变化值的计算可得到温度对陶瓷电容式压力传感器测得的压力差值，将差值与测得压力值进行相互计算，可得到实际的压力值；若温度使固定电极与可变电极之间的距离增大时，实际压力值等于测得的压力值加上温度导致的压力补偿值；当温度使固定电极与可变电极之间的距离减小时，实际压力值等于测得的压力值减去温度导致的压力补偿值，进而减小温度对热敏陶瓷温度传感器检测压力大小的影响，提高热敏陶瓷温度传感器对压力检测的准确度。
本发明进一步设置为：陶瓷电容式压力传感器还包括固定连接在所述通气孔内的吸附件。
本发明进一步设置为：所述吸附件为活性炭。
通过上述技术方案，水蒸气和空气中的杂质进入电容容室后会增大固定电极和可变电极之间的介电常数值，导致测的电容值偏大，反之偏小；活性炭可吸附进入通气孔内空气中的杂质和水蒸气，定性地减小空气中的水蒸气对陶瓷电容式压力传感器精确度的影响。
本发明进一步设置为：陶瓷电容式压力传感器还包括固定连接在所述通气孔内的湿度传感器，湿度传感器位于所述吸附件靠近所述电容容室的一侧。
通过上述技术方案，水蒸气进入电容容室后会增大固定电极和可变电极之间的介电常数值，导致测的电容值偏大，反之偏小；活性炭可吸附一部分进入通气孔内空气中的水蒸气，当活性炭对水蒸气的吸附达到饱和后，一部分水蒸气会穿过活性炭进入电容容室并增大电容容室内部的空气湿度；湿度传感器可检测出电容容室内部空气的湿度，经过计算可得到湿度产生的电容值差值，可定性地减小空气中的水蒸气对陶瓷电容式压力传感器精确度的影响。
本发明进一步设置为：所述固定电极靠近所述可变电极的一面固定连接有绝缘层。
本发明进一步设置为：所述可变电极远离所述固定电极的一面固定连接有敏感膜片。
本发明进一步设置为：所述敏感膜片远离所述可变电极的一面固定连接有屏蔽层。
本发明进一步设置为：所述基座由热的不良导体材质制成。
提高压力检测精度的方法，采用上述的陶瓷电容式压力传感器，将所述固定电极、所述可变电极和所述热敏陶瓷温度传感器与电脑相连接，通过电脑计算所述固定电极的温度值计算出温度使固定电极和可变电极之间距离产生的变化来计算出温度使电容容室电容值产生的变化量从而对测得的压力值进行计算和补偿。
本发明进一步设置为：将上述的湿度传感器与电脑相连接，通过电脑对湿度传感器感测的湿度数据进行计算得到所述固定电极和所述可变电极之间介电常数值来计算出湿度使电容容室电容值产生的变化量从而对测得的压力值进行计算和补偿。
本发明具有如下优点：
1、热敏陶瓷温度传感器可检测出固定电极的实时温度，通过计算可得到温度使固定电极与可变电极之间产生的距离变化值，然后对该距离变化值的计算可得到温度对陶瓷电容式压力传感器测得的压力差值，将差值与测得压力值进行相互计算，可得到实际的压力值，从而达到减小温度对陶瓷电容式压力传感器对压力检测值的影响，提高陶瓷电容式压力传感器的检测准确度；
2、空气中的杂质进入电容容室内后会改变固定电极和可变电极之间的介电常数值，从而改变陶瓷电容式压力传感器测得的压力值，活性炭可吸附空气中的杂质，可定性地减小空气中的杂质对陶瓷电容式压力传感器对压力检测的影响，提高陶瓷电容式压力传感器的检测准确度；
3、湿度传感器可检测出电容容室内部空气的湿度，经过计算可得到湿度产生的电容值差值，可定性地减小空气中的水蒸气对陶瓷电容式压力传感器精确度的影响，提高陶瓷电容式压力传感器的检测准确度。
4、将固定电极、可变电极、热敏陶瓷温度传感器和湿度传感器与电脑相连接，电脑可读取固定电极和可变电极之间的电容值、热敏陶瓷温度传感器的温度值以及湿度传感器的湿度值，对电容值、温度值以及湿度值进行关联计算可得出温度和湿度产生的电容差值，经过计算可得到实际电容值，从而得到实际的压力值，提高陶瓷电容式压力传感器的检测准确度；
5、基座由热的不良导体制成，可以减缓外部热量向电容容室内部传导，减小电容容室内部温度的波动频率，便于监测温度，提高压力测量的精确度。
附图说明
图1是背景技术的结构示意图；
图2是实施例1的结构示意图；
图3是实施例2中体现活性炭结构与通气孔之间的安装结构的示意图；
图4是实施例3中体现热敏陶瓷温度传感器与通气孔之间的安装结构的示意图。
其中，
1、固定电极；
2、可变电极；
3、电容容室；
4、敏感膜片；
5、玻璃绝缘层；
6、基座；61、球面凹槽；62、通气孔；
7、压力传感接线柱；
8、屏蔽环；
9、屏蔽层；
10、热敏陶瓷温度传感器；
101、温度传感接线柱；
102、活性炭；
103、湿度传感器；
104、湿度传感接线柱；
105、电脑。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
一种陶瓷电容式压力传感器，如图2所示，包括圆柱形基座6、固定电极1和可变电极2，基座6一端设置有球面凹槽61，固定电极1固定连接在球面凹槽61的表面上，可变电极2位于基座6设有球面凹槽61的一端，固定电极1和可变电极2之间形成可变的电容容室3；可变电极2远离球面凹槽61的一端固定连接有敏感膜片4，敏感膜片4感受压力变化而产生相应的形变位移，可变电极2随着敏感膜片4的位移而产生变化，可变电极2和固定电极1之间的距离发生改变，进而电容容室3的电容量发生改变，通过电容容量的改变测得压力大小。基座6上固定连接有两个压力传感接线柱7，两个压力传感接线柱7分别与固定电极1以及可变电极2相电连接，电容容量数据通过电极传输至数据读取分析设备(比如电脑105，电脑105安装相应的数据分析程序，将电容数据通过曲线图的形式显示)。
结合图2，基座6为圆柱形，基座6的中心设有通气孔62，电容容室3通过通气孔62与大气相连通，电容容室3容积发生变化时，内部气压可保持与大气气压相同。基座6和敏感膜片4之间设有屏蔽环8，屏蔽环8绕可变电极2设置；敏感膜片4远离可变电极2的一端固定连接有屏蔽层9，屏蔽层9和屏蔽环8用于将可变电极2以及固定电极1与外界隔开，减小电容容室3的电容量受到的外界干扰。
如图1所示，固定电极1靠近可变电极2的一面固定连接有绝缘层，如玻璃绝缘层5，当测试压力超过设计测量值时，敏感膜片4上的可变电极2和玻璃绝缘层5紧贴在一起，防止固定电极1和可变电极2短路。
球面凹槽61中心固定连接有热敏陶瓷温度传感器10，热敏陶瓷温度传感器10嵌入在基座6内部且靠近固定电极1的一面为球面，热敏陶瓷温度传感器10的球面直径与球面凹槽61的球面直径相等且相互对齐(两者的球面球心重合)，固定电极1表面与热敏陶瓷温度传感器10相紧密抵接；通气孔62穿过热敏陶瓷温度传感器10与电容容室3相连通。热敏陶瓷温度传感器10上电连接有温度传感接线柱101，电容容室3内部的温度发生变化之后，固定电极1将温度变化传导给热敏陶瓷温度传感器10，热敏陶瓷温度传感器10将温度变化转换为电信号并通过温度传感接线柱101传输给数据读取设备(如电脑105，电脑105上安装相应的数据分析程序，可将温度变化数据以曲线图的形式显示，便于操作人员读取)。
陶瓷电容式压力传感器的使用方法：通过计算机(电脑105)同时读取陶瓷电容式压力传感器的温度数据和压力数据，根据温度数据和固定电极1以及可变电极2的热胀冷缩系数计算出电容容积因温度而发生的变化值，并将该变化值定义为温差容积补偿量；根据温差补偿量计算出相应的电容发生的变化值，并将该变化值定义为温差电容补偿量，电脑105通过压力传感接线柱7读取的电容发生的变化总量等于温差电容补偿量加上压力产生的电容变化量，即压力变化总量等于温差电容补偿量产生的压力值加上实际压力产生的压力值，所以，根据计算可得：实际压力值＝测得的压力变化总量-温差电容补偿量产生的压力值，得到的压力测量值更加准确。
优选地，基座6由热的不良导体制成，如采用石棉、陶瓷等，可以减缓外部热量向电容容室3内部传导，减小电容容室3内部温度的波动频率，便于监测温度，提高压力测量的精确度。
实施例2
一种陶瓷电容式压力传感器，与实施例1的不同之处在于，如图3所示，通气孔62内固定连接有过滤件，如活性炭102、滤棉、滤网等，本实施例中优先采用活性炭102。电容容室3的容积缩放后，外部空气会通过通通气孔62进入电容容室3，活性炭102具有较强的吸附性能，可以吸附空气中的水蒸气和杂质，达到定性地减小杂质和水蒸气对陶瓷电容式压力传感器产生干扰的功能。
实施例3
一种陶瓷电容式压力传感器，与实施例2的不同之处在于，如图4所示，通气孔62内固定连接有湿度传感器103，湿度传感器103位于活性炭102的内侧(远离外部空间的一侧)，基座6上固定连接有湿度传感接线柱104，湿度传感接线柱104一端与湿度传感器103相电连接，另一端与数据读取设备(如电脑105)相连接，湿度传感器103可检测通气孔62内的空气湿度，然后通过湿度传感接线柱104将湿度数据以电信号的形式传递给电脑105，供电脑105分析数据并计算出湿度数值。
空气经过活性炭102吸附后，固体杂质减少，但是水蒸气可能使活性炭102达的吸附能力达到饱和，水蒸气可能穿过活性炭102进入通气孔62并进入电容容室3，电容容室3内的空气湿度与通气孔62内的空气湿度比较相近或相同，湿度传感器103测得的湿度可以看作是电容容室3内的空气湿度。
电容容室3内的空气湿度改变后，固定电极1和可变电极2之间的空气介电常数发生改变，介电常数的改变对陶瓷电容式压力传感器的压力测量结果产生影响，根据电容计算公式：C＝εS/d(ε为极板间介质的介电常数，S为固定电极1和可变电极2的极板的面积，d为固定电极1和可变电极2的极板间的距离)可知，当S和d均不变时，湿度增大后，介电常数增大，陶瓷电容式压力传感器测得的电容值增大，所以测得的压力数据偏大；湿度减小后，介电常数减小，陶瓷电容式压力传感器测得的电容值减小，所以测得的压力数据偏小。
通过电脑105计算湿度对陶瓷电容式压力传感器所测的压力值产生的影响，对所测的压力竖直给予湿度影响带来的数值补偿，达到定量地减小水蒸气对陶瓷电容式压力传感器产生干扰的功能。
实施例4
提高压力检测精度的方法，将固定电极、可变电极和热敏陶瓷温度传感器与电脑相连接，通过电脑计算固定电极的温度值计算出温度使固定电极和可变电极之间距离产生的变化来计算出温度使电容容室电容值产生的变化量从而对测得的压力值进行计算和补偿。
还可以将湿度传感器与电脑相连接，通过电脑对湿度传感器感测的湿度数据进行计算得到固定电极和可变电极之间介电常数值来计算出湿度使电容容室电容值产生的变化量从而对测得的压力值进行计算和补偿，进一步提高压力检测的精度。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种陶瓷电容式压力传感器，包括基座(6)、固定电极(1)和可变电极(2)，基座(6)一端设有球面凹槽(61)，固定电极(1)固定连接在球面凹槽(61)表面，固定电极(1)和可变电极(2)之间形成电容容室(3)；其特征是：
球面凹槽(61)表面固定连接有热敏陶瓷温度传感器(10)，热敏陶瓷温度传感器(10)嵌入在基座(6)内且靠近固定电极(1)的一面为球面，热敏陶瓷温度传感器(10)的球面直径与球面凹槽(61)的球面直径相同，热敏陶瓷温度传感器(10)的球面与球面凹槽(61)的球面相对齐，固定电极(1)表面与热敏陶瓷温度传感器(10)相紧密抵接；
基座(6)中心开设有通气孔(62)，通气孔(62)穿过热敏陶瓷温度传感器(10)将电容容室(3)与外部大气相连通。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征是：陶瓷电容式压力传感器还包括固定连接在所述通气孔(62)内的吸附件。
3.根据权利要求2所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征是：所述吸附件为活性炭(102)。
4.根据权利要求2所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征是：陶瓷电容式压力传感器还包括固定连接在所述通气孔(62)内的湿度传感器(103)，湿度传感器(103)位于所述吸附件靠近所述电容容室(3)的一侧。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征是：所述固定电极(1)靠近所述可变电极(2)的一面固定连接有绝缘层。
6.根据权利要求1所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征是：所述可变电极(2)远离所述固定电极(1)的一面固定连接有敏感膜片(4)。
7.根据权利要求6所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征是：所述敏感膜片(4)远离所述可变电极(2)的一面固定连接有屏蔽层(9)。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种陶瓷电容式压力传感器，其特征是：所述基座(6)由热的不良导体材质制成。
9.提高压力检测精度的方法，采用权利要求1至8中任意一种陶瓷电容式压力传感器，其特征是：将所述固定电极(1)、所述可变电极(2)和所述热敏陶瓷温度传感器(10)与电脑(105)相连接，通过电脑(105)计算所述固定电极(1)的温度值计算出温度使固定电极(1)和可变电极(2)之间距离产生的变化来计算出温度使电容容室(3)电容值产生的变化量从而对测得的压力值进行计算和补偿。
10.根据权利要求9所述的提高压力检测精度的方法，其特征是：将如权利要求4中的湿度传感器(103)与电脑(105)相连接，通过电脑(105)对湿度传感器(103)感测的湿度数据进行计算得到所述固定电极(1)和所述可变电极(2)之间介电常数值来计算出湿度使电容容室(3)电容值产生的变化量从而对测得的压力值进行计算和补偿。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180928 |