CN110006577A - 压强传感器、压强测量系统以及压强测量方法 - Google Patents

Abstract

压强传感器、压强测量系统以及压强测量方法属于传感器领域、压强测量领域。在很多行业都需要测量压强或者压强的差值。现有测量压强的技术有待进一步更新。压强传感器，容器由绝缘材料制成，容器内设有一个弹性膜制成的气腔，压强测量系统，包括惠斯通电桥，压强测量方法，是基于压强测量系统进行。本发明能够方便的测量压强或者压强差。

Description

压强传感器、压强测量系统以及压强测量方法

技术领域

本发明属于传感器领域、压强测量领域。

背景技术

气体、液体统称为流体，针对流体压强的测量是流体物理性质的重要参数。

在很多行业都需要测量压强或者压强的差值。

测量压强实质上是测量压强的差值，因为即使是一个流体的压强，其本质还是和一个标准数值的比对。

现有测量压强的技术有待进一步更新。

发明内容

本发明提出一种压强传感器、压强测量系统以及压强测量方法，1，压强传感器，包括无盖的长方体容器，其特征是：容器由绝缘材料制成，容器内设有一个弹性膜制成的气腔，气腔底部和容器底面固定连接，气腔向容器顶部拱起，气腔在容器底面居中设置，容器顶部设有由弹性材料制成的感压膜，球形导电颗粒填充于感压膜与气腔之间，容器的两个相对内表面贴敷导电层，两个接线端分别电性连接这两个导电层。

2，如上述1所述的压强传感器，其特征是：感压膜贴敷有弹性网，弹性网的位置居中设置，有两根以上的弹性绳连接弹性网和容器底面，且弹性绳相对于容器底面的中心对称设置。

3，压强测量系统，包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥：R1和R2串联作为一个支路，R3和R4串联作为另一个支路，这两个支路并联，还包括检流计，其特征是：R1、R2为能够获悉其阻值数值的可变电阻构成，R3和R4为上述1所述的压强传感器，R3和R4的两个接线端就是上述1所述的两个接线端。

4，压强测量方法，其特征在于，所述压强测量方法基于上述3所述的压强测量系统，其步骤是：

第一步，让R3的感压膜和第一流体接触，让R4的感压膜和第二流体接触，

第二步，第一流体产生的压强导致R3的感压膜形变，继而导致R3的气腔发生形变，于是R3的阻值发生变化；

第二流体产生的压强导致R4的感压膜形变，继而导致R4的气腔发生形变，于是R4的阻值发生变化；

第三步，通过检流计指针的偏转方向以及偏转角度，获悉第一流体和第二流体的压强关系。

本发明能够方便的测量压强或者压强差。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明电路图。

图3是本发明结构示意图。

图4是本发明局部俯视图。

图中：1，容器；11，第一导电层；12，第二导电层；21，第一接线端；22，第二接线端；3，球形导电颗粒；4，感压膜；5，气腔；41，弹性网；42，弹性绳。

具体实施方式

参见图1，图1是本发明结构示意图。图中展示了压强传感器，包括无盖的长方体容器1，容器1由绝缘材料制成，容器1由刚性材料制成，刚性材料，指的是形变能够忽略不计的材料，比如由厚度1cm的亚克力板制成容器1，容器1内设有一个弹性膜制成的气腔5，弹性膜优选橡胶膜，比如制造气球用的橡胶膜，气腔5底部和容器1底面固定连接，特别强调的是，气腔5底部和容器1底面固定连接对于提高测量准确度非常重要，这样的结构设计，可以使相同压强的情况下，球形导电颗粒3的分布相同，从而确保电阻相同，这是本发明的发明点之一，也就是说气腔5底部和容器1底面固定连接这个技术特征其解决的技术问题、达到的技术效果是现有技术没有给出启示的。气腔5向容器1顶部拱起，气腔5在容器1底面居中设置，容器1顶部设有由弹性材料制成的感压膜4，感压膜4用于感受待测流体的压强，弹性材料优选橡胶，感压膜4受到压力会向容器1内部形变，继而压迫气腔5形变，该过程导致球形导电颗粒3重新分布。球形导电颗粒3填充于感压膜4与气腔5之间，容器1的两个相对内表面贴敷导电层，两个接线端分别电性连接这两个导电层。球形导电颗粒3优选直径1-3mm的导电物，球形导电颗粒3优选由金属制得，并且球形导电颗粒3由同一种材料制成，并且球形导电颗粒3的直径相同。球形导电颗粒3由同一种材料制成，并且球形导电颗粒3的直径相同这是确保测量准确的必要条件。

第一导电层11和第二导电层12统称为导电层，导电层优选导电性能良好的材料制成，例如导电层是铜箔，或者银箔，金箔固然更好，但是，金箔价格较高。导电层和球形导电颗粒3接触，形成电性连接，当然，导电层不是和每个球形导电颗粒3都接触。

球形导电颗粒3填充于感压膜4与气腔5之间，这句话的意思还包括：感压膜4和气腔5之间填充满球形导电颗粒3，这个填充是满的，而不是填充一部分，当然，任何人都可以理解，既然是球形导电颗粒3的形状是球形，肯定不是所有空间都被占据。假设球形导电颗粒3的直径为d，那么，在感压膜4和气腔5之间，不存在边长为d的立方体区域内无球形导电颗粒3。

球形导电颗粒3的另一个技术效果是易于重新分布，基于形变测量电阻通常采用粉末，粉末有时候很难形变，这给测量带来极大误差，所以，球形导电颗粒3不仅仅是为了导电，还为了形变。

本传感器的原理：第一接线端21和第二接线端22之间存在电阻，测量电阻属于现有技术，并且是非常成熟的技术。这两个接线端之间的电阻由球形导电颗粒3的分布决定，而球形导体颗粒的分布由感压膜4受到的压强决定。那为什么要设置气腔5呢？设置气腔5能够大范围的改变球形导电颗粒3的分布，从而提高测量精度，并且气腔5的存在使得制造本传感器变的容易：在感压膜4和气腔5之间允许气体存在。现有测量流体压强的装置，其内部的压强被严格控制，那么，生产现有传感器的时候，为了严格控制内部压强，需要消耗大量生产成本。另外，现有传感器随着岁月流逝，内部压强有少许改变，导致传感器很难被标定，本发明的气腔5解决了这个问题：不但允许气体存在，而且对气体的压强不需要严格控制，同时，易于标定传感器。

为了容易看清楚附图，本说明书附图绘制的球形导电颗粒3被明显放大了。

为了进一步缩小测量误差的方差，参见图3和图4，感压膜4贴敷有弹性网41，弹性网41优选橡胶制成，弹性网41的位置居中设置，有两根以上的弹性绳42连接弹性网41和容器1底面，且弹性绳42相对于容器1底面的中心对称设置。弹性网41的位置居中设置，这里的居中，指的是：弹性网41距离长方形两个相对侧面的距离相等。容器1底面的中心，指的是：容器1底面对角线的交点。

本领域技术人员看了本说明书以后，能够知晓，弹性网41应该对称分布网格，以免形变的时候发生形变量不对称的情况。

弹性绳42具有两端，一端连接弹性网41，一端连接容器1的底面。

弹性网41和弹性绳42的设置，使得感压膜4在受到相同压强的时候，第一接线端21和第二接线端22的电阻测量误差大大减小。其原因是感压膜4的中部区域因为弹性网41的存在会导致感压膜4中部区域强度较大，在形变的时候，呈形变变化率较小的方式发生变形，于是可以在更长的路径形成电阻的变化，这样可以减小电阻变化的偶然误差。弹性网41和弹性绳42的设置，其解决的技术问题和达到的技术效果，是现有技术没有启示的，这是本发明的重要发明点之一。

参见附图2，是本发明所述的压强测量系统的电路图，压强测量系统包括惠斯通电桥，惠斯通电桥(又称单臂电桥)是一种可以精确测量电阻的仪器。通用的惠斯通电桥电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流以及电流方向和大小。

当G无电流通过时，称电桥达到平衡。平衡时，四个臂的阻值满足一个简单的关系，利用这一关系就可测量电阻。这属于现有技术。即使电桥没有达到平衡，若知晓足够物理数据，根据G的指针偏转方向和偏转角度，仍然可以测量电阻。

惠斯通电桥是由四个电阻组成的电桥电路，这四个电阻分别叫做电桥的桥臂，惠斯通电桥利用电阻的变化来测量物理量的变化，单片机采集可变电阻两端的电压然后处理，就可以计算出相应的物理量的变化，是一种精度很高的测量方式。

所述惠斯通电桥：R1和R2串联作为一个支路，R3和R4串联作为另一个支路，这两个支路并联，还包括检流计，其特征是：R1、R2为能够获悉其阻值数值的可变电阻构成，R3和R4为本发明所述的压强传感器，R3和R4的两个接线端就是上述压强传感器的两个接线端。

R1和R2优选电阻箱，电阻箱是能够获悉电阻数值的可变电阻。

压强测量方法，其特征在于，所述压强测量方法基于本发明所述压强测量系统进行的，其步骤是：

第一步，让R3的感压膜4和第一流体接触，让R4的感压膜4和第二流体接触，这里的接触，指的是让R3感压膜4受到的压强和和第一流体自身的压强相同，R4感压膜4受到的压强和和第二流体自身的压强相同，

第二步，第一流体产生的压强导致R3的感压膜4形变，继而导致R3的气腔5发生形变，于是R3的阻值发生变化；当然，内部承装的球形导电颗粒3位置分布发生了变化。

第二流体产生的压强导致R4的感压膜4形变，继而导致R4的气腔5发生形变，于是R4的阻值发生变化；当然，内部承装的球形导电颗粒3位置分布发生了变化。

第三步，通过检流计指针的偏转方向以及偏转角度，获悉第一流体和第二流体的压强关系。

通常测量液体压强的传感器仅仅能测量液体的压强，而不能测量气体的压强；通常测量气体压强的传感器仅仅能测量气体的压强，而不能测量液体的压强。本发明不仅能测量气体的压强，而且能测量液体的压强，且R3测量液体压强的同时R4测量气体的压强。

在实际生产中，有时候，仅仅需要知晓两个流体之间的压强差，那么，本领域技术人员在看了本说明书以后，很容易通过设置R1和R2的阻值，然后获悉两个流体之间的压强差。

如果需要获悉一种流体的压强，那么可以把R3和待测流体接触，R4和已知压强的流体接触，就可以实现对待测流体的压强测量。

本领域技术人员应当知晓，为了获悉精确的数值，有必要的时候，可以把本发明和已知压强的流体比对，确定检流计指针的偏转角度，从而确定压强的数值。

本发明结构简单，用途广泛，能够测量液体、气体压强并且具有易于标定、测量精准的优点。

Claims (4)

1.压强传感器，包括无盖的长方体容器，其特征是：容器由绝缘材料制成，容器内设有一个弹性膜制成的气腔，气腔底部和容器底面固定连接，气腔向容器顶部拱起，气腔在容器底面居中设置，容器顶部设有由弹性材料制成的感压膜，球形导电颗粒填充于感压膜与气腔之间，容器的两个相对内表面贴敷导电层，两个接线端分别电性连接这两个导电层。

2.如权利要求1所述的压强传感器，其特征是：感压膜贴敷有弹性网，弹性网的位置居中设置，有两根以上的弹性绳连接弹性网和容器底面，且弹性绳相对于容器底面的中心对称设置。

3.压强测量系统，包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥：R1和R2串联作为一个支路，R3和R4串联作为另一个支路，这两个支路并联，还包括检流计，其特征是：R1、R2为能够获悉其阻值数值的可变电阻构成，R3和R4为权利要求1所述的压强传感器，R3和R4的两个接线端就是权利要求1所述的两个接线端。

4.压强测量方法，其特征在于，所述压强测量方法基于权利要求3所述的压强测量系统，其步骤是：

第一步，让R3的感压膜和第一流体接触，让R4的感压膜和第二流体接触，

第二步，第一流体产生的压强导致R3的感压膜形变，继而导致R3的气腔发生形变，于是R3的阻值发生变化；

第二流体产生的压强导致R4的感压膜形变，继而导致R4的气腔发生形变，于是R4的阻值发生变化；

第三步，通过检流计指针的偏转方向以及偏转角度，获悉第一流体和第二流体的压强关系。