CN110261013A - 输出电压信号的压力传感器及组装方法 - Google Patents

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黄宝民
齐安
陈玉伟
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Abstract

本发明涉及输出电压信号的压力传感器，其包括四芯航空接插件、不锈钢壳体、薄膜压力传感器及传感器放大转换电路。传感器的放大转换电路与压力敏感元件通过四根直径为1mm的镀银铜导线焊接在一起形成机电一体化结构，压力敏感元件输出的mV级信号经放大电路放大后连接到4芯航空接插件上，由四芯航空接插件输出传感器的电压信号。本发明设计合理、结构紧凑且使用方便。

Description

输出电压信号的压力传感器及组装方法
技术领域
本发明涉及输出电压信号的压力传感器及组装方法。
背景技术
压力传感器是工业过程、石油、化工、电力、气象等各领域应用广泛的测量仪表，受敏感材料及工艺技术的限制，大部分电桥（电阻）输出型的传感器，特别是金属薄膜类压力传感器的体积很难做小，加上传感器机械结构和转换放大电路组成一体化的变送器往往体积做得较大，在某些特殊场所传感器可以安装的空间较小时，以往的传感器就无法胜任，给用户带来不便。
以往的压力传感器都是采用10V~15V的正负电源供电，传感器的功耗较大，电路的安全性也较差，一旦电源极性接错就可能会带来放大电路的损坏，且传感器的零位及满度都是采用电位器或固定电阻来调试，电路的稳定性难以保证，由此也带来传感器的测量精度不高。
现有的压力传感器结构体积大，用户安装使用时受限，传感器放大转换电路的零位及满度均采用模拟调试的方法，容易产生输出信号的漂移，保证不了压力传感器的测量精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种输出电压信号的压力传感器。本发明针对现有的压力传感器，特别是金属薄膜压力传感器的体积难以做小、放大转换电路的零位满度采用模拟调试带来测量精度低、稳定性差的问题，提供一种低电压供电、放大电路与压力敏感元件一体化的、数字调试零位满度的机电一体化压力传感器。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
本发明的一种输出电压信号的压力传感器，具体包括四芯航空接插件、不锈钢壳体、薄膜压力传感器及传感器放大转换电路。
传感器的放大转换电路与压力敏感元件通过四根直径为1mm的镀银铜导线焊接在一起形成机电一体化结构，压力敏感元件输出的mV级信号经放大电路放大后连接到4芯航空接插件上，由四芯航空接插件输出传感器的电压信号。
放大电路原理：压力传感器放大电路原理如附图2所示。压力敏感元件受到外界的压力（液体或气体），压力敏感元件上的压阻电桥失去平衡输出与压力大小相关的mV级电压信号，该信号送入可编程放大器U2，按照要求对传感器的零位及满度进行调试就可得到所需要的输出电压信号幅度。
本发明的有益效果在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。
附图说明
图1是本发明机械的结构示意图。
图2是本发明电路的结构示意图。
具体实施方式
如图1-2，本发明所采用的具体方案为：
一种输出电压信号的压力传感器，包括四芯航空接插件1、壳体2、连接导线3、放大电路板4、镀银铜导线5、压力敏感元件6及带有连接螺纹的基座7。
四芯航空接插件1设置在壳体2顶部且用于信号连接，连接导线3连接四芯航空接插件1与放大电路板4，镀银铜导线5在放大电路板4与压力敏感元件6之间，基座7通过螺纹与壳体2连接，压力敏感元件6设置在基座7上，在基座7上设置有与压力敏感元件6下表面对应的中空通道；
外壳采用304不锈钢材料，压力敏感元件采用金属薄膜材料的，供电电源采用基准稳压源。
压力传感器的组装方法，首先，将压力敏感元件安装在基座上，将连接导线下端与放大电路板连接；然后，将四根镀银铜导线焊接在压力敏感元件上；其次，放大电路板焊接在镀银铜导线上；再次，将带有内螺纹的壳体拧紧到带有外螺纹的基座上；紧接着，将连接导线焊接到四芯航空接插件的引脚上；最后，用螺钉将四芯航空接插件固定到壳体的顶部。
放大转换电路包括压力敏感元件、基准稳压源U1及可编程放大器U2；其特征在于，基准稳压源U1的1a端接电源Vs后通过电容C1与GND相连，基准稳压源U1的2a端接GND，基准稳压源的3a端VR与压阻电桥的V+相连，压力敏感元件的V-与GND相连，压力敏感元件的输出端VO+和VO-（可不区别正负）与可编程放大器U2的Vin1和Vin2相连（可随意连接）；可编程放大器U2的1脚与4脚相连后再与与Vs相连，可编程放大器U2的2脚与10脚相连，可编程放大器U2的3脚与GND相连，可编程放大器U2的7脚通过电容C2后与9脚相连，可编程放大器U2的8脚通过电阻R1与9脚相连，可编程放大器U2的9脚通过R1后与输出端VOUT相连，VOUT通过电容C3与GND相连。
放大电路包括基准稳压源U1（FEF3140）及可编程放大器U2（PGA308）如附图所示，通过设置可编程放大器的零位及满度在一定范围内的数值，通过监测可编程放大器的输出电压就可以调试出所需要的输出信号。
实例：机电一体化的压力传感器
一种输出电压信号的压力传感器，具体应用于机电一体化的压力传感器。压力敏感元件采用金属薄膜材料的芯片，压力的测量范围为0~20MPa，供电电源VS为+5V，电桥激励电源为4.096V，要求输出信号为0.1V~4.9V，组装调试后得到如下的测试结果：
从上述测试数据可以看出，机电一体化的压力传感器的测量精度较高，其误差小于0.1%FS。
本发明克服了现有的压力传感器结构体积大，用户安装使用时受限的问题，做成的传感器体积小；采用数字调试零位满度的方法避免了传感器放大转换电路的的信号漂移，保证了传感器的测量精度。
本发明设计合理、成本低廉、结实耐用、安全可靠、操作简单、省时省力、节约资金、结构紧凑且使用方便。
本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。
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；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。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实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种输出电压信号的压力传感器，其特征在于：包括四芯航空接插件、壳体、连接导线、放大电路板、镀银铜导线、压力敏感元件及带有连接螺纹的基座。
四芯航空接插件设置在壳体顶部且用于信号连接，连接导线连接四芯航空接插件与放大电路板，镀银铜导线在放大电路板与压力敏感元件之间，基座通过螺纹与壳体连接，压力敏感元件设置在基座上，在基座上设置有与压力敏感元件下表面对应的中空通道。
2.根据权利要求1所述的输出电压信号的压力传感器，其特征在于: 外壳采用304不锈钢材料，压力敏感元件采用金属薄膜材料的，供电电源采用基准稳压源。
3.根据权利要求2所述的输出电压信号的压力传感器，其特征在于: 放大转换电路包括压力敏感元件、基准稳压源U1及可编程放大器U2；
基准稳压源U1的1a端接电源Vs后通过电容C1与GND相连，基准稳压源U1的2a端接GND，基准稳压源的3a端VR与压阻电桥的V+相连，压力敏感元件的V-与GND相连，压力敏感元件的输出端VO+和VO-与可编程放大器U2的Vin1和Vin2相连；可编程放大器U2的1脚与4脚相连后再与与Vs相连，可编程放大器U2的2脚与10脚相连，可编程放大器U2的3脚与GND相连，可编程放大器U2的7脚通过电容C2后与9脚相连，可编程放大器U2的8脚通过电阻R1与9脚相连，可编程放大器U2的9脚通过R1后与输出端VOUT相连，VOUT通过电容C3与GND相连。
4.压力传感器的组装方法，首先，将压力敏感元件安装在基座上，将连接导线下端与放大电路板连接；然后，将四根镀银铜导线焊接在压力敏感元件上；其次，放大电路板焊接在镀银铜导线上；再次，将带有内螺纹的壳体拧紧到带有外螺纹的基座上；紧接着，将连接导线焊接到四芯航空接插件的引脚上；最后，用螺钉将四芯航空接插件固定到壳体的顶部。
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