CN110857898A - 一种充油压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器技术领域，公开了一种充油压力传感器，所述充油压力传感器包括：收纳于密封空腔内的感测元件，所述感测元件用于检测压力和温度并输出表示所述压力大小的第一检测信号和表示所述温度大小的第二检测信号；以及与所述感测元件电连接的控制电路，所述控制电路包括：存储器；与所述存储器连接，用于输出分时控制信号的控制模块；以及与所述感测元件和所述控制模块连接，用于接收所述分时控制信号以使得所述控制模块分时接收所述第一检测信号和所述第二检测信号的开关模块。本发明设置有开关模块，利用感测元件检测温度，无需额外的温度传感器检测温度，具有检测精度高、电路简单、提供多种采样率的特点。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种充油压力传感器。
背景技术
充油压力传感器是将感压芯片封装在不锈钢腔体中，外加压力通过膜片、内部密封的硅油挤压感压芯片，把外界压力转变为能够被感知的模拟信号，同时外界物质不直接作用于感压芯片，因此该产品可以应用于各种场合，包括恶劣的腐蚀性介质环境。而对充油压力传感器进行温度和线性补偿，是保证传感器精度的必不可少的手段。
现有的充油压力传感器都是利用温度传感器来进行温度采样，然而，由于温度采样的传感器都是来自专用集成电路的内部，而这个专用集成电路是安装在PCB(PrintedCircuit Board，印制电路板)上。但是，感应压力的感测元件直接接触硅油，直接感应温度的变化，当感测元件的温度到达某一温度时，PCB由于没有同感测元件和硅油直接接触，集成电路的温度传感器没有有效的感应到此刻的温度，温度反应相对滞后。这样对补偿而言，在相应的温度点，传感器没有得到完全精确的补偿。不能完全反应当时的外界压力环境状态。
因此，传统的数字充油压力传感器存在温度采样滞后、检测精度低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充油压力传感器，旨在解决传统的数字充油压力传感器存在的温度采样滞后、检测精度低的问题。
一种充油压力传感器，包括：具有一密封设置空腔的金属基座，所述空腔内填充有油液；收纳于所述空腔内的感测元件，所述感测元件用于检测压力和温度并输出表示所述压力大小的第一检测信号和表示所述温度大小的第二检测信号；以及与所述感测元件电连接的控制电路，所述控制电路包括：用于存储计算常数的存储器；与所述存储器连接，用于输出分时控制信号并根据所述第一检测信号、所述第二检测信号和预定的所述计算常数得到并输出压力和温度检测结果的控制模块；以及与所述感测元件和所述控制模块连接，用于接收所述分时控制信号以使得所述控制模块分时接收所述第一检测信号和所述第二检测信号的开关模块。
在其中一个实施例中，所述存储器存储压力计算常数和温度计算常数。
在其中一个实施例中，所述存储器用于存储用户信息。
在其中一个实施例中，所述控制电路还包括：与所述开关模块连接，用于将所述第一检测信号和所述第二检测信号放大后输出的放大模块；与所述放大模块连接，用于对放大后的所述第一检测信号和所述第二检测信号进行采样的采样模块；与所述采样模块和所述控制模块连接，用于滤波的滤波模块。
在其中一个实施例中，所述感测元件包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；所述第一电阻和所述第二电阻的公共连接端作为所述感测元件的第一输出端，所述第一输出端接工作电源，所述第二电阻和所述第三电阻的公共连接端作为所述感测元件的第二输出端，所述第三电阻和所述第四电阻的公共连接端作为所述感测元件的第三输出端，所述第三输出端接信号地，所述第四电阻和所述第一电阻的公共连接端作为所述感测元件的第四输出端。
在其中一个实施例中，所述开关模块包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；所述第五电阻、所述第一开关和所述第二开关依次串联后并联在所述第二电阻的两端，所述第五电阻和所述第一开关的公共连接端通过所述第六电阻接所述信号地，所述第一开关和所述第二开关的公共连接端作为所述开关模块的第一输出端，所述第七电阻、所述第三开关和所述第四开关依次串联后并联在所述第四电阻的两端，所述第七电阻和所述第三开关的公共连接端通过所述第八电阻接所述信号地，所述第三开关和所述第四开关的公共连接端作为所述开关模块的第二输出端，所述第五开关的第一端连接所述第三电阻和所述第四电阻的公共连接端，所述第五开关的第二端接地。
在其中一个实施例中，在所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关闭合且所述第一开关和所述第三开关断开时，所述控制电路接收并处理所述感测元件的所述第二输出端和所述第四输出端输出的所述第一检测信号，以获得被测的压力信号。
在其中一个实施例中，在所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关断开时，所述控制电路接收并处理所述感测元件的所述第一输出端和所述第三输出端输出的所述第二检测信号，以获得所述空腔内油液的温度信号。
在其中一个实施例中，还包括：设置在所述金属基座的一端且与所述金属基座的一端密封连接的密封部件；以及设置在所述金属基座的另一端且与所述金属基座的另一端密封连接的金属膜片。
在其中一个实施例中，所述密封部件上密封设置有第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔，所述感测元件的第一输出端穿过所述第一过孔与所述开关模块连接，所述感测元件的第二输出端穿过所述第二过孔与所述开关模块连接，所述感测元件的第三输出端穿过所述第三过孔与所述开关模块连接，所述感测元件的第四输出端穿过所述第四过孔与所述开关模块连接。
在其中一个实施例中，还包括：第一连接端子、第二连接端子、第三连接端子和第四连接端子；所述第一连接端子、所述第二连接端子、所述第三连接端子、和所述第四连接端子分别固定支撑在所述密封部件上，并且相互绝缘设置；所述第一连接端子、所述第二连接端子、所述第三连接端子、和所述第四连接端子将所述感测元件与所述控制电路电连接。
在其中一个实施例中，所述感测元件为硅压芯片，所述硅压芯片与所述空腔内油液直接接触。
在其中一个实施例中，所述控制电路输出的检测结果为数字信号。
在其中一个实施例中，还包括：与所述感测元件电连接的PCB板，所述PCB板固定设置在所述金属基座上；所述控制电路设置在所述PCB板上。
在其中一个实施例中，所述控制模块与所述开关模块集成于一控制处理芯片中，所述控制处理芯片与所述存储器分开设置于所述PCB板上。
在其中一个实施例中，所述存储器相对所述控制处理芯片呈外置设置，以供更改所述计算常数。
上述的充油压力传感器，利用感测元件自身电阻会根据温度的变化而变化的特性，通过感测元件同时检测压力值和感测元件所处环境的温度值，控制模块输出分时控制信号，通过增加一开关模块接收分时控制信号，从而使得用于表示压力大小的第一检测信号和用于表示温度大小的第二检测信号分时输入到控制模块，控制模块根据第一检测信号、第二检测信号以及存储器中存储的计算常数，得出检测结果，该检测结果反映传感器经过温度补偿后的输出的压力的大小，测量精确，且通过感测元件来检测温度大小，无需额外设置温度传感器检测温度，检测温度大小是用于传感器的温度补偿，且通过感测元件的内部参数进行温度采样，温度采样具有实时性，因此补偿更迅速和有效。本发明具有检测精度高、电路简单、提供多种采样率的特点。
附图说明
图1为本发明实施例充油压力传感器的结构示意图。
图2为本发明实施例充油压力传感器的电路模块图。
图3为图2所示的充油压力传感器的感测元件和开关模块的示例电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图3，本发明的较佳实施例中充油压力传感器包括：具有一密封设置空腔的金属基座10，空腔内填充有油液；收纳于空腔内的感测元件40，感测元件40用于检测压力和温度并输出表示压力大小的第一检测信号和表示温度大小的第二检测信号；以及与感测元件40电连接的控制电路。
其中，控制电路包括：存储器70、控制模块601和开关模块602。存储器70用于存储计算常数；控制模块601与存储器70连接，用于输出分时控制信号并根据第一检测信号、第二检测信号和预定的计算常数得到并输出压力和温度检测结果；开关模块602与感测元件40和控制模块601连接，用于接收分时控制信号以使得控制模块601分时接收第一检测信号和第二检测信号。
在本实施例中，感测元件40为硅压芯片，硅压芯片与空腔内油液直接接触；控制电路输出的检测结果为数字信号；油液为硅油；计算常数包括压力计算常数和温度计算常数；存储器70还存储有充油压力传感器的量程、批号、序列号、生产信息以及出厂初始值信息等，可以供用户使用，在不改动硬件结构的情况下，给补偿算法的更新提供了可能，为返工再校准提供了方便，减少了报废率，用户也可以利用存储器70存储实时数据，以便于离线分析。
如图1所示，充油压力传感器还包括：设置在金属基座10的一端且与金属基座10的一端密封连接的密封部件20；以及设置在金属基座10的另一端且与金属基座10的另一端密封连接的金属膜片30。
其中，密封部件20上密封设置有密封部件20上密封设置有第一过孔901、第二过孔902、第三过孔903和第四过孔904。感测元件40的第一输出端穿过第一过孔901与第一开关连接，感测元件40的第二输出端穿过第二过孔902与第二开关连接，感测元件40的第三输出端穿过第三过孔903与第三开关连接，感测元件40的第四输出端穿过第四过孔904与第四开关连接。
进一步地，充油压力传感器还包括：第一连接端子801、第二连接端子802、第三连接端子803和第四连接端子804；第一连接端子801、第二连接端子802、第三连接端子803、和第四连接端子804分别固定支撑在密封部件20上，并且相互绝缘设置；第一连接端子801、第二连接端子802、第三连接端子803、和第四连接端子804将感测元件40与控制电路电连接。
进一步地，充油压力传感器还包括：与所述感测元件40电连接的PCB板50，PCB板50固定设置在所述金属基座10上；控制电路设置在PCB板50上。
进一步地，控制模块601与开关模块602集成于一控制处理芯片中60，控制处理芯片60与存储器70分开设置于PCB板50上。存储器70相对控制处理芯片60呈外置设置，以供更改所述计算常数。
如图2所示，控制电路还包括：放大模块603、采样模块604和滤波模块605。放大模块603与开关模块602连接，用于将第一检测信号和第二检测信号放大后输出；采样模块604与放大模块603连接，用于对放大后的第一检测信号和第二检测信号进行采样；滤波模块605与采样模块604和控制模块601连接，用于滤波。其中，放大模块603包括放大器。放大模块603、采样模块604和滤波模块605依次串联在开关模块602的输出端和控制模块601的输入端之间。本实施例中，加入更高的模数采样，达到24位压力采样，提供了更高的分辨率和解析度，且提供了多种采样率，用户可以根据需要选择不同的采样率进行采样。
如图3所示，感测元件40包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4；第一电阻R1和第二电阻R2的公共连接端作为感测元件40的第一输出端，感测元件40的第一输出端接工作电源VDD，第二电阻R2和第三电阻R3的公共连接端作为感测元件40的第二输出端，第三电阻R3和第四电阻R4的公共连接端作为感测元件40的第三输出端，感测元件40的第三输出端接信号地GND，第四电阻R4和第一电阻R1的公共连接端作为感测元件40的第四输出端。
开关模块602包括：第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3、第四开关K4、第五开关K5、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；第五电阻R5、第一开关K1和第二开关K2依次串联后并联在第二电阻R2的两端，第五电阻R5和第一开关K1的公共连接端通过第六电阻R6接信号地GND，第一开关K1和第二开关K2的公共连接端作为开关模块602的第一输出端，第七电阻R7、第三开关K3和第四开关K4依次串联后并联在第四电阻R4的两端，第七电阻R7和第三开关K3的公共连接端通过第八电阻R8接信号地GND，第三开关K3和第四开关K4的公共连接端作为开关模块602的第二输出端，第五开关K5的第一端连接第三电阻R3和第四电阻R4的公共连接端，第五开关K5的第二端接地。
在第二开关K2、第四开关K4和第五开关K5闭合且第一开关K1和第三开关K3断开时，感测元件40中的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4组成惠斯特电桥，控制电路接收并处理感测元件40的第二输出端和感测元件40的第四输出端输出的第一检测信号，以获得被测的压力信号。
在第一开关K1和第三开关K3闭合且第二开关K2、第四开关K4和第五开关K5断开时，感测元件40中的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4可以看成是一个并联的电阻，它与第七电阻R7串联组成一个桥臂，再与第五电阻R5、第六电阻R6和第八电阻R8组成一个惠斯特电桥，控制电路接收并处理感测元件40的第一输出端和感测元件40的第三输出端输出的第二检测信号，以获得所述空腔内油液的温度信号。
下面结合图1至图3来说明本发明充油压力传感器的工作原理：
本发明的充油压力传感器，一方面，被测压力通过金属膜片30依次传递到硅油和感测元件40上，另一方面，感测元件40的桥臂会根据当前所处环境的温度的变化而变化；因此，利用感测元件40可以同时检测被压压力值和感测元件40所处环境的温度值。控制模块601输出分时控制信号，通过增加一开关模块602接收分时控制信号，从而使得用于表示压力大小的第一检测信号和用于表示温度大小的第二检测信号分时输出。
当检测压力时，第二开关K2、第四开关K4和第五开关K5闭合且第一开关K1和第三开关K3断开，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4组成惠斯特电桥，控制电路接收并处理感测元件40的第二输出端和感测元件40的第四输出端输出的第一检测信号，以获得被测的压力信号。
当检测温度时，第一开关K1和第三开关K3闭合且第二开关K2、第四开关K4和第五开关K5断开，感测元件40中的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4可以看成是一个并联的电阻，它与第七电阻R7串联组成一个桥臂，再与第五电阻R5、第六电阻R6和第八电阻R8组成一个惠斯特电桥，控制电路接收并处理感测元件40的第一输出端和感测元件40的第三输出端输出的第二检测信号，以获得所述空腔内油液的温度信号。
存储器70中存储有计算常数，根据第一检测信号、第二检测信号以及存储器70中存储的计算常数，可以得出检测结果，该检测结果反映传感器经过温度补偿后的输出的压力的大小，测量精确。由于本发明数字输出充油传感器是利用感测元件40自身电阻会根据温度的变化而变化的特性来检测用于传感器的温度补偿的温度的大小的，因此相较于现有的数字输出充油传感器而言，本发明数字输出充油传感器无需额外设置温度传感器检测温度，电路结构更简单。且传统的数字输出充油传感器将温度传感器设置在PCB板50上，而感测元件40和PCB板50在相同时刻的温度可能会出现不一致的情况，导致传感器没有得到完全精确的补偿，而通过感测元件40的内部参数进行温度采样，温度采样具有实时性，因此补偿更迅速和有效。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种充油压力传感器，其特征在于，包括：
具有一密封设置空腔的金属基座，所述空腔内填充有油液；
收纳于所述空腔内的感测元件，所述感测元件用于检测压力和温度并输出表示所述压力大小的第一检测信号和表示所述温度大小的第二检测信号；以及
与所述感测元件电连接的控制电路，所述控制电路包括：
用于存储计算常数的存储器；
与所述存储器连接，用于输出分时控制信号并根据所述第一检测信号、所述第二检测信号和预定的所述计算常数得到并输出压力和温度检测结果的控制模块；以及
与所述感测元件和所述控制模块连接，用于接收所述分时控制信号以使得所述控制模块分时接收所述第一检测信号和所述第二检测信号的开关模块。
2.如权利要求1所述的充油压力传感器，其特征在于，所述存储器存储压力计算常数和温度计算常数。
3.如权利要求1所述的充油压力传感器，其特征在于，所述存储器用于存储用户信息。
4.如权利要求1所述的充油压力传感器，其特征在于，所述控制电路还包括：
与所述开关模块连接，用于将所述第一检测信号和所述第二检测信号放大后输出的放大模块；
与所述放大模块连接，用于对放大后的所述第一检测信号和所述第二检测信号进行采样的采样模块；
与所述采样模块和所述控制模块连接，用于滤波的滤波模块。
5.如权利要求1所述的充油压力传感器，其特征在于，所述感测元件包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；
所述第一电阻和所述第二电阻的公共连接端作为所述感测元件的第一输出端，所述第一输出端接工作电源，所述第二电阻和所述第三电阻的公共连接端作为所述感测元件的第二输出端，所述第三电阻和所述第四电阻的公共连接端作为所述感测元件的第三输出端，所述第三输出端接信号地，所述第四电阻和所述第一电阻的公共连接端作为所述感测元件的第四输出端。
6.如权利要求5所述的充油压力传感器，其特征在于，所述开关模块包括：第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第五电阻、第六电阻、第七电阻和第八电阻；
所述第五电阻、所述第一开关和所述第二开关依次串联后并联在所述第二电阻的两端，所述第五电阻和所述第一开关的公共连接端通过所述第六电阻接所述信号地，所述第一开关和所述第二开关的公共连接端作为所述开关模块的第一输出端，所述第七电阻、所述第三开关和所述第四开关依次串联后并联在所述第四电阻的两端，所述第七电阻和所述第三开关的公共连接端通过所述第八电阻接所述信号地，所述第三开关和所述第四开关的公共连接端作为所述开关模块的第二输出端，所述第五开关的第一端连接所述第三电阻和所述第四电阻的公共连接端，所述第五开关的第二端接地。
7.如权利要求6所述的充油压力传感器，其特征在于，在所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关闭合且所述第一开关和所述第三开关断开时，所述控制电路接收并处理所述感测元件的所述第二输出端和所述第四输出端输出的所述第一检测信号，以获得被测的压力信号。
8.如权利要求6所述的充油压力传感器，其特征在于，在所述第一开关和所述第三开关闭合且所述第二开关、所述第四开关和所述第五开关断开时，所述控制电路接收并处理所述感测元件的所述第一输出端和所述第三输出端输出的所述第二检测信号，以获得所述空腔内油液的温度信号。
9.如权利要求1所述的充油压力传感器，其特征在于，还包括：
设置在所述金属基座的一端且与所述金属基座的一端密封连接的密封部件；以及
设置在所述金属基座的另一端且与所述金属基座的另一端密封连接的金属膜片。
10.如权利要求9所述的充油压力传感器，其特征在于，所述密封部件上密封设置有第一过孔、第二过孔、第三过孔和第四过孔，所述感测元件的第一输出端穿过所述第一过孔与所述开关模块连接，所述感测元件的第二输出端穿过所述第二过孔与所述开关模块连接，所述感测元件的第三输出端穿过所述第三过孔与所述开关模块连接，所述感测元件的第四输出端穿过所述第四过孔与所述开关模块连接。
11.如权利要求9所述的充油压力传感器，其特征在于，还包括：第一连接端子、第二连接端子、第三连接端子和第四连接端子；
所述第一连接端子、所述第二连接端子、所述第三连接端子、和所述第四连接端子分别固定支撑在所述密封部件上，并且相互绝缘设置；
所述第一连接端子、所述第二连接端子、所述第三连接端子、和所述第四连接端子将所述感测元件与所述控制电路电连接。
12.如权利要求1所述的充油压力传感器，其特征在于，所述感测元件为硅压芯片，所述硅压芯片与所述空腔内油液直接接触。
13.如权利要求1所述的充油压力传感器，其特征在于，所述控制电路输出的检测结果为数字信号。
14.如权利要求1至13中任一项所述的充油压力传感器，其特征在于，还包括：
与所述感测元件电连接的PCB板，所述PCB板固定设置在所述金属基座上；
所述控制电路设置在所述PCB板上。
15.如权利要求14所述的充油压力传感器，其特征在于，所述控制模块与所述开关模块集成于一控制处理芯片中，所述控制处理芯片与所述存储器分开设置于所述PCB板上。
16.如权利要求15所述的充油压力传感器，其特征在于，所述存储器相对所述控制处理芯片呈外置设置，以供更改所述计算常数。
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