CN111307343B - 一种消除压力传感器加速度效应和温度效应的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种消除压力传感器加速度效应和温度效应的装置,装置壳体内并列安装两个完全相同的压力传感器A和B。压力传感器B的敏感面与外壳中的盲孔相连，不与外界连通，压力传感器A的敏感面与传压孔相连，与外界连通，传压孔和盲孔中都涂有传压硅脂，压力传感器A受到压力、振动冲击和温度作用产生信号；压力传感器B受到振动冲击和温度作用产生信号；两传感器安装扭矩相同，采样频率一致，采样时间起点相同，故可将采集到两信号作差得到纯净的压力信号，这样消除了加速度效应引起的测量误差。本方法可以消除影响压力传感器测量结果的加速度效应和温度效应，得到准确理想的待测压力曲线。本装置设计简单，方法合理，结果精确，值得采用和推广。
Description
技术领域
本发明涉及压力测试技术领域，具体为一种消除压力传感器加速度效应和温度效应的装置。
背景技术
随着航空航天技术和武器工业、机器人工业的迅猛发展，现代工业对传感器的需求量非常巨大。在如今的测试领域，压力测试广泛存在。在高冲击、高温度、高电磁干扰的恶劣条件下测试压力时，由于压力传感器材料本身的质量属性(产生加速度效应)、热膨胀属性(产生温度效应)，都会对压力传感器的压电效应或压阻效应产生影响。因此在考虑压力测量的精度时，需要考虑消除压力传感器的加速度效应和温度效应等对压力传感器输出的影响。虽然提高压力传感器测量精度的方法和设计层出不穷，但大多数的校准方法都只能对测量结果进行或多或少的修正，无法从根本上消除多种环境力的强烈作用，就会导致测量误差增大。无论是在静态条件下还是动态条件下，如何消除压力传感器的加速度效应和温度效应等对压力传感器输出的影响，一直是国内外亟需攻克的难题。
一般的压力传感器都是基于传感器敏感材料的物理微小变形，产生电信号，并对电信号进行采集的原理来使用的。使敏感材料产生物理微小变形的载荷可能有压力、力、温度变化、加速度变化。而在测量压力的过程中，尤其是在测试武器系统的压力，如膛压、弹底压力等，传感器的外部载荷多是多种物理量同时作用在传感器上，想要得到纯真的压力信号比较难，因此，要考虑消除测试系统所处环境对压力传感器的影响。
传统的压力传感器加速度效应的修正方法：是在加速度效应实验中对测得的加速度和根据压力传感器测得的压力数据进行曲线拟合，得出加速度与加速度效应公式。这种修正方法也是采用曲线拟合对高冲击下的加速度效应进行加速度补偿。这种曲线拟合的修正方法不能直接测得待测压力，会产生误差。而且加速度效应实验中只能取有限的几个加速度环境进行实验，不能反映任意加速度下加速度效应对压力传感器的影响，导致压力传感器不能实时准确测量压力。
传统的压力传感器温度效应的修正方法：是模拟不同的温度环境，分别利用标准测压系统测得的平均压力曲线和被校准的多参数测试系统测试曲线压力上升沿数据得出被校准的测试系统的灵敏度。测压系统釆集的数据按静态校准的线性回归方程：yi＝ai+bix。其中，yi为该温度环境下某釆样点的压力，单位为兆帕(MPa)。ai为该温度环境的截距，单位为兆帕(MPa)；bi为该温度环境的灵敏度,单位为兆帕每LSB(MPa/LSB)；x某采样点的LSB值。采用直线回归的方法得出不同温度下的灵敏度ai和bi，再根据灵敏度对原始压力曲线进行补偿计算得到修正后的压力曲线。这种通过线性回归计算灵敏度的修正方法是一种数据估计，并不能直测得待测压力，所以会产生误差。而且在模拟不同的温度环境时只能有限次地模拟固定的环境温度，不能做到对实验过程中的温度变化实时采集记录，更不能在实时变化的环境温度下准确测得压力。
发明内容
为解决压力传感器的加速度效应和温度效应影响测量结果和解决现有的修正方法不能使测量结果曲线做到实时准确测量的问题，提出一种消除压力传感器加速度效应和温度效应的装置。其原理是把两个相同的压力传感器在同一种测试环境中，一个传感器A对压力、温度和加速度的复合环境力测试，而另一个传感器B仅对温度和加速度的环境力的测试，而不测压力。两个传感器放置在同一个测试仪中，采用相同的采样电路，这样就会得到两个传感器的测试结果，把传感器A的测试数据减去传感器B的测试数据，便只剩下压力测试数据。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种消除压力传感器加速度效应和温度效应的装置，包括壳体和壳体的上盖，壳体内底部设有与壳体一体结构的安装台体，安装台体上设置有两个传感器安装孔，传感器安装孔内分别都安装有压力传感器，两个压力传感器完全相同，壳体内有电路筒，电路筒内设置有双通道储存电路，两个压力传感器的信号线都连接到双通道储存电路中，壳体上还开有一个传压孔，传压孔与其中一个传感器安装孔连通使得该安装孔内的压力传感器敏感面与外界连通，与外界连通的压力传感器会受到压力、加速度和温度作用产生信号，另一个压力传感器只受到加速度和温度作用产生信号，将两个传感器的测试信号相差便可以消除掉测试过程中加速度效应和温度效应对结果产生的影响，得到理想的压力曲线。两压力传感器安装扭矩相同，采样频率一致，采样时间起点相同，故可将采集到两信号作差得到纯净的压力信号，这样消除了加速度效应和温度效应引起的测量误差。
优选的，安装台体上还设置有盲孔，盲孔与另一个传感器安装孔连通使得该安装孔内的压力传感器敏感面与盲孔相连，盲孔不与外界连通，使该传感器不感受外部压力，传压孔和盲孔中都涂有传压硅脂，硅脂起到传压作用，同时两压力传感器也都能感受到相同的温度作用。
优选的，双通道存储电路通过灌封胶固化在电路筒中，并和电路筒成一个整体，电路筒由橡胶缓冲结构包裹。电路筒外包裹的橡胶缓冲结构对电路起到保护作用。
优选的，安装台体上还设置有止转孔A，止转孔A为凹槽形状盲孔，壳体内设置有圆盘状隔板，隔板一侧设置有止转爪A，在止转爪A上设置止转孔B，该止转孔B为通孔，隔板在有止转爪A的一侧设置有藏线槽，藏线槽内开有两个通线孔，通线孔的孔距和壳体上的两个传感器安装孔的孔距一致，电路筒上设置有止转爪B和通线孔，隔板上的止转爪A与壳体上的止转孔A相连，电路筒上的止转爪B穿过橡胶缓冲结构插入到隔板上的止转孔B中，两个压力传感器的导线通过通线孔与双通道储存电路连接。这种设计可以防止隔板、橡胶缓冲结构和电路筒的旋转，进而防止扯断传感器与双通道储存电路之间的导线，起到对隔板和对电路的固定作用。
本发明提供一种消除压电式压力传感器的加速度效应和温度效应的装置，其设计简单，装置简易，测量准确，适合于实际中的压力测量，能够消除现有压电式压力传感器的加速度效应和温度效应对压力测试信号的测量影响，具有实用性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为壳体内安装台体结构示意图。
图3为隔板的结构示意图
图4为电路筒的结构示意图。
图中：1-壳体，2-隔板，3-通线孔，4-缓冲结构，5-上盖，6-双通道储存电路，7-电路筒，8-传压孔，9-压力传感器A，10-压力传感器B，11-盲孔，12-止转孔A，13-止转爪A，14-藏线槽，15-止转孔B，16-止转爪B。
具体实施方式
如图1所示，一种消除压力传感器加速度效应和温度效应的装置由壳体1、隔板2、通线孔3、缓冲结构4、上盖5、双通道储存电路6、电路筒7，传压孔8、压力传感器A9，压力传感器B10，盲孔11，止转孔A12，止转爪A13，藏线槽14,止转孔B15，止转爪B16组成。
a.所述的完全相同的压力传感器A9和压力传感器B10并列安装且同时连接到双通道储存电路6中，双通道储存电路6设置于电路筒7中，电路筒7外包裹的橡胶缓冲结构4对电路起到保护作用。壳体1和上盖5对内部的压力传感器和电路起到保护作用，压力传感器A9通过传压孔8与外界通过传压硅脂连通，压力传感器B10的安装孔前端是一盲孔11，盲孔中也涂有传压硅脂，不与外界连通。
b.所述的在安装传感器一端的安装台体上设有一传压孔8和一盲孔11同时还设有两个止转孔A12，止转孔A12与隔板2上的止转爪A13相连，电路筒7上的止转爪B16穿过橡胶缓冲结构插入到止转孔B15中，这种设计可以防止隔板2和电路筒7的旋转，进而防止双通道储存电路6发生旋转引起的传感器导线扯断，起到对隔板2和对电路的固定作用。
c.所述的隔板上设有藏线槽14，藏线槽14中开有两通线孔3。
d.所述的电路筒上设置有通线孔3和止转爪B16。
e.所述的压力传感器A通过传压孔8与外界空气连通，压力传感器B通过盲孔与壳体相连。这样压力传感器A会受到压力、加速度、温度等作用产生信号，压力传感器B只受到加速度、温度等作用产生信号，将两信号作差就可以消除掉测试过程中加速度效应和温度效应对结果产生的影响，得到理想的压力曲线。
f.所述的测量弹底压力时，测试装置随弹丸一起运动，采用的压力传感器为压电晶体式压力传感器，弹丸在膛内运动时，压力传感器A承受压力、温度与加速度作用产生信号；压力传感器B只承受加速度和温度作用，产生信号。两传感器安装扭矩相同，采样频率一致，采样时间起点相同，故可将采集到的信号A与信号B作差得到信号C，这样可以消除掉加速度效应引起的测量误差，信号C即为消除了加速度效应的压力信号。
Claims (3)
1.一种消除压力传感器加速度效应和温度效应的装置，其特征在于包括金属壳体（1）和壳体的上盖（5），壳体内底部设有与壳体一体结构的安装台体，安装台体上设置有两个传感器安装孔，传感器安装孔内分别都安装有压力传感器，两个压力传感器完全相同，壳体（1）内还装有电路筒（7），电路筒（7）内设置有双通道储存电路（6），两个压力传感器的信号线连接到双通道储存电路（6）中，壳体（1）底部开有一个传压孔（8），传压孔（8）与其中一个传感器安装孔连通，并使得该安装孔内的压力传感器敏感面与外界连通，安装台体上还设置有止转孔A（12），止转孔A为凹槽形状盲孔，壳体内设置有圆盘状隔板（2），隔板（2）一侧设置有止转爪A（13），在止转爪A（13）上设置止转孔B（15），该止转孔B（15）为通孔，隔板（2）在有止转爪A（13）的一侧设置有藏线槽（14），藏线槽内开有两个通线孔（3），通线孔（3）的孔距和壳体（1）上的两个传感器安装孔的孔距一致，电路筒（7）上设置有止转爪B（16）和通线孔（3），隔板（2）上的止转爪A（13）与壳体（1）上的止转孔A（12）相连，电路筒（7）上的止转爪B（16）穿过橡胶缓冲结构（4）插入到隔板（2）上的止转孔B（15）中，两个压力传感器的导线通过通线孔（3）与双通道储存电路（6）连接。
2.根据权利要求1所述的一种消除压力传感器加速度效应和温度效应的装置，其特征在于安装台体上还设置有盲孔（11），盲孔（11）与另一个传感器安装孔连通使得该安装孔内的压力传感器敏感面与盲孔（11）相连，传压孔（8）和盲孔（11）中都涂有传压硅脂。
3.根据权利要求2所述的一种消除压力传感器加速度效应和温度效应的装置，其特征在于双通道储存 电路（6）通过灌封胶固化在电路筒（7）中，并和电路筒（7）成一个整体，电路筒（7）由橡胶缓冲结构（4）包裹。
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