CN111829715B - 基于电桥的压强传感器,压强测量系统以及压强测量方法 - Google Patents

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Abstract

基于电桥的压强传感器,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

基于电桥的压强传感器,压强测量系统以及压强测量方法
本分案申请的原案是发明申请,原案申请号是2019103251269,发明名称是压强传感器、压强测量系统以及压强测量方法,申请日是2019年4月22日。
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。
,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。
,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。
,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。
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 (2)

1.压强测量系统,其特征在于:采用的压强传感器包括无盖的长方体容器,容器由绝缘材料制成,容器内设有一个弹性膜制成的气腔,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,且填充满,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;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;所述系统包括惠斯通电桥,所述惠斯通电桥为: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, R1、R2为能够获悉其阻值数值的可变电阻构成,R3、R4的两个接线端就是所述压强传感器的两个接线端。
2.一种基于权利要求1所述的压强测量系统的压强测量方法,其特征在于,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。
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