CN201754114U - 一种低频宽电压输出范围的绝压传感器 - Google Patents

Abstract

一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，由引压嘴、敏感元件、外壳、导线、电路板和插座等部件组成。其特征在于外壳和引压嘴连接固定，插座固定在外壳顶部中间部位，引压嘴中部固定有敏感元件，电路板连接固定在引压嘴的顶部，电路板和敏感元件的电桥之间通过导线连接。该绝压传感器灵敏度高、结构简单巧妙，能够用于低频(含静态)的压力测量。

Description

一种低频宽电压输出范围的绝压传感器

技术领域

本实用新型涉及绝压传感器领域，具体涉及一种低频宽电压输出范围的绝压传感器。

背景技术

传统的用于压力参数测量的传感器有静压传感器和动压传感器两种，静压传感器多采用T型引压进气容腔，引压管会引起容腔效应，从而会大大降低传感器的动态响应特性，适于静态压力的测量。动压传感器多采取齐平式封装设计，即以敏感元件的平坦膜片一面直接感受介质压力，无引压进气道，这种结构的传感器动态响应好，适用于比较高频的动压信号的测量，但不能测量静压(0Hz)信号。这两种结构的传感器都不适用于低频(含静态)压力的测量。

发明内容

本实用新型的目的在于设计一种适用于低频(含静态)压力测量的绝压传感器。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，包括引压嘴、敏感元件、外壳、导线、电路板和插座；其中外壳和引压嘴连接固定，插座固定在外壳顶部中间部位，引压嘴中部固定有敏感元件，电路板连接固定在引压嘴的顶部，电路板和敏感元件的电桥之间通过导线连接。

进一步，上述一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其中，引压嘴的引压结构半径为12mm，长度为25mm。

进一步，上述一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其中，电路板上的电路设计为供电电源给恒流源电路、-5V零位调整电路和信号调理电路供电，恒流源给敏感元件提供1mA的电流，敏感元件输出的电压经信号调理电路放大、滤波，并经一5V零位调整后输出-5V～+5V的电压信号。

进一步，上述一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其中，传感器选用的敏感元件为MEAS86。

进一步，上述一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其中，恒流源电路设计为+15V的供电电压给电压基准源AD580的1管脚供电，AD580的3管脚与信号地连接，AD580的2管脚输出2.5V的基准电压，AD580的2管脚与1/4OP497运放的3管脚连接，1/4OP497运放的2管脚通过精密电阻R2与信号地连接，1/4OP497运放的2管脚还通过电桥与1/4OP497运放的1管脚连接。

进一步，上述一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其中，-5V零位输出的调整电路为-15V的供电电源通过一个电阻与电压基准源AD581的3管脚连接，3管脚输出-10V的电压基准，AD581的1、2管脚与信号地连接，AD581的3管脚通过R4、R3与信号地连接，取R3和R4间的电位Vr经R5接入后续的信号调理电路，利用该参考电路Vr实现传感器零位输出电压-5V的调整。

本实用新型的有益效果在于：(1)能够用于低频(0～100Hz，含静态)0.2MPa绝对压力的测量；(2)采用了宽口感压结构，一定程度上避免了容腔效应的影响；(3)-5V～5V的电压输出范围宽，灵敏度增大了一倍，一个大气压下输出在0V左右，便于进行功能检查；(4)恒流源电路设计思路简单巧妙，减少元器件数量的同时充分利用了变换电路运放的冗余。

附图说明

图1为绝压传感器的机械结构图。

图2为绝压传感器的电路原理图。

图3为绝压传感器的恒流源电路图。

图4为绝压传感器的-5V零位输出的调整电路。

图中，1-引压嘴，2-敏感元件，3-外壳，4-导线，5-电路板，6-插座。

具体实施方式

一种低频宽电压输出范围的绝压传感器的结构如图1所示，由引压嘴1、敏感元件2、外壳3、导线4、电路板5和插座6等部件组成。引压嘴1与外壳3连接部位的下部有环状凹槽B，外壳3的内侧与引压嘴1上部外侧紧密接触，通过在B处灌环氧胶的方法进行连接固定。引压嘴1的环状凹槽B的下部直径稍大，与之对应位置的外壳的下部有一台阶，二者相互配合，这种结构设计保证了引压嘴与外壳下部端面的齐平，引压嘴1与外壳3的连接结构牢固可靠且具有抗冲击和振动的能力。插座6通过螺钉连接固定在外壳3顶部中间部位，引压嘴1和敏感元件2在感压腔顶部的A处圆周采用电子束焊接的方法连接，电路板5通过4个螺钉固定在引压嘴1的上端面上，电路板5和敏感元件2的电桥之间通过4根导线连接。

电路板5上的电路设计原理如图2所示，供电电源给恒流源电路、-5V零位调整电路和信号调理电路供电，恒流源给敏感元件MEAS86提供1mA的电流，敏感元件输出的电压经信号调理电路放大、滤波，并经一5V零位调整后输出-5V～+5V的电压信号。信号调理电路采用仪用放大器的接法，其主要功能是对敏感元件电桥输出的信号进行放大滤波处理。

恒流源电路的电路如图3所示，+15V的供电电压给电压基准源AD580的1管脚供电，AD580的3管脚与信号地连接，AD580的2管脚输出2.5V的基准电压，AD580的2管脚与1/4OP497运放的3管脚连接，1/4OP497运放的2管脚通过2.5KΩ的精密电阻R2与信号地连接，1/4OP497运放的2管脚还通过电桥与1/4OP497运放的1管脚连接。1/4OP497运放的2、3管脚的输入端电压均为2.5V，通过在运放2管脚接R2，使得产生了1mA的电流，根据“虚断”的电路原理，流向传感器电桥的电流也是1mA。采用的运放为信号调理电路所用四运放OP497冗余的1/4个运放构成。

-5V零位输出的调整电路如图4所示，-15V的供电电源通过一个1.2KΩ的电阻R1与电压基准源AD581的3管脚连接，3管脚输出-10V的电压基准，AD581的1、2管脚与信号地连接，AD581的3管脚通过R4、R3与信号地连接，取R3和R4间的电位Vr经R5接入后续的信号调理电路，利用该参考电路Vr实现传感器零位输出电压-5V的调整。

工作时，引压嘴1将感受到的压力传递给敏感元件2，敏感元件的感压膜片发生弹性变形，该变形被敏感元件电桥的桥臂电阻感知，从而引起桥臂电阻阻值的变化，当电路中的恒流源给敏感元件电桥供电时，电桥桥臂阻值变化引起的差动输出电压信号就与压力的变化成正比。该差动信号量级一般在几十毫伏，经信号调理电路进行电压放大并经滤波处理后转换为-5V～+5V的电压输出。

本实施例设计的感压结构采用φ12mm的宽口引压结构，对于进气孔半径为R，长为L，并有一容积相当于为V的引压进气容腔的绝压传感器，其引压结构的自振频率为：

$f=\frac{\mathrm{CR}}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{LV}}}$

该自振频率与引压结构的半径成正比，与引压结构的长度成反比，经分析计算，设计引压结构的半径为12mm，引压结构的长度为25mm，根据《正弦压力法绝压传感器动态校准》(YK015-96)实际校验结果，其动态相应可达1KHz，满足了100Hz的测试要求。

以上实施例对本发明的具体实施作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，包括引压嘴(1)、敏感元件(2)、外壳(3)、导线(4)、电路板(5)和插座(6)，其特征在于外壳(3)和引压嘴(1)连接固定，插座(6)固定在外壳(3)顶部中间部位，引压嘴(1)中部固定有敏感元件(2)，电路板(5)连接固定在引压嘴(1)的顶部，电路板(5)和敏感元件(2)的电桥之间通过导线连接。

2.如权利要求1所述的一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其特征在于引压嘴(1)的引压结构半径为12mm，长度为25mm。

3.如权利要求1所述的一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其特征在于电路板(5)的电路设计为供电电源给恒流源电路、-5V零位调整电路和信号调理电路供电，恒流源给敏感元件提供1mA的电流，敏感元件输出的电压经信号调理电路放大、滤波，并经一5V零位调整后输出-5V～+5V的电压信号。

4.如权利要求3所述的一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其特征在于电路设计中使用的敏感元件为MEAS86。

5.如权利要求3所述的一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其特征在于电路设计中的恒流源电路为+15V的供电电压给电压基准源AD580的1管脚供电，AD580的3管脚与信号地连接，AD580的2管脚输出2.5V的基准电压，AD580的2管脚与1/4OP497运放的3管脚连接，1/4OP497运放的2管脚通过精密电阻R2与信号地连接，1/4OP497运放的2管脚还通过电桥与1/4OP497运放的1管脚连接。

6.如权利要求3所述的一种低频宽电压输出范围的绝压传感器，其特征在于电路设计中的-5V零位输出的调整电路为-15V的供电电源通过一个电阻与电压基准源AD581的3管脚连接，3管脚输出-10V的电压基准，AD581的1、2管脚与信号地连接，AD581的3管脚通过R4、R3与信号地连接，取R3和R4间的电位Vr经R5接入后续的信号调理电路。

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