CN206095474U - 一种矿用本质安全型薄膜压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矿用本质安全型薄膜压力传感器，包括一个内装电连接器的外壳和一个上部插装入外壳内的压力接口座，压力接口座上端焊有薄膜压力敏感芯体，在压力接口座底部设有连接至薄膜压力敏感芯体内腔的油孔，薄膜压力敏感芯体的表面采用离子磁控溅射方法制作有应变电阻，在外壳内设置有信号调理电路板和信号转接电路板，其中信号转接电路板的输入信号端通过硅铝丝与薄膜压力敏感芯体表面的应变电阻连接，信号转接电路板的输出信号端与信号调理电路板的输入信号端连接，信号调理电路板的输出信号通过导线连接至电连接器。本实用新型产品具有测量精度高、温度特性好、抗震动冲击、抗电磁干扰以及频响特性优异的优点。

Description

一种矿用本质安全型薄膜压力传感器

技术领域

本实用新型内容属于电子感测衡器技术领域，涉及一种矿用本质安全型薄膜压力传感器，产品主要用于煤矿井下作业对测量精度要求较高的煤机压力设备以及矿山和井下压力伺服系统。

背景技术

压力传感器是将被测量的物理压力信号转换成便于测试的电信号并以一定电压或者电流形式输出的装置，矿用压力传感器主要用于矿山或者矿井设备压力伺服机构的压力测量。传统的矿用压力传感器多为贴片式或压阻式压力传感器，其中贴片式压力传感器受工艺所限制，存在有体积较大、测量误差及蠕变均较大的不足；压阻式压力传感器由于其通常温度特性很不稳定，致使传感器对测量温度的误差较大，而且受工艺限制，压阻式压力传感器的量程也很难做大。此外，现有技术无论是贴片式压力传感器或压阻式压力传感器，都还存在有温度特性不好、抗震动抗冲击能力不强、抗电磁干扰能力较弱等缺陷。鉴于矿用压力测量环境复杂恶劣，而且随着现代技术的发展，矿用测试系统对压力测量的精度和可靠性也提出了更高要求，传统的贴片式和压阻式压力传感器已经无法满足测试要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种结构合理、使用方便、测量精度高、温度特性好、抗震动冲击、抗电磁干扰以及频响特性优异的矿用本质安全型薄膜压力传感器。

为实现以上发明目的而采用的技术解决方案如下所述。

一种矿用本质安全型薄膜压力传感器，包括一个内装有电连接器的外壳和一个上部插装入外壳内的压力接口座，压力接口座上端焊有一个带内腔的薄膜压力敏感芯体，在压力接口座底部设有连接至薄膜压力敏感芯体内腔的油孔，薄膜压力敏感芯体的表面采用离子磁控溅射方法制作有应变电阻，在外壳内按上下位设置有一块信号调理电路板和一块信号转接电路板，其中信号转接电路板的输入信号端通过硅铝丝与薄膜压力敏感芯体表面的应变电阻连接，信号转接电路板的输出信号端与信号调理电路板的输入信号端连接，信号调理电路板的输出信号通过导线连接至电连接器。

上述矿用本质安全型薄膜压力传感器中，薄膜压力敏感芯体是在不锈钢基底上采用离子磁控溅射技术形成一层金属膜电阻组成的电桥,薄膜压力敏感芯体通过硅铝丝连接到转接板上组成惠斯通电桥。

上述矿用本质安全型薄膜压力传感器中，信号调理电路板和信号转接电路板上的电路均为本质安全型电路，两板的爬电距离大于0.7mm，并与外壳绝缘。

上述矿用本质安全型薄膜压力传感器中，在外壳中沿内向同轴套装有一个绝缘保护罩和一个电路板支架，信号调理电路板和信号转接电路板通过电路板支架设置在压力接口座上方。

上述矿用本质安全型薄膜压力传感器中，绝缘保护罩通过激光焊接在压力接口座上，外壳内腔中灌充有密封胶。

上述矿用本质安全型薄膜压力传感器中，压力接口座的机械接口为DN10快插接口，在接口侧部设有O型橡胶密封圈和聚四氟乙烯密封圈。

上述矿用本质安全型薄膜压力传感器中，外壳通过激光焊接在压力接口座上，电连接器通过挡板和销轴固定在外壳中。

上述矿用本质安全型薄膜压力传感器中，电连接器采用最小电气间隙大于3㎜的SKK24型电连接器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型所述压力传感器的薄膜压力敏感芯体采用离子磁控溅射工艺制作，输出稳定性、测量精度高(≤0.15％)、耐高温、抗振动冲击能力强、频率响应速率高；

二、本实用新型所述压力传感器使用信号调理电路对薄膜压力敏感芯体进行数字化温度补偿和输出校准，传感器测量精度高，温度特性佳，输出一致性好，便于批量化生产；

三、本实用新型所述压力传感器使用的电子元器件均选用宽温区器件，因此传感器的工作温度范围宽(-45℃～+125℃)；

四、本实用新型压力传感器采用全不锈钢金属外壳设计，所有焊缝采用激光焊接，可以屏蔽大部分电磁干扰信号，传感器内部腔体灌胶处理，接口处使用胶体密封，传感器防水特性好，传感器信号调理电路输入输出部分均设计有滤波电路，所以本实用新型的抗电磁干扰能力强；

五、本实用新型的外壳采用隔爆设计，传感器信号电路采用本安设计，电连接器使用矿用专用SKK24型电连接器，传感器内部设计有电路板和薄膜芯体保护罩，传感器内部腔体灌胶处理，传感器符合本质安全型国标要求，其本安参数为：输入电压Ui：12.9V，本安电流Ii：65.0mA，输入电容Ci：0.2μF，输入电感Li：0μH。

六、本实用新型的结构设计可靠性强，其关键焊缝采用激光焊接，传感器抗震动冲击能力强、安装方便、抗过载能力强。

附图说明

图1是本实用新型一个具体实例的结构示意图。

图2是本实用新型中压力传感器信号调理电路的原理图。

附图中各数字标记的名称分别是：1－油孔,2－O型橡胶密封圈，3－聚四氟乙烯密封圈，4－压力接口座，5－电路板支架，6－绝缘保护罩，7－薄膜压力敏感芯体，8－外壳，9－挡板，10－电连接器，11－轴销，12－信号调理电路板，13－信号转接电路板。

具体实施方式

参见附图，本实用新型所述的矿用本质安全型薄膜压力传感器由外壳8、压力接口座4、薄膜压力敏感芯体7、信号调理电路板12、信号转接电路板13、绝缘保护罩6、电连接器10等部分组成。压力接口座4的上部插装入外壳8内，压力接口座4的机械接口为DN10快插接口，在接口侧部设有O型橡胶密封圈2和聚四氟乙烯密封圈3，可实现快速安装与拆卸。薄膜压力敏感芯体7焊接固定在压力接口座4上端，该薄膜压力敏感芯体7是在不锈钢基底上采用离子磁控溅射技术形成一层金属膜电阻组成的电桥(应变电阻)，这层金属膜电阻材料成分高度一致、温度特性高度稳定，具有抗震动冲击、温度特性好、测量精度高的特性。在压力接口座4底部设有连接至薄膜压力敏感芯体7内腔的油孔1。信号调理电路板12和信号转接电路板13按上下位设置在外壳8内，其中信号转接电路板13通过直径0.2mm的硅铝丝与薄膜压力敏感芯体7表面的应变电阻连接，信号转接电路板13的输出信号端与信号调理电路板12的输入信号端连接，信号调理电路板12的输出信号通过导线连接至电连接器10。本实用新型中的信号调理电路板12和信号转接电路板13上的电路均为本质安全型电路，信号调理电路板12和信号转接电路板13的PCB板均按照本安要求设计，最小爬电距离大于0.7mm，并与传感器的外壳8绝缘。实际工作中，信号转接电路板13用于实现薄膜压力敏感芯体7的信号转接、芯体输出零位调整功能，信号调理电路板12上的调理电路用于对薄膜压力敏感芯体7的输出信号进行输出校准和温度补偿(包括传感器温度零点与温度灵敏度补偿)。传感器的外壳8通过激光焊接在压力接口座4上，电连接器10通过挡板9和销轴11固定在外壳8中并灌胶密封，以防止火花产生。电连接器10为矿用SKK24型电连接器，其最小电气间隙大于3mm。外壳8采用快插设计，便于外部电连接器安装。在外壳8中自外至内同轴套装有一个绝缘保护罩6和一个电路板支架5，信号调理电路板12和信号转接电路板13通过电路板支架5设置在压力接口座4上方，绝缘保护罩6通过激光焊接在压力接口座4上，用于保护薄膜压力敏感芯体7和电路板(12和13)。

本实用新型的电路设计原理参见图2。采用离子磁控溅射技术形成的金属膜电阻层组成薄膜压力敏感芯体，使用硅铝丝将薄膜压力敏感芯体的焊盘转接至信号转接电路板组成惠斯通电桥，通过在惠斯通电桥的相邻桥臂串联镍电阻和锰铜电阻对芯体进行零位调整和温度零点初步补偿，通过在惠斯通电桥供电端串联金属膜电阻和黄铜电阻对薄膜压力敏感芯体进行灵敏度调整和温度灵敏度初步补偿，信号转接电路板输出的毫伏级电压信号进入信号调理电路板后先通过INA826仪表放大器进行初步放大，便于后端芯片采集，放大后的信号再经过MAX1452信号调理芯片进行二次放大，通过设置MAX1452芯片配置寄存器中的参数实现传感器输出校准和温度误差补偿，调理后的传感器输出信号通过SKK24电连接器输出。

【应用实例】

采用本实用新型所述矿用本质安全型薄膜压力传感器测量井下设备伺服系统压力的方法按以下步骤实现：

第一步，在传感器压力接口座的环形凹槽处放置聚四氟乙烯和橡胶密封圈，通过DN10接口将传感器安装到伺服系统测压接口处，通过U型卡进行固定；

第二步，通过电连接器将传感器连接至伺服系统数据采集装置，打开供电系统；

第三步，在空载情况下对传感器的输出进行采集，采集到的数据即为传感器的零点(对应电压0.5V)；

第四步，伺服系统的压力源施加某个压力值，液压油通过油孔进入薄膜压力敏感芯体内腔，薄膜压力敏感芯体产生形变使电桥输出差分电压信号，差分信号经过放大和补偿后输出与压力对应的伏级电压信号，并通过电连接器传送至伺服系统进行数据采集装置，由于传感器输出的电压与压力信号有对应关系(V_O＝kP，V_O为传感器的输出电压，P为压力敏感芯体所受到的压力，k为比例系数)，则后续信号处理系统就可以在采集传感器输出电压后根据这个对应关系换算出压力源的压力。

Claims (8)

1.一种矿用本质安全型薄膜压力传感器，其特征在于：包括一个内装有电连接器(10)的外壳(8)和一个上部插装入外壳(8)内的压力接口座(4)，压力接口座(4)上端焊有一个带内腔的薄膜压力敏感芯体(7)，在压力接口座(4)底部设有连接至薄膜压力敏感芯体(7)内腔的油孔(1)，薄膜压力敏感芯体(7)的表面采用离子磁控溅射方法制作有应变电阻，在外壳(8)内按上下位设置有一块信号调理电路板(12)和一块信号转接电路板(13)，其中信号转接电路板(13)的输入信号端通过硅铝丝与薄膜压力敏感芯体(7)表面的应变电阻连接，信号转接电路板(13)的输出信号端与信号调理电路板(12)的输入信号端连接，信号调理电路板(12)的输出信号通过导线连接至电连接器(10)。

2.根据权利要求1所述的矿用本质安全型薄膜压力传感器，其特征在于：所述的薄膜压力敏感芯体(7)是在不锈钢基底上采用离子磁控溅射技术形成一层金属膜电阻组成的电桥，薄膜压力敏感芯体(7)通过硅铝丝连接到转接板上组成惠斯通电桥。

3.根据权利要求1所述的矿用本质安全型薄膜压力传感器，其特征在于：信号调理电路板(12)和信号转接电路板(13)上的电路均为本质安全型电路，两板的爬电距离大于0.7mm，并与外壳(8)绝缘。

4.根据权利要求1或3所述的矿用本质安全型薄膜压力传感器，其特征在于：在外壳(8)中沿内向同轴套装有一个绝缘保护罩(6)和一个电路板支架(5)，信号调理电路板(12)和信号转接电路板(13)通过电路板支架(5)设置在压力接口座(4)上方。

5.根据权利要求4所述的矿用本质安全型薄膜压力传感器，其特征在于：绝缘保护罩(6)通过激光焊接在压力接口座(4)上，外壳(8)内腔中灌充有密封胶。

6.根据权利要求1所述的矿用本质安全型薄膜压力传感器，其特征在于：所述压力接口座(4)的机械接口为DN10快插接口，在接口侧部设有O型橡胶密封圈(2)和聚四氟乙烯密封圈(3)。

7.根据权利要求1所述的矿用本质安全型薄膜压力传感器，其特征在于：外壳(8)通过激光焊接在压力接口座(4)上，电连接器(10)通过挡板(9)和销轴(11)固定在外壳(8)中。

8.根据权利要求1或7所述的矿用本质安全型薄膜压力传感器，其特征在于：电连接器(10)采用最小电气间隙大于3mm的SKK24型电连接器。