CN209166695U - 一种三备份压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三备份压力传感器，包括压力接口座、转接板、调理补偿板和上盖，转接板与调理补偿板上均布置了三路互相独立的信号调理、补偿电路，且信号调理电路输入输出部分均设计有滤波电路；调理补偿板的三路输出信号通过导线连接至电连接器，调理补偿板上的调理电路对薄膜芯体的三路输出信号进行输出校准和温度补偿后，由电连接器输出一个与被测压力成一定线性关系的伏级电压信号，从而达到压力测量的目的。上述一种三备份压力传感器采用了一种集成了三路互相独立的压力敏感芯体，使得其相较于传统压力传感器或三备份压力传感器在拥有更好地可靠性以及准确性的同时，获得更小的体积和更轻重量，使其在航空、航天等领域得到更好地应用。

Description

一种三备份压力传感器

技术领域

本实用新型属于传感器领域，具体涉及一种用于测量设备管路压力的传感器。

背景技术

三备份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，并以一定电压形式输出的压力测量装置。三备份压力传感器用于对可靠性及测量准确性要求较高设备上的压力测量。传统压力传感器测量方式主要由压阻式和溅射薄膜式两种，这两种类型压力传感器在测量时主要存在以下两种问题：

1.单路输出，若传感器发生损坏后无法继续工作，需被测整机设备停机后对传感器进行修理或更换，影响工作效率。

2.单路输出，无法快速判定传感器输出值是否正确。

同时，现有三备份传感器，其原理仅是将三个单路输出的压力传感器并联为一个，获得多备份、多路输出的测量结果。其在功能上实现了三备份，但这种三备份传感器受工艺、结构的限制，存在体积大、重量大、测量系统不稳定等缺点，并不适用于对于单机可靠性、重量把控严格的航空、航天及相关领域。

随着对被测设备可靠性要求以及传感器测量准确性要求的不断提升，传统的压力传感器以及现有三备份压力传感器已无法满足现有的应用需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种三备份压力传感器，克服了现有单路、三路压力传感器技术存在的单路输出导致容错率低、传感器单路输出导致无法判断其正确性以及现有三路输出产品体积大、重量大、不可靠的缺陷，具有体积小、重量轻、测量精度高、可靠性好、便于判定测量结果正确性。

本实用新型的技术方案如下：一种三备份压力传感器，包括一个焊有具有三组独立应变电阻的薄膜芯体的压力接口座、一个封装转接板、调理补偿板的外壳和一个装有电连接器的上盖，其特征在于：压力接口座底部设有连接至薄膜芯体内腔的引压孔；转接板与薄膜芯体通过硅铝丝连接；转接板与调理补偿板上均布置了三路互相独立的信号调理、补偿电路，且均可独立工作，且信号调理电路输入输出部分均设计有滤波电路；调理补偿板的三路输出信号通过导线连接至电连接器，调理补偿板上的调理电路对薄膜芯体的三路输出信号进行输出校准和温度补偿后，由电连接器输出一个与被测压力成一定线性关系的伏级电压信号，从而达到压力测量的目的。

其中薄膜芯体由三组互相独立的应变电阻、基底、引线组成，三组互相独立的应变电阻通过磁控溅射薄膜工艺溅射在基底上，组成三路单独的电桥，薄膜芯体通过硅铝丝连接到转接板上，从而组成惠斯通电桥，引线的一端与应变电阻连接，另一端向外引出到转接板，将三个独立电桥布置在同一敏感芯体上，可实现对同一压力源的独立三路测量，提高传感器产品可靠性及置信度，同时使得传感器的体积和重量大幅减小。

其中压力接口座根部设计有安装密封圈的环形凹槽，同时在传感器安装时配用垫圈与保险丝，可以保证传感器在使用期间不发生泄漏、松脱等情况。

其中三备份压力传感器外壳采用不锈钢材料全密封设计。

其中压力接口座与薄膜芯体采用激光焊接。

其中转接板和调理补偿板分别通过转接板支架和调理补偿支架固定在压力接口座上。

其中电连接器固定在上盖上，上盖与外壳通过激光焊接，外壳与压力接口座也通过激光焊接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1.上述三备份压力传感器的薄膜芯体8采用离子磁控溅射薄膜工艺制作，将三路独立的应变电阻集成于一个基底材料上，其体积小、重量轻、可靠性高、输出稳定性好、测量精度高(≤0.15％)，同时耐高温、耐腐蚀、抗振动冲击能力强、频率响应速率高。

2.上述三备份压力传感器将三路压力测量值进行调理后输出为三路电压信号，使得本传感器在一路或两路发生故障后仍可继续工作，传感器可靠性得到了明显的提升。

3.上述三备份压力传感器采用的电子元器件均使用宽温区器件，使得上述三备份压力传感器工作温度范围宽(-45℃～+125℃)。

4.上述三备份压力传感器采用全不锈钢金属外壳3设计，所有焊缝均采用激光焊接，传感器内部灌胶处理，因此传感器抗冲击、振动性能好、体积小、重量轻安装方便。

5.上述三备份压力传感器采用金属全密封结构设计，并且在电路部分设计滤波电路，使其拥有良好的抗电磁干扰性能。

附图说明

图1是本实用新型的具体实施结构示意图。

图2是本实用新型信号调理电路原理示意图。

附图标号：1-电连接器；2-上盖；3-外壳；4-调理补偿板；5-调理补偿板支架；6-转接板；7-转接板支架；8-薄膜芯体；9-压力接口座；10- 引压孔；11-环形凹槽。

具体实施方式

参见附图1，本实用新型所述一种三备份压力传感器，由薄膜芯体8、压力接口座9、转接板6、调理补偿板4、调理补偿板支架5、转接板支架7、外壳3、上盖2和电连接器1组成。薄膜芯体8通过激光焊接的方式联接在压力接口座9上，调理补偿板4和转接板6分别通过调理补偿板支架5和转接板支架7固定在压力接口座9上并用螺钉固定，电连接器1固定在上盖2上，上盖2与外壳3、外壳3与压力接口座9通过激光焊接为一体。压力接口座底部的引压孔10连接至薄膜芯体8的内腔用于感应压力，同时，压力接口座9设计有可安装橡胶密封圈的环形凹槽11，安装密封圈后可以起到防止压力泄漏的作用，顶部电连接器1采用激光焊接的方式固定于上盖2上。

上述的三备份压力传感器中，薄膜芯体8是在不锈钢基底上采用磁控溅射技术形成一层纳米薄膜应变电阻，组成三路单独的电桥，薄膜芯体8通过硅铝丝连接到转接板6上，从而组成惠斯通电桥，这层薄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、耐腐蚀、温度特性好、测量精度高、长期稳定性好的特点。通过将三个独立电桥布置在同一敏感芯体上这一技术，使得传感器体积、重量大大减少，同时相对于现有产品简化了传感器后部处理电路，提高其可靠性。

外壳3采用不锈钢材料，壳体各零件之间采用激光焊接，保证了传感器良好的密封性，并在装配过程中对电路板喷涂了三防保护剂，并采用有机硅凝胶灌封工艺，使得传感器在拥有良好的抗湿热环境、抗腐蚀能力的同时，抗震抗冲击能力也得以提升。

传感器外壳3和压力接口座9采用全不锈钢材质并通过激光焊接，具有较强的抗电磁干扰能力，可以屏蔽大部分电磁干扰信号，薄膜芯体信号调理电路输入输出部分均设计有滤波电路，进一步削弱电磁干扰对传感器的影响。

转接板6实现了薄膜芯体8的三路输入信号转接以及对薄膜芯体 8输入的初步调整；信号调理补偿板4实现了转接板6三路输出信号的转接，同时对三路信号分别进行放大及滤波，使其达到被测设备所需的输出要求。

本实用新型的电路设计原理参见图2。使用硅铝丝将薄膜芯体8 的焊盘转接至转接板6并组成三组互相独立的惠斯通电桥，转接板6 输出的三路毫伏级电压信号进入调理补偿板4后先通过仪表放大器进行放大，便于后端芯片采集，放大后的信号再经过后方电路进行校准以及温度补偿，最终滤波后以负级信号由电连接器1输出。

采用本实用新型所述的一种三备份压力传感器测量设备压力的方法按以下步骤实现：

1.在传感器压力接口座9的环形凹槽11处放置胶密密封圈，通过螺纹接口将传感器安装到被测设备接口处，通过配用垫圈以及安装保险丝的方法进行防松处理；

2.通过电连接器1将传感器连接至被测设备数据采集装置，打开供电系统；

3.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；

4.被测设备的压力源施加某个压力值，液压油(或气)通过引压孔10进入薄膜芯体8内腔，薄膜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1传送至被测设备的数据采集装置，由于传感器输出的电压与压力信号有对应关系，则通过信号处理系统就可以在采集传感器输出电压后，根据一定的对应关系换算出压力源的压力。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三备份压力传感器，包括一个焊有具有三组独立应变电阻的薄膜芯体(8)的压力接口座(9)、一个封装转接板(6)、调理补偿板(4)的外壳(3)和一个装有电连接器(1)的上盖(2)，其特征在于：压力接口座(9)底部设有连接至薄膜芯体(8)内腔的引压孔(10)；转接板(6)与薄膜芯体(8)通过硅铝丝连接；转接板(6)与调理补偿板(4)上均布置了三路互相独立的信号调理、补偿电路，且均可独立工作，且信号调理电路输入输出部分均设计有滤波电路；调理补偿板(4)的三路输出信号通过导线连接至电连接器(1)，调理补偿板(4)上的调理电路对薄膜芯体(8)的三路输出信号进行输出校准和温度补偿后，由电连接器(1)输出一个与被测压力成一定线性关系的伏级电压信号，从而达到压力测量的目的。

2.如权利要求1所述的三备份压力传感器，其特征在于：其中薄膜芯体(8)由三组互相独立的应变电阻、基底、引线组成，三组互相独立的应变电阻通过磁控溅射薄膜工艺溅射在基底上，组成三路单独的电桥，薄膜芯体(8)通过硅铝丝连接到转接板(6)上，从而组成惠斯通电桥，引线的一端与应变电阻连接，另一端向外引出到转接板(6)，将三个独立电桥布置在同一敏感芯体上，可实现对同一压力源的独立三路测量。

3.如权利要求1所述的三备份压力传感器，其特征在于：压力接口座(9)根部设计有安装密封圈的环形凹槽(11)。

4.如权利要求1所述的三备份压力传感器，其特征在于：三备份压力传感器外壳(3)采用不锈钢材料全密封设计。

5.如权利要求1所述的三备份压力传感器，其特征在于：压力接口座(9)与薄膜芯体(8)采用激光焊接。

6.如权利要求1所述的三备份压力传感器，其特征在于：调理补偿板(4)和转接板(6)分别通过调理补偿板支架(5)和转接板支架(7)固定在压力接口座(9)上。

7.如权利要求1所述的三备份压力传感器，其特征在于：电连接器(1)固定在上盖(2)上，上盖(2)与外壳(3)通过激光焊接，外壳(3)与压力接口座(9)也通过激光焊接。