CN210863016U - 一种压力传感结构和压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于传感器技术领域，提供了一种压力传感结构和压力传感器，其中压力传感结构包括压力膜、支撑件和应变片，其中，压力膜包括隔膜部和连接于隔膜部的一侧的传导部；支撑件包括本体部和设置在本体部一端的横梁，本体部与隔膜部连接，传导部与横梁固定连接且用于将隔膜部受到的压力传导至横梁；应变片设置于横梁上背对隔膜部的一侧。隔膜部直接接触流体感应压力，在接入测量环境后隔膜部及其附近的容器表面光滑平整，抑制了液体中的溶质在隔膜部及其附近的结晶行为，也避免了液体中的固态颗粒物在压力传感结构附近积累，防止压力传感结构附近积累固态物质影响其正常工作，同时压力传感结构的表面便于清洗，降低了运行维护成本。

Description

一种压力传感结构和压力传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种压力传感结构和压力传感器。

背景技术

传感器已经被广泛应用于各个领域的声光热电力等参数测量，其中，在食品、饮料、喷涂、医疗器具、医疗制剂等相关轻工业领域常常会用到压力传感器，也就是说，这些压力传感器往往需要工作于流体介质粘度大、易堵塞、对卫生清洁度要求高的场合，自然地对传感器的运行维护产生了很高的要求。

压力传感器通常由隔膜部接触流体实现对压力的测量，隔膜部直接接触流体，传统的传感器的隔膜部往往设于一个测量孔中，用于防止传感器的隔膜部处液体的流动影响测量，以及防止液体冲击传感器破坏隔膜部结构。应用于非纯液体压力测量的场合时，由于液体对于大多数溶质都存在一个溶解度，溶质过多时或者局部溶质浓度过大时，容易在容器中不平整的位置结晶，这种时候，传感器的测量孔处很容易产生晶核长出晶体，对于一些含有胶状颗粒或者果粒饮料，也容易在测量孔中积累非液态的物质，因此测量孔的存在会使得传感器的隔膜部附近容易藏污纳垢且不便清洗，影响传感器的正常工作。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种压力传感结构，旨在解决传统的压力传感结构因将隔膜部置于测量孔中而容易藏污纳垢且不便清洗的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种压力传感结构，包括压力膜、支撑件和应变片，其中，压力膜包括隔膜部和连接于所述隔膜部的一侧的传导部，所述隔膜部的另一侧用于感测压力；支撑件包括本体部和设置在所述本体部一端的横梁，所述本体部与所述隔膜部连接，所述传导部与所述横梁固定连接且用于将所述隔膜部受到的压力传导至所述横梁；应变片设置于所述横梁上背对所述隔膜部的一侧，用于输出压力信号。

在本实用新型的一个实施例中，所述本体部远离所述横梁的一端与所述隔膜部连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述压力膜还包括加强环，所述隔膜部通过所述加强环与所述本体部连接，所述隔膜部内接于所述加强环的一端。

在本实用新型的一个实施例中，所述加强环与所述本体部通过焊接的方式连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述横梁包括呈十字形分布的四条梁臂，以及设置于四条所述梁臂交叉处且与所述传导部配合连接的承接部。

在本实用新型的一个实施例中，所述应变片数量为两个，且两个所述应变片分别设置于四条所述梁臂中位置相对的两条所述梁臂上。

在本实用新型的一个实施例中，所述应变片通过玻璃高温烧结的方式连接在所述横梁上。

在本实用新型的一个实施例中，所述应变片为压阻应变片。

在本实用新型的一个实施例中，所述承接部开设有内壁光滑的内孔，所述传导部包括与所述内孔配合的顶杆，所述顶杆靠近所述横梁的一端焊接于所述内孔的内壁。

在本实用新型的一个实施例中，所述内孔为螺纹孔，所述顶杆为与所述螺纹孔配合的螺纹顶杆。

在本实用新型的一个实施例中，所述隔膜部的外表面为平整表面。

在本实用新型的一个实施例中，所述隔膜部的厚度大于所述横梁的厚度。

在本实用新型的一个实施例中，所述隔膜部的厚度在0.5毫米到3毫米之间。

在本实用新型的一个实施例中，所述隔膜部的厚度在2毫米到3毫米之间。

在本实用新型的一个实施例中，还包括连接于所述横梁背对所述隔膜部的一侧的连接线路板，所述连接线路板与所述应变片电连接。

本实用新型的另一目的在于提供一种包含了如上所述的压力传感结构的压力传感器，压力传感器还包括外壳、信号处理组件，所述压力传感结构固定且密封连接在所述外壳的一端，所述信号处理组件设置于所述外壳内且用于接收和处理所述应变片的压力信号。

在本实用新型的一个实施例中，所述信号处理组件包括连接于所述横梁背对所述隔膜部的一侧的测量线路板，所述测量线路板与所述应变片电连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述信号处理组件还包括补偿放大线路板，所述补偿放大线路板与所述测量线路板电连接并设有信号放大电路。

在本实用新型的一个实施例中，所述支撑件远离所述压力膜的一端固定连接所述外壳。

在本实用新型的一个实施例中，所述压力传感器还包括连接端子，所述连接端子密封连接在所述外壳远离压力传感结构所述的另一端，用于将所述压力传感器连接在进行压力测量位置并输出传感信号。

实施本实用新型的一种压力传感结构，至少具有以下有益效果：

本实用新型的压力传感结构中，用于感应压力的隔膜部直接接触流体，而非在一个测量孔内测量压力，在接入测量环境后隔膜部及其附近的容器表面光滑平整，抑制了液体中的溶质在隔膜部及其附近的结晶行为，也避免了液体中的固态颗粒物在压力传感结构附近积累，防止压力传感结构附近积累固态物质影响其正常工作，同时压力传感结构的表面便于清洗，降低了运行维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一个实施例提供的压力传感结构的爆炸图；

图2是本实用新型一个实施例提供的压力传感结构的剖面图；

图3是本实用新型另一实施例提供的压力传感结构的部分剖面图；

图4是本实用新型一个实施例提供的压力传感器的示意图；

图5是本实用新型一个实施例提供的压力传感器内部结构的爆炸图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

100-压力膜；110-隔膜部；120-传导部；130-加强环；200-支撑件；210-本体部；220-横梁；230-承接部；240-加强片；300-应变片；400-连接线路板；500-信号处理组件；510-测量线路板；520-补偿放大线路板；530-连接端子；600-外壳。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本实用新型所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1至图3，本实用新型实施例提供了一种压力传感结构，包括压力膜100、支撑件200和应变片300，其中，压力膜100包括隔膜部110和连接于隔膜部110的一侧的传导部120，隔膜部110的另一侧用于感测压力；支撑件200包括本体部210和设置在本体部210一端的横梁220，本体部210与隔膜部110连接，传导部120与横梁220固定连接且用于将隔膜部110受到的压力传导至横梁220；应变片300设置于横梁220上背对隔膜部110的一侧，用于输出压力信号。这样，在隔膜部110感受到压力的作用时，具有弹性的隔膜部110发生形变，并将形变与压力通过传导部120传导至横梁220，横梁220上的压阻应变片在压力的作用下电阻值发生改变，这时，利用探测电路探测压阻应变片的电阻值变化并将处理后的电信号输出即可实现对压力变化的测量。

本实用新型实施例的压力传感结构中，用于感应压力的隔膜部110直接接触流体，而非在一个套筒内测量压力，在接入测量环境后隔膜部110及其附近的容器表面光滑平整，抑制了液体中的溶质在隔膜部110及其附近的结晶行为，也避免了液体中的固态颗粒物在压力传感结构附近积累，防止压力传感结构附近积累固态物质影响其正常工作，同时压力传感结构的表面便于清洗，降低了运行维护成本。

请参阅图1至图3，作为本实施例的一个优选方案，传导部120设置于隔膜部110正中间的位置且垂直于隔膜部110。隔膜部110受到压力后，隔膜部110正中间处的形变量更大，将传导部120设于隔膜部110正中的位置且垂直于隔膜部110，这样，隔膜部110在受到同样大小的力时传导部120的位移量最大，提高了压力传感结构对压力的灵敏度，有助于提高压力传感结构的测量精度。

请参阅图1至图3，在本实用新型的一个实施例中，本体部210远离横梁220的一端与隔膜部110连接。作为本实施例的一个具体实施方案，隔膜部110和横梁220分别设置在本体部210的两端，这样，隔膜部110与横梁220之间在本体部210的支撑下形成一个隔热腔，隔膜部110与横梁220分离，有效避免了温度变化造成的压阻应变片应力应变不均匀、稳定性差对压力测量造成的误差，降低了压力传感结构的高低温输出漂移，有助于提高压力传感结构的测量精度，可以在﹣20℃～85℃的温度范围内将测量误差控制在到±1.5％以内。

请参阅图1至图3，在本实用新型的一个实施例中，压力膜100还包括加强环130，隔膜部110通过加强环130与本体部210连接，隔膜部110内接于加强环130的一端。在隔膜部110外围设置加强环130，便于零件的加工和组装、焊接，隔膜部110的形变更加均匀且集中至传导部120处。具体的，加强环130远离隔膜部110的一端与本体部210对接，加大了隔热腔的体积且能够保证压力膜100接触被测液体的一面为平面。

在本实用新型的一个实施例中，加强环130与本体部210通过焊接的方式连接。加强环130与本体部210采用焊接技术连接，连接牢固可靠，加工效率高，能够有效降低加工成本。

作为本实施例的一个优选方案，加强环130与本体部210激光焊接，非接触式的激光焊接焊接速度快、熔融深度大、零部件受力变形小。作为本实施例的一个优选方案，隔膜部110、传导部120与加强环130是一体成型的不锈钢结构，具有良好的防腐蚀性能和结构强度，能够使得压力传感结构适用于各种测量环境；拓宽了压力传感结构对压力的测试量程，对50～10000PSI的压力均能准确测量；提高了压力传感结构的过压承受能力，不易变形损坏，使用寿命长，运维成本低。

请参阅图1，在本实用新型的一个实施例中，横梁220包括呈十字形分布的四条梁臂，以及设置于四条梁臂交叉处且与传导部120配合连接的承接部230。横梁220通过承接部230与传导部120的配合，承接部230的存在使得压力传导的方向稳定不变，隔膜部110受到的压力能够稳定而均匀地传导至横梁220，防止因横梁220滚转或者与传导部120连接位置的偏差造成结构误差，提高了压力传感结构对压力的测量精度。另外，利用传导部120与承接部230的配合传导隔膜部110所受的压力，可以避免在隔热腔内注油，防止隔膜部110受到破坏时油泄露至被测量的液体内，造成污染，避免了不必要的损失。

请参阅图2和图3，作为本实施例的一个优选方案，承接部230外侧朝向四条梁臂的方向上设置有加强片240，加强片240的纵截面呈直角三角形，直角三角形的两个直角边分别连接承接部230与梁臂，进一步提高了承接部230稳定传导部120传导压力的方向的能力。

作为本实施例的一个优选方案，本体部210、横梁220、承接部230和加强片240一体成型，一体成型的方案使得支撑件200加工简易，结构可靠，同时避免了因横梁220与传导件的对接问题造成的结构误差，提高了压力传导的稳定性。

请参阅图1至图3、图5，在本实用新型的一个实施例中，应变片300数量为两个，且两个应变片300分别设置于四条梁臂中位置相对的两条梁臂上。两个应变片300在不同压力下的电阻不同，与探测电路构成惠斯通电桥，探测电路将应变片300在不同压力下的电阻信号转化为电压信号并输出，经进一步分析计算即可得到压力传感结构受到的压力的大小。

在本实用新型的一个实施例中，应变片300通过玻璃高温烧结的方式连接在横梁220上。本实施例中利用玻璃高温烧结的技术方案将应变片300连接在横梁220上，玻璃高温烧结技术成熟，加工成本低效率高而且连接稳定，提高了应变片300对横梁220的附着力。

在本实用新型的一个实施例中，应变片300为压阻应变片，通过压阻应变片和线路板布置的电路，可以形成惠斯通电桥对压阻应变片的阻值变化进行检测，进而检测隔膜部110受到的压力大小，测量结构简单可靠。

请参阅图3，在本实用新型的一个实施例中，承接部230开设有内壁光滑的内孔，传导部120包括与内孔配合的顶杆，顶杆靠近横梁220的一端焊接于内孔的内壁。顶杆和内孔间隙配合，可以在传导部120和承接部230之间的连接稳定，进而保证隔膜部110受到的压力能够稳定且均匀地传导至横梁220处，确保横梁220受力均匀且对中，同时可以防止加工过程中损坏横梁220，将横梁220做的较薄从而提高压力传感结构的灵敏度。

请参阅图2，在本实用新型的一个实施例中，内孔为螺纹孔，顶杆为与螺纹孔配合的螺纹顶杆。利用螺纹配合的连接方式，可以使得传导部120和承接部230之间的连接稳定，进而保证隔膜部110受到的压力能够稳定且均匀地传导至横梁220处，确保横梁220受力均匀且对中，相较于间隙配合并焊接的方案连接更加稳定。

请参阅图2、图3和图5，在本实用新型的一个实施例中，隔膜部110的外表面为平整表面。隔膜部110外表面平整，取消用于加强隔膜部110强度的纹路结构，提高了隔膜部110表面的平整度，使得隔膜部110接触液体的表面处不易生成晶核进而发生结晶，避免晶体从凹凸不平的螺旋纹路上开始生长，防止压力传感结构上附着固态物质影响其正常使用，进而延长了压力传感结构的清理维护周期且便于清理。

请参阅图1至图3，在本实用新型的一个实施例中，隔膜部110的厚度大于横梁220的厚度，避免横梁220过厚导致受力时应变片300形变过小，影响压力传感结构的灵敏度。

在本实用新型的一个实施例中，隔膜部110的厚度在0.5毫米到3毫米之间；在本实用新型的一个实施例中，隔膜部110的厚度在2毫米到3毫米之间。不同的隔膜部110的厚度对应不同的压力传感结构量程，量程越大，隔膜部110越厚；隔膜部110的厚度相较于传统的压力压力传感结构有所提高，增强了隔膜部110强度，防止隔膜部110破损导致压力传感结构失效；但是，隔膜部110的加厚必然导致其受到同样的力时形变减小，降低压力传感结构的灵敏度，因此本实施例的一个优选的方案中，隔膜部110的直径大于10毫米，加大了隔膜部110与液体的接触面积，提高了隔膜部110在同样压强下受到的压力与产生的形变量，保证隔膜部110结构在压强出现变化时有足够的形变，从而保证了压力传感结构的灵敏度。

请参阅图1至图3、图5在本实用新型的一个实施例中，还包括连接于横梁220背对隔膜部110的一侧的连接线路板400，连接线路板400与应变片300电连接。作为本实施例的一个优选方案，应变片300为压阻应变片，连接线路板400用于承载测量电路，测量电路与应变片300形成惠斯通电桥，将压阻应变片的电阻值转化为电压值并输出，可以通过电路提高压力传感结构的灵敏度，测量该电压值即可获知应变片300的阻值变化以及压力的大小。

作为本实施例的一个优选方案，应变片300为硅压阻应变片，硅压阻应变片接入的线路板上的电路形成的惠斯通电桥输出的压差更高，从而提高了压力传感结构的灵敏度。

请参阅图4和图5，本实用新型实施例还提供一种包含了如上所述的压力传感结构的压力传感器，压力传感器还包括外壳600、信号处理组件500，压力传感结构固定且密封连接在外壳600的一端，信号处理组件500设置于外壳600内且用于接收和处理应变片300的压力信号。

请参阅图5，在本实用新型的一个实施例中，信号处理组件500包括连接于横梁220背对隔膜部110的一侧的测量线路板510，测量线路板510与应变片300电连接。作为本实施例的一个具体方案，测量线路板510通过胶水粘接于横梁220背对隔膜部110的一侧，应变片300邦定连接在测量线路板510上，这样的连接结构方法简单而连接牢固可靠，加工效率高，能够有效降低加工成本。

应当理解，本实施例中的测量线路板510即为先前压力传感结构实施例中的连接线路板400，其作用原理和与各个部件的连接方式并无差异，本实用新型的保护范围涵盖包括：(1)压力膜100、支撑件200和应变片300组成的压力传感结构；(2)压力膜100、支撑件200、应变片300和连接线路板400组成的压力传感结构；(3)压力膜100、支撑件200、应变片300和信号处理组件500(包括测量线路板510)以及外壳600组成的压力传感器。不管是连接线路板400还是测量线路板510，其作用均在于承载测量电路以获取应变片的电信号，说明书中这样的描述方式仅为描述方便，表明该结构具体是否划归压力传感结构在此不做限定，不应当对本实用新型任一条权利要求的保护范围起到任何限制作用。

请参阅图5，作为本实施例的一个优选方案，应变片300为压阻应变片，测量线路板510用于承载测量电路，测量电路与应变片300形成惠斯通电桥，将压阻应变片的电阻值转化为电压值并输出，可以通过电路提高压力传感结构的灵敏度，测量该电压值即可获知应变片300的阻值变化以及压力的大小。更为优选的，应变片300为硅压阻应变片，硅压阻应变片接入的测量线路板510上的电路形成的惠斯通电桥输出的压差更高，从而提高了压力传感结构的灵敏度。

请参阅图5，在本实用新型的一个实施例中，信号处理组件500还包括补偿放大线路板520，补偿放大线路板520与测量线路板510电连接并设有信号放大电路，用于放大测量电路的电压信号并输出。

请参阅图4，在本实用新型的一个实施例中，支撑件200远离压力膜100的一端固定连接外壳600，也即外壳600通过支撑件200连接压力膜100。

请参阅图5，在本实用新型的一个实施例中，压力传感器还包括连接端子530，连接端子530密封连接在外壳600远离压力传感结构的另一端，用于将压力传感器连接在进行压力测量位置并输出传感信号。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种压力传感结构，其特征在于，包括：

压力膜，包括隔膜部和连接于所述隔膜部的一侧的传导部，所述隔膜部的另一侧用于感测压力；

支撑件，包括本体部和设置在所述本体部一端的横梁，所述本体部与所述隔膜部连接，所述传导部与所述横梁固定连接且用于将所述隔膜部受到的压力传导至所述横梁；以及

应变片，设置于所述横梁上背对所述隔膜部的一侧，用于输出压力信号。

2.如权利要求1所述的压力传感结构，其特征在于，所述本体部远离所述横梁的一端与所述隔膜部连接。

3.如权利要求1所述的压力传感结构，其特征在于，所述压力膜还包括加强环，所述隔膜部通过所述加强环与所述本体部连接，所述隔膜部内接于所述加强环的一端。

4.如权利要求3所述的压力传感结构，其特征在于，所述加强环与所述本体部通过焊接的方式连接。

5.如权利要求1所述的压力传感结构，其特征在于，所述横梁包括呈十字形分布的四条梁臂，以及设置于四条所述梁臂交叉处且与所述传导部配合连接的承接部。

6.如权利要求5所述的压力传感结构，其特征在于，所述应变片数量为两个，且两个所述应变片分别设置于四条所述梁臂中位置相对的两条所述梁臂上。

7.如权利要求5所述的压力传感结构，其特征在于，所述应变片通过玻璃高温烧结的方式连接在所述横梁上。

8.如权利要求5所述的压力传感结构，其特征在于，所述应变片为压阻应变片。

9.如权利要求5所述的压力传感结构，其特征在于，所述承接部开设有内壁光滑的内孔，所述传导部包括与所述内孔配合的顶杆，所述顶杆靠近所述横梁的一端焊接于所述内孔的内壁。

10.如权利要求9所述的压力传感结构，其特征在于，所述内孔为螺纹孔，所述顶杆为与所述螺纹孔配合的螺纹顶杆。

11.如权利要求1-10任一项所述的压力传感结构，其特征在于，所述隔膜部的外表面为平整表面。

12.如权利要求1-10任一项所述的压力传感结构，其特征在于，所述隔膜部的厚度大于所述横梁的厚度。

13.如权利要求12所述的压力传感结构，其特征在于，所述隔膜部的厚度在0.5毫米到3毫米之间。

14.如权利要求13所述的压力传感结构，其特征在于，所述隔膜部的厚度在2毫米到3毫米之间。

15.如权利要求12所述的压力传感结构，其特征在于，还包括连接于所述横梁背对所述隔膜部的一侧的连接线路板，所述连接线路板与所述应变片电连接。

16.一种压力传感器，其特征在于，包括外壳、信号处理组件和如权利要求1-14任一项所述的压力传感结构，所述压力传感结构固定且密封连接在所述外壳的一端，所述信号处理组件设置于所述外壳内且用于接收和处理应变片的压力信号。

17.如权利要求16所述的压力传感器，其特征在于，所述信号处理组件包括连接于所述横梁背对所述隔膜部的一侧的测量线路板，所述测量线路板与所述应变片电连接。

18.如权利要求17所述的压力传感器，其特征在于，所述信号处理组件还包括补偿放大线路板，所述补偿放大线路板与所述测量线路板电连接并设有信号放大电路。

19.如权利要求18所述的压力传感器，其特征在于，所述支撑件远离所述压力膜的一端固定连接所述外壳。

20.如权利要求19所述的压力传感器，其特征在于，所述压力传感器还包括连接端子，所述连接端子密封连接在所述外壳远离压力传感结构所述的另一端，用于将所述压力传感器连接在进行压力测量位置并输出传感信号。

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