CN217765306U - 一种土压传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种土压传感器，包括外部壳体组件和位于所述外部壳体组件内的感测芯体组件，所述外部壳体组件包括硅胶垫，所述感测芯体组件包括钛合金接收膜片和蓝宝石测量膜片，所述钛合金接收膜片的下侧与所述硅胶垫上侧相贴，所述蓝宝石测量膜片的下侧与所述钛合金接收膜片的上侧相贴，所述蓝宝石测量膜片的上侧印刷有应片敏感电桥电路。采用固体弹性件进行压力传导，避免了采用硅胶油出现的漏油问题；钛合金接收膜片作为传力介质，受温度变化而发生形变的变形非常小，所以也避免了现有技术中受温度影响较大而导致的测量精度差的问题；钛合金接收膜片发生弹性形变的极限高于与陶瓷片，因此适用压力范围大、测压范围大。

Description

一种土压传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，具体涉及一种土压传感器。

背景技术

土压压力传感器又称土压传感器、土压力盒，主要用于测量软土、填土等土体压力，也可测量土体对挡土墙、抗滑桩等的表面接触压力，还可测量泥浆、液体等的压力。土压传感器主要有钢铉式土压力和电阻应变式土压力两种，其中，钢铉式土压传感器适合静态测量，电阻应变式土压传感器适合动静态测量。

电阻应变式土压传感器工作原理是：土压的变化转换成检测芯体内电阻值的变化，在检测芯体的检测电路加载一定的电压，输出的电流值也会随电阻的变化而成一定比值的变化，放大转换成电信号后输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示和控制等要求。

目前电阻应变式土压传感器的压力传导主要采用硅胶油或陶瓷片这两种形式。硅胶油传压需要有非常好的密封性，一旦出现漏油则不能使用，而且硅胶油受温度影响大，导致测量精度差。陶瓷片传压相对密封性要求低，而且受温度影响小，但是陶瓷片适用压力范围小，压力稍大后引起陶瓷片形变超出极限，易损坏陶瓷片。

因此，亟需一种不漏油、受温度影响小、适用压力范围大的电阻应变式土压传感器。

实用新型内容

为此，本实用新型提供一种土压传感器，以解决上述的技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种土压传感器，包括外部壳体组件和位于所述外部壳体组件内的感测芯体组件，所述外部壳体组件包括硅胶垫，所述感测芯体组件包括钛合金接收膜片和蓝宝石测量膜片，所述钛合金接收膜片的下侧与所述硅胶垫上侧相贴，所述蓝宝石测量膜片的下侧与所述钛合金接收膜片的上侧相贴，所述蓝宝石测量膜片的上侧印刷有应片敏感电桥电路。

进一步地，所述外部壳体组件还包括电源防护罩、法兰、外壳以及头部端盖，所述电源防护罩可拆卸地罩设于所述法兰的上侧，所述法兰的下侧与所述外壳的上端可拆卸地密封连接，所述头部端盖的上端与所述外壳的下端密封焊接，所述头部端盖的下端中部设有上大下小的第一阶梯孔，在所述第一阶梯孔的阶梯面上设有与所述第一阶梯孔同轴的三个凸环，所述硅胶垫与所述第一阶梯孔相适配并安装在所述第一阶梯孔处。

进一步地，所述土压传感器还包括设置于所述外部壳体组件内的内部结构组件，所述内部结构组件包括连接件、固定座和紧固件，所述连接件的上端与所述法兰的下侧密封焊接，所述固定座的上端与所述连接件的下端可拆卸密封连接，所述固定座的下端中部设有上大下小的第二阶梯孔，所述感测芯体组件的下端与所述第二阶梯孔相适配并安装在所述第二阶梯孔处，所述固定座的下端与所述硅胶垫的上侧边缘相抵，所述紧固件可拆卸的设置于所述固定座内并与所述感测芯体组件的后端相抵。

进一步地，所述感测芯体组件还包括基座、电路保护罩、芯体电路板和支撑环，所述基座的上端设置有第一沉孔，所述电路保护罩和芯体电路板设置于所述第一沉孔内，且所述芯体电路板被所述电路板护罩密封于所述第一沉孔内，所述基座的下端设置有第二沉孔，所述支撑环焊接固定于所述第二沉孔内，所述钛合金接收膜片与所述支撑环焊接固定，所述蓝宝石测量膜片与所述第二沉孔的孔底之间设有间距。

进一步地，所述土压传感器还包括电路组件，所述电路组件包括四芯航空插头和PCB组件，所述法兰的中部设有航插安装孔，所述四芯航空插头密封安装在所述航插安装孔中并从所述法兰的上侧露出，所述PCB组件可拆卸的固定于所述紧固件的上侧，所述应片敏感电桥电路与所述芯体电路板电连接，所述芯体电路板与所述PCB组件电连接，所述PCB组件与所述四芯航空插头电连接。

进一步地，所述土压传感器还包括气路组件，所述气路组件包括从上至下依次连接的铜管、硅胶管、变径转换头、硅胶管、变径转换头、硅胶管和铜管，其中，中间的所述硅胶管的内径大于上下侧的所述硅胶管的内径，所述四芯航空插头中间设置有第一穿孔，所述PCB组件设置有第二穿孔，所述紧固件的端面设置有第三穿孔，所述电路保护罩设置有第四穿孔，所述基座设置有第五穿孔，上侧的所述铜管密封穿设于所述第一穿孔中且从所述四芯航空插头的上端露出，下侧的所述铜管依次穿过所述第二穿孔、第三穿孔和第四穿孔并与所述第四穿孔密封，下侧的所述铜管从所述电路保护罩的下侧漏出，所述第五穿孔连通所述第一沉孔和第二沉孔，在所述气路组件的周侧、所述电路保护罩以上、所述法兰及四芯航空插头以下、所述连接件和固定座以内的空间填充有密封树脂。

本实用新型具有如下优点：

土压经钛合金接收膜片传递给蓝宝石测量膜片。采用固体弹性件进行压力传导，避免了采用硅胶油出现的漏油问题；钛合金接收膜片作为传力介质，受温度变化而发生形变的变形非常小，所以也避免了现有技术中受温度影响较大而导致的测量精度差的问题；钛合金接收膜片发生弹性形变的极限高于与陶瓷片，因此适用压力范围大、测压范围大。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种土压传感器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的土压传感器的感测芯体组件的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1和2所示，本实施例提供了一种土压传感器，包括外部壳体组件、内部结构组件、感测芯体组件、电路组件和气路组件。

外部壳体组件包括电源防护罩1、法兰5、外壳16、头部端盖18和硅胶垫19。电源防护罩1为下端敞口的圆柱形壳体，且在下端周侧设有凸耳或凸沿，4个M5螺丝2从凸耳或凸沿向下穿设并与法兰5旋紧，从而使电源防护罩1与法兰5相固定。外壳16为圆筒状，上端与法兰5下侧面相抵，两者之间夹设第一密封垫6，4个M5螺丝4从法兰5上侧面向下穿设并与外壳16旋紧，从而使外壳16与法兰5相固定。土压传感器整体通过法兰5上6个φ13通孔和2个M12螺纹孔与外部设备连接。头部端盖18呈上端敞口、下端具有端面的回转体状，上端设有M60内螺纹，外壳16下端设有M60外螺纹，头部端盖18与外壳16通过M60螺纹连接，旋紧后再进行焊接。头部端盖18的下端中部设有上大下小的第一阶梯孔，在第一阶梯孔的阶梯面上设有与第一阶梯孔同轴的三个凸环(图中未示出)，被压紧的硅胶垫19被凸环进一步挤压，提高密封效果。硅胶垫19与第一阶梯孔相适配并安装在第一阶梯孔处，硅胶垫19的上侧边缘被固定座12下端压紧，而硅胶垫19的上侧非边缘部分与钛合金接收膜片28的下侧面相贴紧或贴合。

外壳16采用高强度304不锈钢材质，法兰5与外壳16相接处装有密封垫，起到防水、防尘作用；外壳16与头部端盖18使用M60螺纹牢固锁紧，同时相接处再使用焊接工艺密封接口，保证整个装置的密封性和强度，防护等级可达IP67。外部壳体组件是一种全封闭、高防护等级、能适用于各种恶劣环境的全不锈钢材质的结构装置，具有高稳定性、抗冲击，耐高压、耐腐蚀的特点。

内部结构组件包括连接件8、固定座12和紧固件13。连接件8呈筒状，套在外壳16内，上端与法兰5的下侧密封焊接；上端外侧设有第一密封圈7，从而使连接件8上端与外壳16上端相密封；下端设有M42外螺纹，用于与固定座12连接。固定座12呈上端敞口、下端设有端面的回转体状；内侧设有M42内螺纹，通过M42螺纹将连接件8和固定座12相固定；在连接件8和固定座12螺纹连接的位置设有第二密封垫10，实现螺纹处的密封；下端端面设有上大下小的第二阶梯孔，感测芯体组件14的下端与第二阶梯孔相适配并安装在第二阶梯孔处；下端外侧设有第二密封圈15，从而使固定座12下端与外壳16下端相密封；下端与硅胶垫19的上侧边缘相抵，使硅胶垫19的大圆垫体被挤压固定在固定座12的下端与第一阶梯孔的阶梯面之间。紧固件13为上端设有端面、下端敞口的回转体；下端外侧设有M42外螺纹，与固定座12旋合后将基体的最大外圆柱挤压固定在紧固件13的下端和固定座12的下端端面之间。

感测芯体组件14包括基座26、电路保护罩24、芯体电路板25、支撑环27、钛合金接收膜片28和蓝宝石测量膜片(图中未示出)。基座26呈多级阶梯轴状，最大外圆柱挤压固定在紧固件13的下端和固定座12的下端端面之间，最大外圆柱上侧的小圆柱顶部设有第一沉孔，下侧的阶梯圆柱底部设有第二沉孔；阶梯圆柱的大圆柱外侧与第二阶梯孔之间设置有第三密封圈17，实现基座26下段与固定座12下段的密封。电路保护罩24和芯体电路板25设置于第一沉孔内，且芯体电路板25被电路板护罩密封于第一沉孔内。支撑环27焊接固定于第二沉孔内。钛合金接收膜片28与支撑环27焊接固定，钛合金接收膜片28的下侧与硅胶垫19上侧相贴。蓝宝石测量膜片的下侧与钛合金接收膜片28的上侧相贴，蓝宝石测量膜片的上侧印刷有应片敏感电桥电路(图中未示出)。蓝宝石测量膜片位于与第二沉孔的孔底之间设有间距。蓝宝石测量膜片与支撑环27形成周边支撑中间内空的感力弹性体形成周边支撑、中间内空的感力弹性体。中间内空作用一为蓝宝石膜片变形提供空间；作用二，通过限位可防止蓝宝石测量膜片过载时因过度弯曲而破裂，形成对传感器的抗过载保护。在蓝宝石测量膜片上表面用厚膜工艺技术将应变电阻做成传感器的电路(应片敏感电桥电路)，由于应变电阻的应变效应，微小变形会使电路的电阻值发生变化，当输入了一定的电压的时候，它的电流就会发生改变了，这个变化的电流值，就会转化为土压的电流信号，通过线路与高性能放大电路连接，在与输入、输出端口四芯插头连接，对外进行信号输出。需要指出的是，关于应片敏感电桥电路、放大电路等均为传感器中所熟知的电路，因此本实施例中不对电路具体形式及连接关系进行介绍，这也不是本申请所要解决的技术问题。

电路组件包括四芯航空插头3和PCB组件9。法兰5的中部设有航插安装孔，四芯航空插头3密封安装在航插安装孔中并从法兰5的上侧露出。PCB组件9有两个，相叠置，两个PCB组件9通过6个铜柱11直接或间接固定在紧固件13的顶部。应片敏感电桥电路与芯体电路板25电连接，芯体电路板25与PCB组件9电连接，PCB组件9与四芯航空插头3电连接，形成闭环输入、输出通道。需要指出的是，具体的电路连接可采用现有传感器中的电路连接形式，这并非本申请所要解决的技术问题，因此不在此赘述。

气路组件包括从上至下依次连接的直径1.5mm的铜管20、内径1.4mm的硅胶管21、变径转换头22、大直径的硅胶管23、变径转换头22、内径1.4mm的硅胶管21和直径1.5mm的铜管20。四芯航空插头3中间设置有φ1.5mm的第一穿孔，PCB组件9设置有第二穿孔，紧固件13的端面设置有第三穿孔，电路保护罩24设置有第四穿孔，基座26设置有第五穿孔，上侧的铜管20密封穿设于第一穿孔中且从四芯航空插头3的上端露出，下侧的铜管20依次穿过第二穿孔、第三穿孔和第四穿孔并与第四穿孔密封，下侧的铜管20从电路保护罩24的下侧漏出，第五穿孔连通第一沉孔和第二沉孔。在气路组件的周侧、电路保护罩24以上、法兰5及四芯航空插头3以下、连接件8和固定座12以内的空间填充有密封树脂。

由于工作环境恶劣，为避免PCB组件9上电子器件受到液体和气体的腐蚀，在整个内部结构中采用密封设计。同时蓝宝石测量膜片需要内外气压平衡(不受到土压时，蓝宝石测量膜片上下面不存在压差)，因此在内部结构中设计了上述的气路通道。除去各零件所占实体的空间、除去第一沉孔被电路保护罩24封住的空间、除去第二沉孔被钛合金接收膜片28封住的空间以及除去第五穿孔，外壳16内部剩余空间填充有密封树脂，不仅密封性好，而且电子、电路元件的稳定性好。

本实施例提供的土压传感器为全封闭机构，结构坚固、耐腐蚀、抗震动、抗坚硬砂粒冲击、可适用于多种恶劣环境下泥浆、液体等压力的检测。采用耐磨、高弹性的蓝宝石材料，并在材料表面印刷应片敏感电桥电路，形成蓝宝石测量膜片，使信号输出稳定，免于维护。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种土压传感器，包括外部壳体组件和位于所述外部壳体组件内的感测芯体组件，其特征在于，所述外部壳体组件包括硅胶垫，所述感测芯体组件包括钛合金接收膜片和蓝宝石测量膜片，所述钛合金接收膜片的下侧与所述硅胶垫上侧相贴，所述蓝宝石测量膜片的下侧与所述钛合金接收膜片的上侧相贴，所述蓝宝石测量膜片的上侧印刷有应片敏感电桥电路。

2.根据权利要求1所述的土压传感器，其特征在于，所述外部壳体组件还包括电源防护罩、法兰、外壳以及头部端盖，所述电源防护罩可拆卸地罩设于所述法兰的上侧，所述法兰的下侧与所述外壳的上端可拆卸地密封连接，所述头部端盖的上端与所述外壳的下端密封焊接，所述头部端盖的下端中部设有上大下小的第一阶梯孔，在所述第一阶梯孔的阶梯面上设有与所述第一阶梯孔同轴的三个凸环，所述硅胶垫与所述第一阶梯孔相适配并安装在所述第一阶梯孔处。

3.根据权利要求2所述的土压传感器，其特征在于，所述土压传感器还包括设置于所述外部壳体组件内的内部结构组件，所述内部结构组件包括连接件、固定座和紧固件，所述连接件的上端与所述法兰的下侧密封焊接，所述固定座的上端与所述连接件的下端可拆卸密封连接，所述固定座的下端中部设有上大下小的第二阶梯孔，所述感测芯体组件的下端与所述第二阶梯孔相适配并安装在所述第二阶梯孔处，所述固定座的下端与所述硅胶垫的上侧边缘相抵，所述紧固件可拆卸的设置于所述固定座内并与所述感测芯体组件的后端相抵。

4.根据权利要求3所述的土压传感器，其特征在于，所述感测芯体组件还包括基座、电路保护罩、芯体电路板和支撑环，所述基座的上端设置有第一沉孔，所述电路保护罩和芯体电路板设置于所述第一沉孔内，且所述芯体电路板被所述电路板护罩密封于所述第一沉孔内，所述基座的下端设置有第二沉孔，所述支撑环焊接固定于所述第二沉孔内，所述钛合金接收膜片与所述支撑环焊接固定，所述蓝宝石测量膜片与所述第二沉孔的孔底之间设有间距。

5.根据权利要求4所述的土压传感器，其特征在于，所述土压传感器还包括电路组件，所述电路组件包括四芯航空插头和PCB组件，所述法兰的中部设有航插安装孔，所述四芯航空插头密封安装在所述航插安装孔中并从所述法兰的上侧露出，所述PCB组件可拆卸的固定于所述紧固件的上侧，所述应片敏感电桥电路与所述芯体电路板电连接，所述芯体电路板与所述PCB组件电连接，所述PCB组件与所述四芯航空插头电连接。

6.根据权利要求5所述的土压传感器，其特征在于，所述土压传感器还包括气路组件，所述气路组件包括从上至下依次连接的铜管、硅胶管、变径转换头、硅胶管、变径转换头、硅胶管和铜管，其中，中间的所述硅胶管的内径大于上下侧的所述硅胶管的内径，所述四芯航空插头中间设置有第一穿孔，所述PCB组件设置有第二穿孔，所述紧固件的端面设置有第三穿孔，所述电路保护罩设置有第四穿孔，所述基座设置有第五穿孔，上侧的所述铜管密封穿设于所述第一穿孔中且从所述四芯航空插头的上端露出，下侧的所述铜管依次穿过所述第二穿孔、第三穿孔和第四穿孔并与所述第四穿孔密封，下侧的所述铜管从所述电路保护罩的下侧漏出，所述第五穿孔连通所述第一沉孔和第二沉孔；在所述气路组件的周侧、所述电路保护罩以上、所述法兰及四芯航空插头以下、所述连接件和固定座以内的空间填充有密封树脂。

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