CN2190296Y - 高精度应变式压力传感器 - Google Patents

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王设希
何金
程应辉
黄华
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Abstract

一种高精度应变式压力传感器，由筒形弹性体和 4个应变片构成。其特征是：筒形弹性体的封闭顶部 厚度较薄并在外表面设置有2个应变片，筒形弹性体 的一段相对两侧削成平面使筒壁厚度较薄并在两平 面上分别设置1个应变片，筒形弹性体外表面还可以 有环形隔离槽，从而使该压力传感器具有高精度、小 体积、量程覆盖范围宽、易于加工装配、成本低、性能 稳定可靠等特点。可广泛用于计量、工业、能源、石油 化工等压力测量领域。

Description

本实用新型涉及一种测量压力的传感器，特别涉及一种高精度应变式压力传感器，广泛适用于计量、工业、能源、石油、化工等领域的压力测量。
现有应变式压力传感器，一般由整体式圆筒形弹性体和设置在该弹性体圆筒形外壁上的4个应变片组成，如图1所示，这种传感器虽然结构简单、制造方便、适用性强、体积小、成本低，但由于这种传感器结构较不合理，测量精度较低，一般为0.3％～0.5％，使其适用范围受到限制。
本实用新型之目的旨在克服上述现有技术中的不足，提供一种高精度应变式压力传感器。
本实用新型的技术解决方案是：一种高精度应变式压力传感器，由筒形弹性体、设置在该筒形弹性体外表面的4个应变片组成，其特征之处是：所述筒形弹性体（1）的一端顶部（4）封闭且顶部（4）厚度较薄、顶部（4）外表面设置有2个应变片C1、C2；所述筒形弹性体（1）的一段相对应的两侧外表面呈平面（5）或相似形状、使筒壁厚度较薄，而与平面（5）相邻的两侧的筒壁厚度较厚，并在两侧平面（5）上分别设置有一个应变片T1、T2。
本实用新型技术解决方案中所述筒形弹性体（1）的外表面还可以有圆环形隔离槽（3），以减小诸如接管嘴、壳体等的变形对贴片区域的影响。
本实用新型技术解决方案中所述筒形弹性体（1）的未封闭的一段可以有外螺纹（6），以便于联接。
本实用新型具有下列特点：
（1）筒形弹性体1的一段相对应的两侧外表面呈平面5，即：将现有技术中筒体的外圆柱面削出两个平面，同时在未削平的部位加大壁厚，这一改变使弹性体在受压后的应力状态发生了质的改变：削平处的壁厚很薄，而其它部位的刚度相对大得多，所以使平壁上与内孔相对应的区域既存在象现有技术那样的拉应变，同时又存在现有技术中所没有的弯曲应变，两者的比值随结构参数的不同而异，由于两种应变对非线性的贡献符号相反，所以两者的综合作用的结果就在很大程度上使非线性得到了相互补偿，使得传感器的非线性大大改善；采用组合（筒、膜片）贴片法，即在两侧平面5上各贴一个应变片T1、T1，在筒形弹性体1的顶部4（厚度很薄，相当于平膜片，当压力作用时产生弯曲变形）设置2个应变片C1、C2，4个应变片构成全桥，试验结果表明：本实用新型比现有技术的非线性提高了3倍以上，传感器的输出信号增大，采用这种非线性相互补偿的原理来提高传感器的线性度效果十分明显；
（2）采用整体式结构，包括接管嘴、安装部分等均设计成一体，在压力敏感区域（贴片区域）与非有用变形区域之间设置应力隔离槽3，在平壁上与内孔相对应的区域具有应力集中效应，除贴片处的有用区域外，其它区域尽可能增加刚度，这样就在结构上保证了滞后及重复性误差大幅度减小，滞后、重复性都优于0.03％，精度提高的效果十分明显；
（3）结构和加工工艺简单，成本低廉，结构合理，体积小，易于装调，方便实用，成品率高，一致性好，量程复盖范围宽，性能稳定可靠，在工程技术和科学实验的各个领域中具有广阔的应用前景。
图1是现有技术结构示意图；
图2是图1的B－B视图；
图3是本实用新型实施例结构示意图；
图4是图3的A－A视图；
图5是本实用新型实施例中4个应变片构成的全桥电路原理图。
图中：1－筒形弹性体，2－应变片，3－隔离槽，4－顶部，5－平面，6－外螺纹。
下面是本实用新型的实施例：
一种高精度应变式压力传感器，由筒形弹性体1和4个应变片构成；筒形弹性体1的一端顶部4封闭、顶部4厚度较薄、顶部4外表面设置有2个应变片C1、C2；筒形弹性体1的靠顶部4一段的相对应的两侧外表面呈平面5、使筒壁厚度较薄、而与平面5相邻的两侧的筒壁厚度较厚，两侧平面5上分别设置有一个应变片T1、T2；筒形弹性体1的外表面（平面的尾端处）有圆环形隔离槽3。
下面是中国测试技术研究院对该传感器的标定结果：
量程（MPa）：        100        60        6        35
电源（V·D·C）：        12        12        12        12
满量程输出（mv）：        29.411        20.189        21.794        20.468
线性（％F·S）：        0.01        0.02        0.02        0.01
重复性（％F·S）：        0.01        0.01        0.013        0.01
滞后（％F·S）：        0.03        0.01        0.027        0.01
总精度（％F·S）：        0.03        0.03        0.04        0.03
工作温度范围（℃）：        －10～50
热零点漂移（％F·S／C）：        0.02        0.002        0.02        0.003
热灵敏度漂移（％F·S／C）：        0.02        0.003        0.02        0.003
零点时漂（％F·S／小时）：        0.01        0.01        0.01        0.01
从标定结果看，这种传感器输出信号大、精度好、温度性能好。
测量压力时，应变片感受筒形弹性体1的应变，4个应变片组成测量全桥后输出与压力成正比的电压信号，即可准确测出压力。

Claims (3)

1、一种高精度应变式压力传感器，由筒形弹性体、设置在该筒形弹性体外表面的4个应变片组成，其特征是：所述筒形弹性体(1)的一端顶部(4)封闭且顶部(4)厚度较薄、顶部(4)外表面设置有2个应变片C1、C2；所述筒形弹性体(1)的一段相对应的两侧外表面呈平面(5)，使筒壁厚度较薄，并在两侧平面(5)上分别设置有一个应变片T1、T2。
2、按权利要求1所述的高精度应变式压力传感器，其特征是：所述筒形弹性体（1）的外表面可以有圆环形隔离槽（3）。
3、按权利要求1或2所述的高精度应变式压力传感器，其特征是：所述筒形弹性体（1）的未封闭的一段可以有外螺纹（6）。
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