CN219265544U - 一种波纹膜片式的压电压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种波纹膜片式的压电压力传感器，提高压电压力传感器的线性度，具体方案如下：一种波纹膜片式的压电压力传感器，包括壳体，所述壳体顶部设置有波纹膜片。

Description

一种波纹膜片式的压电压力传感器

技术领域

本实用新型涉及压力传感器技术领域，尤其是一种波纹膜片式的压电压力传感器。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

压力传感器是测量和检测系统压力的传感器件，在航空航天、军工、石化等领域得到广泛应用。压力传感器有应变式、压阻式、电容式、压电式。其中压电传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大等特点，受到广泛重视。传统压电压力传感器的膜片结构采用平膜片或垂链式膜片，存在线性度差的问题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种波纹膜片式的压电压力传感器，提高压电压力传感器的线性度。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种波纹膜片式的压电压力传感器，包括壳体，所述壳体顶部设置有波纹膜片。

进一步地，所述波纹膜片上设置有多圈波纹凸起。

进一步地，所述多圈波纹凸起同心。

进一步地，所述波纹膜片底部设置有加速度补偿结构。

进一步地，所述加速度补偿结构包括传力块、压电晶体、电极片、补偿压电晶体、补偿电极片和补偿质量块。

进一步地，所述波纹膜片底部从上到下依次设置有传力块、交错设置的压电晶体与电极片、补偿压电晶体、补偿电极片和补偿质量块，所述传力块与压电晶体接触。

进一步地，所述压电晶体与电极片通过高温导电胶粘节。

进一步地，所述补偿压电晶体和补偿质量块直接接触。

进一步地，所述加速度补偿结构外侧设置有绝缘套筒。

进一步地，所述加速度补偿结构底部设置有芯体。

上述本实用新型的有益效果如下：

1)本实用新型采用波纹膜片，利用波纹膜片波纹间的结构形变和自调整来减小自身变形应力，从而改善传感器的线性度和响应灵敏度。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型根据一个或多个实施方式的一种波纹膜片式的压电压力传感器的主视图。

图2是本实用新型根据一个或多个实施方式的一种波纹膜片式的压电压力传感器的结构示意图。

图3是本实用新型根据另一个或多个实施方式的一种波纹膜片式的压电压力传感器的波纹膜片结构示意图。

图4是本实用新型根据另一个或多个实施方式的一种波纹膜片式的压电压力传感器的波纹膜片线性度图。

图5是垂链式膜片线性度图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1.波纹膜片2.传力块3.压电晶体4.电极片5.绝缘套筒6.补偿质量块7.补偿电极片8.补偿压电晶体9.芯体10.壳体。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本实用新型另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语解释部分：本实用新型中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

实施例一

一种波纹膜片式的压电压力传感器，包括壳体9，壳体顶部焊接有波纹膜片1，波纹膜片上设置有多圈波纹凸起，多圈波纹凸起同心。

具体的，如图3所示，波纹膜片是一种薄壳弹性体，是具有同心环状的圆膜片。波纹膜片在一定压力下具有近于直线的弹性特性曲线，弹性性能良好能够无损传递压力且可以消除自身变形所产生的应力影响。

波纹膜片底部设置有加速度补偿结构。

动态压力测量过程由于被测压力的突然出现和迅速变化往往引起受压部件的强烈振动，而压力传感器往往对振动具有一定的敏感性，特别是压电压力传感器对轴向加速度的敏感性更为显著，而且是其原理结构所决定的。

加速度补偿结构的作用是将传感器的轴向加速度灵敏度降低，从而提高测量精度。

实现加速度补偿需要满足关系：

m1是膜片加传压块的等效质量，m2是补偿用惯性质量，α1和α2分别是压电晶体和补偿压电晶体的压电系数，压电晶体和补偿压电晶体的材质相同，则α1＝α2，所以只要m₂＝2m₁就能保证传感器对轴向加速度的灵敏度为零。

加速度补偿结构包括传力块2、压电晶体3、电极片4、补偿压电晶体6、补偿电极片7和补偿质量块8、波纹膜片底部从上到下依次设置有传力块、交错设置的压电晶体与电极片、补偿压电晶体、补偿电极片和补偿质量块。

具体的，加速度补偿晶体组结构由四个压电晶体片、四个电极片和两个质量块组成。压电晶体与补偿压电晶体均为压电晶体片，材质相同；两块质量快分别为传力块和补偿质量块，补偿质量块的质量为传力块的二倍。

如图2所示，第一质量块为传力块，传力块下方依次设置有第一压电晶体片、第一电极片、第二压电晶体片、第二电极片、第三压电晶体片、第三电极片、补偿压电晶体、补偿电极片和补偿质量块。

第一压电晶片和第二压电晶片用于产生电荷信号，传感器的加速度补偿模块由补偿质量块和补偿压电晶体片组成，用于消除整个晶体组的轴向加速度敏感性。第三压电晶体片与补偿压电晶体片在压力测量过程中产生极性相反的电荷，提高整个晶体组的灵敏度。第二电极片用于接地，电极片用于输出晶体组信号。

压电晶体与电极片通过高温导电胶粘节，补偿压电晶体和补偿质量块直接接触。

所述加速度补偿结构底部设置有芯体8，加速度补偿结构轴向方向通过波纹膜片和芯体固定，加速度补偿结构外侧设置有绝缘套筒5，径向方向通过绝缘套筒固定。

波纹膜片具有优异的力学弹性性能、抗腐蚀、厚度小等特点。要使膜片无损耗的传递压力，则必须消除自身变形应力的影响，波纹形膜片可以通过波纹间的结构形变和自调整来减小自身变形应力，从而改善传感器的线性度和响应灵敏度。波纹膜片在一定压力下具有近于直线的弹性特性曲线，弹性性能良好能够无损传递压力且可以消除自身变形所产生的应力影响。波纹膜片与平膜片相比，在同样的工作半径、同样材料、同样膜片厚度的情况下，波纹膜片具有较好的线性度。

传统压电压力传感器的膜片结构为平膜片或垂链式膜片，但平膜片和垂链式膜片线性度不如波纹膜片，而且波纹膜片在一定压力下具有趋近于直线的弹性特性曲线和良好的耐腐蚀性能，所以压电式压力传感器弹性敏感元件选择波纹膜片。

在ANSYS里进行仿真模拟，对膜片进行约束后，分别对垂链式膜片和波纹膜片表面施加均布载荷，结果如表1。

根据表1数据进行分析得到图4和图5，可以知道波纹膜片比垂链式膜片线性度更好。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种波纹膜片式的压电压力传感器，其特征在于，包括壳体，所述壳体顶部设置有波纹膜片，所述波纹膜片上设置有多圈波纹凸起，所述多圈波纹凸起同心。

2.根据权利要求1所述的一种波纹膜片式的压电压力传感器，其特征在于，所述波纹膜片底部设置有加速度补偿结构。

3.根据权利要求2所述的一种波纹膜片式的压电压力传感器，其特征在于，所述加速度补偿结构包括传力块、压电晶体、电极片、补偿压电晶体、补偿电极片和补偿质量块。

4.根据权利要求3所述的一种波纹膜片式的压电压力传感器，其特征在于，所述波纹膜片底部从上到下依次设置有传力块、交错设置的压电晶体与电极片、补偿压电晶体、补偿电极片和补偿质量块，所述传力块与压电晶体接触。

5.根据权利要求4所述的一种波纹膜片式的压电压力传感器，其特征在于，所述压电晶体与电极片通过高温导电胶粘节。

6.根据权利要求4所述的一种波纹膜片式的压电压力传感器，其特征在于，所述补偿压电晶体和补偿质量块直接接触。

7.根据权利要求2所述的一种波纹膜片式的压电压力传感器，其特征在于，所述加速度补偿结构外侧设置有绝缘套筒。

8.根据权利要求2所述的一种波纹膜片式的压电压力传感器，其特征在于，所述加速度补偿结构底部设置有芯体。

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