CN219511711U - 一种新型磁电压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及压力传感器领域，公开了一种新型磁电压力传感器。本实用新型的新型磁电压力传感器包括一端封闭且具有弹性的波纹管，波纹管封闭一端的内侧固接有磁体，磁体的磁场中固定设置有用于感知磁场强度变化的线性霍尔传感器，波纹管固定密封在壳体内，壳体外侧设置有与待测介质容器或者管道连接的连接头，连接头开设有与壳体相通的连接孔，待测介质通过该孔进入壳体内，对波纹管产生挤压，本实用新型中使用波纹管代替传统的膜片加惠斯通电桥结构作为压力敏感元件，具有结构简单，成本较低，自安性好，适应范围广的优点。

Description

一种新型磁电压力传感器

技术领域

本实用新型涉及压力传感器领域，尤其涉及一种新型磁电压力传感器领域。

背景技术

压力传感器是最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及汽车、机械工业、自动化、家电等众多领域。

压力传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器等。

但是，目前出现的各种传感器，压力敏感元件多采用压敏薄膜结构，如陶瓷压阻式压力传感器，使用陶瓷膜片作为感力弹性体，对压力敏感的厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥，当压力直接作用在陶瓷膜片的前表面时，陶瓷膜片产生微变形，由于压敏电阻的压敏效应，使电桥产生与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，实现对压力的检测；在陶瓷电容式压力传感器中，采用固定式陶瓷基座和可动陶瓷膜片结构，可动膜片通过玻璃浆料等方式与基座密封固定在一起，两则之间内侧印刷电极图形，从而形成一个可变电容，当膜片上所承受的介质压力变化时，两者之间的电容量随之发生变化，实现对压力的检测。

基于MEMS原理的硅阻式压力传感器，利用单晶硅的压阻效应制成的，在硅膜片特定方向上扩散4个等值的电阻，并连接成惠斯通电桥。当膜片受到外界压力作用，电桥失去平衡时，若对电桥施加激励电源，便可得到与被测压力成正比的输出电压，从而达到测量压力的目的。

然而，硅阻式压力传感器中的硅阻式压力芯片直接暴露在被测压力介质下，这就决定了硅阻式压力在正常情况下只适合测量无腐蚀性的干燥气体的压力，应用领域窄。为了拓宽应用范围，检测腐蚀性气体时，整个硅芯片需要涂覆一层保护胶层；测量液体压力时，涂覆保护胶已经不起作用，需在压力腔填充硅油，并在入口端封装膜片，从而使得被测压力通过膜片和硅油传递到硅芯片上，上述改进明显增加了压力传感器的复杂程度，工艺难度大、良品率低、制造成本高。

中国实用新型专利CN204718722U公开了一种基于磁原理的压力传感器，使用薄膜组件作为压力敏感元件，在薄膜组件上形成有磁膜用来当作磁性元件提供磁场，压力传感器还包括壳体，所述壳体具有一开口，与紧固在所述开口上的所述薄膜组件形成密闭腔体，所述磁性元件与所述磁场传感器设置在所述腔体内，所述压力进口设置在所述腔体的外侧，上述结构依然依赖于膜片结构的压力敏感元件，虽然优选丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物复合金属纤维膜作为薄膜组件，具有较好的化学稳定性和较宽的温度适应性，可以耐受大部分压力介质，适用范围广，但是介质压力直接作用在膜片结构上，当外界压力超出量程压力时，还是存在相当大的爆破的风险，自安性不足，同时工艺复杂，成本较高，无法保证在恶劣的使用环境下安全稳定的信号输出。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型磁电压力传感器，使得所述压力传感器具有成本低，结构简单，自安性好，无爆破风险，能够保证在恶劣的使用环境下安全稳定的信号输出。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种新型磁电压力传感器的技术方案，包含：

一种新型磁电压力传感器，包括一端封闭且具有弹性的波纹管，波纹管封闭的一端内侧固接有磁体，磁体的磁场中固定设置有用于感知磁场强度变化的线性霍尔传感器，线性霍尔传感器密封固定在波纹管的敞开端，线性霍尔传感器的引线从波纹管内密封引出，波纹管固定密封在壳体内，壳体外侧设置有与待测介质容器或者管道连接的连接头，连接头开设有与壳体相通的连接孔，待测介质通过所述连接孔进入壳体内，对波纹管产生挤压。

进一步，所述磁体的磁极与波纹管的轴线平行设置。

进一步，所述线性霍尔传感器为TDK-Micronas公司生产的线性霍尔传感器，所述线性霍尔传感器具有感应磁场强度变化、信号放大、线性化处理和温度补偿处理的电路。

进一步，所述波纹管为不锈钢波纹管。

进一步，所述磁体通过磁体支架与波纹管固定连接。

进一步，波纹管的开口的一端部密封固接有法兰板，法兰板的周缘与壳体密封连接，线性霍尔传感器与法兰板固定连接，且密封容置在波纹管与法兰板所组成的容置空间内，线性霍尔传感器的引线从波纹管内部引出设置在壳体的外部，壳体的底部设置有与待测介质容器或者管道连接的连接头，连接头内设置有与壳体内部容置空间相通的连接孔。

进一步，所述线性霍尔传感器固定设置在一个固定架上，固定架与法兰板固定连接。

本实用新型的新型磁电压力传感器相对于现有技术，有以下优点：使用波纹管作为敏感元件，将磁体及霍尔传感器内置密封在波纹管内，待测介质压力作用在波纹管外表面，压力作用促使波纹管发生压缩变形，进而带动波纹管内部固定连接的磁体发生轴向位移变化，导致磁场强度变化，霍尔传感器将采集到的磁场强度变化信号处理后进行输出对应的电信号，本实用新型中，波纹管作为敏感元件无需激励电压，同时由于待测介质压力作用于波纹管外表面，根据波纹管的特性，在设定的压力范围内，波纹管压缩位移量与其所受到的压力成正比，在超出设定压力的情况下，波纹管只会不断产生溃缩至压扁，不会产生爆破，使得本实用新型的磁力传感器具有良好的自安性，不会因为爆破而导致待测压力介质的污染和泄露，能够广泛应用于有毒及腐蚀性的液体、气体的压力检测中，同时本实用新型的磁电压力传感器结构简单，成本较低，能够得到更加广泛的应用和推广。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例新型磁电压力传感器结构爆炸图；

图2是本实用新型第一实施例新型磁电压力传感器整体外观结构示意图；

图3是本实用新型第一实施例新型磁电压力传感器装配结构剖面示意图；

图4是本实用新型第二实施例中磁电压力传感器主体结构分解示意图。

图中标记说明：1、壳体；2、连接头；21、连接孔；3连接槽；4、波纹管；5，5’、磁体；51,51’、磁体支架6、线性霍尔传感器；61、固定架；7、法兰板；8、引线。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

如图1-3所示，本实用新型的磁电压力传感器包括壳体1，以及嵌合在壳体1一端开口部的连接槽3，在壳体1上相对于连接槽3的另一端，设置有连接头2，连接头2主要是用来将磁电压力传感器与待测介质容器或者管道连接固定，连接头2内设置有连接孔21，连接孔21为与壳体内部容置空间连通的孔，待测介质能够通过连接孔21进入到壳体内部容置空间内。

如图1、3所示，为本实用新型第一实施例新型磁电压力传感器的爆炸结构示意图和剖面结构示意图，在壳体1内部容置空间内，靠近连接孔21的一端，设置有一端封闭且具有弹性的波纹管4，波纹管封闭的一端内侧固定设置有磁体5，所述磁体5为环形的磁铁，磁体5嵌合设置在磁体支架51上，磁体支架51与波纹管封闭的一端端部固定连接，所述磁体5和磁体支架固定设置在波纹管内部容置空间内；磁体的磁场中固定设置有用于感知磁场强度变化的线性霍尔传感器6，所述磁体5套接在所述线性霍尔传感器6外侧，所述线性霍尔传感器6固定设置在一固定架61上，所述固定架61与法兰板7固定连接，法兰板7与壳体内部容置空间截面形状对应，法兰板7嵌合在壳体内，法兰板7的周缘与壳体内壁密封固定连接，所述磁体5的内部磁力线与波纹管4的轴线平行设置，磁体5的一个磁极朝向固定有线性霍尔传感器6的法兰板7设置，所述波纹管4开口的一个端部与法兰板7固定密封连接，所述磁铁和线性霍尔传感器6密封设置在波纹管4与法兰板7所组成的容置空间内，所述波纹管容置在壳体与法兰板所组成的容置空间内，线性霍尔传感器的引线8从所述波纹管内容置空间内引出至法兰板与波纹管相对的另一侧，所述引线8为三组，容置在连接槽3内，连接槽3为两端开口的结构，一端嵌合在壳体内壁，与法兰板抵接，一端为用来与外部设备进行连接。

所述线性霍尔传感器具有集成电路，能够采集磁场强度的变化信号，并对信号进行放大、线性化处理和温度补偿处理，并输出对应的电信号，诸如磁场范围，敏感度，偏置和温度系数等主要特性具有可编程性，所采用的线性霍尔传感器16点校准，在压力测量范围能获得理想的压力特性曲线，使得本实用新型压力传感器静态精度达到0.1-1％F.S.的高精度，线性霍尔传感器每条引线都设有反向电压和过电压保护，无需在外电路上另加保护电路。

本实用新型磁电压力传感器采用的是TDK-Micronas公司生产的线性霍尔传感器，优选型号为HAL2425，当然也可以选用其他公司生产具有相似功能的霍尔传感器。

如图4所示，为本实用新型第二实施例中的新型磁电压力传感器的局部结构爆炸图，第二实施例与第一实施例中的新型磁电压力传感器区别主要是在于波纹管内磁体的设置方式不同，在第二实施例中，磁体5’设置在波纹管4封闭一端的内侧，所述磁体5’内部的磁力线与波纹管4的轴线平行设置，所述磁体5’为圆柱形磁铁，当然也可以是其他形状的磁体，所述磁体5’设置在磁体支架51’上，磁体支架51’与波纹管封闭的一端端部固定连接，磁体5’的磁场中固定设置有用于感知磁场强度变化的线性霍尔传感器6，所述磁体5’设置所述线性霍尔传感器6的一个侧面，其中磁体5’的一个磁极朝向固定有线性霍尔传感器6的法兰板7设置，所述线性霍尔传感器6固定设置在一固定架61上，所述固定架61与法兰板7固定连接，法兰板7与壳体内部容置空间截面形状对应，法兰板7嵌合在壳体内，法兰板7的周缘与壳体1内壁密封固定连接，所述波纹管4的开口的一个端部与法兰板7固定密封连接，所述磁铁5’和线性霍尔传感器6密封设置在波纹管4与法兰板7所组成的容置空间内，所述波纹管4容置在壳体1与法兰板7所组成的容置空间内，线性霍尔传感器的引线8引出至法兰板7与波纹管4相对的另一侧，所述引线8为三组，容置在连接槽3内，连接槽3为两端开口的结构，一端嵌合在壳体内壁，与法兰板抵接，一端为用来与外部设备进行连接。

本实用新型中使用波纹管作为压力敏感元件，无需激励电压，同时由于波纹管的特性，当来自于待测介质的压力作用在波纹管外表面时，使得波纹管4沿着垂直于折叠皱纹片的方向压缩，在设定的压力范围内，波纹管压缩位移量与其所受到的压力成正比，在超出设定压力的情况下，波纹管只会不断产生溃缩至压扁，不会产生爆破，使得本实用新型的磁力传感器具有良好的自安性；为了能够更好的适应恶劣的使用环境，本实用新型中波纹管优选为不锈钢波纹管，不锈钢波纹管能够适应更广的温度范围，常规的不锈钢能够耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀介质；优选的还可以使用耐酸钢，能够耐酸、碱、盐等化学腐蚀介质，能够长久的接触一些危险及腐蚀性液体和气体介质，本实用新型用波纹管作为敏感元件的磁电压力传感器能够在–40℃～135℃的温度范围下正常使用，能够在一些恶劣的使用环境下提供准确，稳定的信号输出，具有更广泛的适应性。

使用时，待测压力介质通过连接孔21进入壳体内部，进而作用到波纹管4的外表面上，由于波纹管4的特性，在外部压力作用下，波纹管4沿着垂直于折叠皱纹片的方向产生压缩变形，待测介质的压力促使波纹管的自由端朝向线性霍尔传感器6所在位置的一端发生轴向位移，进而带动内置在波纹管自由端的磁体发生轴向位移，与磁体的磁场对应设置的线性霍尔传感器6具有集成电路，能够采集磁场强度变化信号，且对信号进行放大、线性化处理，及温度补偿处理，并输出对应的电信号，完成对待测介质的压力测量。

本实用新型的新型磁电压力传感器使用波纹管作为压力敏感元件，用来代替工艺复杂的膜片加惠斯通电桥类压力敏感元件，制作工艺简单，成本较低，波纹管将磁体及线性霍尔传感器密封在其内部空间内，待测介质压力作用在波纹管的外表面，在设定的压力范围内，波纹管压缩位移量与其所受到的压力成正比，在超出设定压力的情况下，波纹管只会不断产生溃缩至压扁，不会发生压力敏感元件爆破、从而导致的介质泄露或者污染的现象，使得本实用新型的磁力传感器具有良好的自安性，使用安全性高，因此本实用新型的磁电压力传感器能够在更广范围，更恶劣的使用环境下使用。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (7)

1.一种新型磁电压力传感器，其特征在于：包括一端封闭且具有弹性的波纹管，波纹管封闭的一端内侧固接有磁体，磁体的磁场中固定设置有用于感知磁场强度变化的线性霍尔传感器，线性霍尔传感器密封固定在波纹管的敞开端，线性霍尔传感器的引线从波纹管内密封引出，波纹管固定密封在壳体内，壳体外侧设置有与待测介质容器或者管道连接的连接头，连接头开设有与壳体相通的连接孔，待测介质通过所述连接孔进入壳体内，对波纹管产生挤压。

2.根据权利要求1所述的新型磁电压力传感器，其特征在于，所述磁体的磁极与波纹管的轴线平行设置。

3.根据权利要求1所述的新型磁电压力传感器，其特征在于，所述线性霍尔传感器为TDK-Micronas公司生产的线性霍尔传感器，所述线性霍尔传感器具有感应磁场强度变化、信号放大、线性化处理和温度补偿处理的电路。

4.根据权利要求1所述的新型磁电压力传感器，其特征在于，所述波纹管为不锈钢波纹管。

5.根据权利要求1所述的新型磁电压力传感器，其特征在于，所述磁体通过磁体支架与波纹管固定连接。

6.根据权利要求1所述的新型磁电压力传感器，其特征在于，波纹管的开口的一端部密封固接有法兰板，法兰板的周缘与壳体密封连接，线性霍尔传感器与法兰板固定连接，且密封容置在波纹管与法兰板所组成的容置空间内，线性霍尔传感器的引线从波纹管内部引出设置在壳体的外部，壳体的底部设置有与待测介质容器或者管道连接的连接头，连接头内设置有与壳体内部容置空间相通的连接孔。

7.根据权利要求6所述的新型磁电压力传感器，其特征在于，所述线性霍尔传感器固定设置在一个固定架上，固定架与法兰板固定连接。