CN220251071U - 一种密封增强型温湿压传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种密封增强型温湿压传感器，温湿压传感器整体插入安装孔内使用，包括：温湿压传感器主体以及双密封结构，双密封结构包括第一级密封结构和第二级密封结构，第一级密封结构设置在传感器法兰安装面处，实现为氟醚密封圈作为一级端密封；第二级密封结构设置在温湿压传感器的安装孔内部，实现为采用导电密封圈作为二级侧面密封，从而确保传感器与安装孔之间的密封性要求；温湿压传感器内部采用硅胶灌封。通过采用氟醚密封圈作为一级端密封，采用导电密封圈作为二级侧面密封，在不影响测量数据准确性，降低电磁干扰的情况下大幅提高温湿压传感器法兰安装面以及安装孔与传感器主体的密封性能。

Description

一种密封增强型温湿压传感器

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，尤其涉及一种密封增强型温湿压传感器。

背景技术

温度,湿度和压力参数的测量不仅与日常生活密切相关,在工业生产,气象预报,气候分析,环境监测,航空航天等领域的应用也十分广泛。小尺寸,低功耗,低成本的单片集成传感器可以满足大规模,一次性使用的要求,特别是在气象一次性使用中。然而目前的温湿压传感器与安装面之间的密封通常采用温湿压传感器密封胶完成，用于密封、灌封或者涂敷同质或异质的传感器材质，以起到防潮、防尘、绝缘、隔热、保密、防腐蚀、耐高温、防震等作用的同时保证传感器的使用性能和参数稳定。然而，目前的密封胶耐温范围仅在-50～350摄氏度，温度范围较窄，而且，一般需要对粘接表面进行再次处理，从而满足对于油、水、酸、碱和辐射等的耐受性要求，以延长密封时间，使用过程繁琐，并且再次处理的过程不方便。此外，密封胶的性能会直接影响传感器的数据传输准确性和使用寿命，特别是温湿压传感器的工作环境要求传感器的密封胶必须耐湿热和高温，而目前的二次处理手段仍然难以满足航空航天等特殊领域的要求；第三，配合传感器使用的密封结构仅考虑安装面和传感器之间的密封要求，并未考虑安装孔和传感器之间的密封性能，然而，安装孔和传感器之间的密封性能也会对传感器数据的准确性产生间接的影响。

因此，上述的现有技术确实有待提出更佳解决方案的必要性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种密封增强型温湿压传感器，通过采用氟醚密封圈作为一级端密封，采用导电密封圈作为二级侧面密封的特殊两级双密封结构，在不影响测量数据准确性，降低电磁干扰的情况下大幅提高温湿压传感器法兰安装面以及安装孔与传感器主体的密封性能。

本实用新型提供了一种密封增强型温湿压传感器，其中所述温湿压传感器整体插入安装孔内使用，包括：温湿压传感器主体以及双密封结构，其中所述双密封结构包括第一级密封结构和第二级密封结构，所述第一级密封结构设置在传感器法兰安装面处，所述第一级密封结构实现为氟醚密封圈作为一级端密封；所述第二级密封结构设置在所述温湿压传感器的安装孔内部，所述第二级密封结构实现为采用导电密封圈作为二级侧面密封，从而确保传感器与安装孔之间的密封性要求；所述温湿压传感器内部采用硅胶灌封，确保产品本身的气密性；所述温湿压传感器主体包括：壳体(1)、连接器(2)、支座(3)、支架(4)、主板(5)、探头板(11)以及折叠探头机构，所述折叠探头机构与支座(3)连接，用于防止温湿压传感器倾倒；其中所述壳体(1)为两个直径不同的空心圆柱体一体成型的阶梯状结构，内部容置所述支架(4)、主板(5)以及压力敏感元件，所述探头板(11)从壳体(1)的一端伸出与环境接触，用于对环境温湿度信息进行测量；所述压力敏感元件设置所述主板(5)和所述支架(4)之间，用于对环境压力信息进行测量；所述主板(5)用于进行数据采集和通讯控制。

优选的，所述折叠探头机构包括翻板(6)、第一拉簧轴(7)、第二拉簧轴(8)、支点轴(9)以及两条拉簧(10)；其中，所述翻板(6)通过支架结构固定在所述支座(3)上，所述第一拉簧轴(7)和所述第二拉簧轴(8)分别垂直所述翻板(6)的轴向固定在所述翻板(6)的两侧；所述第一拉簧轴(7)和所述第二拉簧轴(8)远离所述翻板(6)的一侧分别设置第一通孔和第二通孔，用于固定所述两条拉簧(10)的一端；所述支点轴垂直所述支架结构的轴向位置设置，所述支点轴(9)的两端分别设置第三通孔和第四通孔，用于固定所述两条拉簧(10)的另一端。

优选的，所述支架为U型支架，所述U型支架与所述支座(3)一体成型。

优选的，所述支点轴(9)通过所述U型支架的两臂上设置的第五通孔和第六通孔贯穿所述U型支架的两臂设置。

优选的，所述温湿压传感器的内部采用电路板卡槽和硅胶灌封工艺。

优选的，所述支架(4)的内侧贴有铝箔胶带，与不锈钢材质的所述壳体(1)导通。

优选的，所述温湿压传感器还包括适配器(12)，所述适配器(12)设置在所述壳体(1)下方一侧，所述适配器(12)沿垂直所述连接器(2)一侧方向延伸，并且所述适配器(12)的一端与所述壳体(1)外表面抵接，所述适配器(12)用于使得所述折叠探头机构能够沿着设定的角度范围自由移动的过程中对于支座等连接部分不会发生碰磨。

优选的，所述温湿压传感器的壳体(1)的衔接处具有用于连接的第一激光焊接件，上盖结构与壳体(1)之间具有用于连接的第二激光焊接件，所述连接器(2)与所述上盖结构之间具有用于连接的第三激光焊接件。

优选的，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔、第五通孔和第六通孔均为φ2的透气孔。

优选的，所述温湿压传感器除折叠探头部分的其他部分包括第一不锈钢部分，所述折叠探头部分包括第二PEEK树脂部分。

工作原理：

双密封结构的温湿压传感器的测量方法，所述测量方法存在两种模式，分别为监测模式和检测仪模式，包括：

S1，所述双密封结构的温湿压传感器开机自检后自动进入监测模式，所述监测模式通过RS-422A或者模拟量传输温度、湿度、压力数据并上传数据，无下发数据；

S2，持续监测所述双密封结构的温湿压传感器是否收到检测仪的模式切换命令，如果收到，则切换进入检测仪模式；

S3，在检测仪模式下，通过处理器控制单元对敏感元件外部压力采集单元对应的尾部压力敏感元件、内部压力采集单元对应的头部压力敏感元件、内部温湿采集单元对应的探头板(11)输出的数字信号进行分析处理，控制RS-422A通信将所述分析处理后的信息传输给控制端或上位机；同时控制信号调理模块实现温湿压参数的模拟电流输出；所述控制端或上位机通过RS-422A通讯接口控制所述智能温湿压传感器的工作模式，并对所述智能温湿压传感器的配置参数进行修改；电源转换模块完成对外供电的转换处理，为所述温湿压传感器供电；传感器选用的压力、温湿度敏感元件输出的均为数字信号，整体方案基于32位带CAN总线控制器的单片机设计，供电前端采用抗强电磁干扰设计，采用I2C协议采集传感器芯体的实时温湿度和压力数据，按照规定协议封装在CAN总线协议包中，通过CAN总线将数据发送给主机；通信部分采用集成CAN控制器的单片机外加电平隔离芯片和CAN收发器模块来实现隔离CAN通信；温湿度和压力传感器部分采用数字量输出的经过全温度范围温补修正后的数据来表征当前环境温湿度和压力值；电源转换模块完成对外供电的转换处理，为传感器供电。

本实用新型提供的传感器，具有如下有益的技术效果：

(1)温湿压传感器，通过采用氟醚密封圈作为一级端密封，采用导电密封圈作为二级侧面密封的特殊两级双密封结构，在不影响测量数据准确性，降低电磁干扰的情况下大幅提高温湿压传感器法兰安装面以及安装孔与传感器主体的密封性能；

(2)当温湿压传感器被撞击发生倒伏趋势时，所述折叠探头机构基于拉簧施加在翻板上拉力，从而对处于伸出或折叠状态的探头对翻板端产生扭矩防止倒伏，有效保护了使用过程中倒伏导致的传感器损坏以及不明原因的传感器测量精度降低；

(3)传感器调试完成后，结构内部会采用硅胶灌封，确保产品本身的气密性，提高传感器的防水、气密特性；

(4)采用数字信号实现对环境信息的采集和输出，采集精度；

(5)通过软件流程的设计，可以实施智能化传感，在监测模式和检测仪模式下进行触发切换，提高了传感器的适用范围。

附图说明

图1为根据本实用新型优选实施例示出的具有双密封结构的温湿压传感器结构图；

图2为根据本实用新型优选实施例示出的温湿压传感器主体结构示意图；

图3为根据本实用新型优选实施例示出的温湿压传感器内部结构尺寸与架构示意图；

图4为根据本实用新型优选实施例示出的温湿压传感器探头折叠前出T距离示意图；

图5为根据本实用新型优选实施例示出的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例一

参见图1,本实用新型一方面提供了一种密封增强型温湿压传感器，其中所述温湿压传感器整体插入安装孔内使用，包括：温湿压传感器主体以及双密封结构，其中所述双密封结构包括第一级密封结构A和第二级密封结构B，所述第一级密封结构设置在传感器法兰安装面处，所述第一级密封结构实现为氟醚密封圈作为一级端密封A；所述第二级密封结构设置在所述温湿压传感器的安装孔内部，所述第二级密封结构实现为采用导电密封圈作为二级侧面密封B，从而确保传感器与安装孔之间的密封性要求。

作为优选的实施方式，所述温湿压传感器内部采用硅胶灌封，确保产品本身的气密性。

参见图2，作为优选的实施方式，所述温湿压传感器主体包括：壳体1、连接器2、支座3、支架4、主板5、探头板11以及折叠探头机构，所述折叠探头机构与支座3连接，用于防止温湿压传感器倾倒；其中所述壳体1为两个直径不同的空心圆柱体一体成型的阶梯状结构，内部容置所述支架4、主板5以及压力敏感元件(图中未示出)，所述探头板11从壳体1的一端伸出与环境接触，用于对环境温湿度信息进行测量；所述压力敏感元件设置所述主板5和所述支架4之间，用于对环境压力信息进行测量；所述主板5用于进行数据采集和通讯控制。

基于该折叠探头机构实现温湿压传感器的抗倒伏，从而有效保护了使用过程中倒伏导致的传感器损坏以及不明原因的传感器测量精度降低。

作为优选的实施方式，所述折叠探头机构包括翻板6、第一拉簧轴7、第二拉簧轴8、支点轴9以及两条拉簧10。

作为优选的实施方式，所述翻板6通过支架结构固定在所述支座3上，所述第一拉簧轴7和所述第二拉簧轴8分别垂直所述翻板6的轴向固定在所述翻板6的两侧；所述第一拉簧轴7和所述第二拉簧轴8远离所述翻板6的一侧分别设置第一通孔和第二通孔，用于固定所述两条拉簧10的一端；所述支点轴垂直所述支架结构的轴向位置设置，所述支点轴9的两端分别设置第三通孔和第四通孔，用于固定所述两条拉簧10的另一端。

作为优选的实施方式，所述支架为U型支架，所述U型支架与所述支座3一体成型。

作为优选的实施方式，所述支点轴9通过所述U型支架的两臂上设置的第五通孔和第六通孔贯穿所述U型支架的两臂设置。

如图3所示，作为优选的实施方式，传感器内部采用电路板卡槽和硅胶灌封工艺，该工艺操作简单成熟可靠。内部灌封后可以有效加强传感器整体的气密性和抗震性能。产品支架内侧贴有铝箔胶带，与不锈钢壳体导通，起到电磁屏蔽连续的特性。

如图4所示，作为优选的实施方式，所述温湿压传感器还包括适配器12，所述适配器12设置在所述壳体1下方一侧，所述适配器12沿垂直所述连接器2一侧方向延伸，并且所述适配器12的一端与所述壳体1外表面抵接，所述适配器12用于使得所述折叠探头机构能够沿着设定的角度范围自由移动的过程中对于支座等连接部分不会发生碰磨。

其中，所述压力敏感元件和所述探头板11输出的均为数字信号。

作为优选的实施方式，所述智能温湿度传感器最大尺寸为φ40mm×69mm。

作为优选的实施方式，所述温湿压传感器的壳体1的衔接处采用激光焊接的方式连接，上盖结构与壳体1之间通过激光焊接的方式连接，所述连接器2与所述上盖结构之间通过激光焊接的方式连接。

压力敏感元件工作原理：

所述压力敏感元件包括头部压力敏感元件和尾部压力敏感元件，其中所述头部压力敏感元件和探头板11置于传感器结构接口的内腔前端，用来采集被测环境中的温湿压信息；其中头部压力敏感元件通过第一透气孔采集被测环境的压力，所述探头板11完全暴露在被测环境中监测温湿度信息；为了实现压差测量，在传感器的尾部设置所述尾部压力敏感元件，尾部压力敏感元件通过第二透气孔采集大气环境的压力；将头部压力敏感元件和尾部压力敏感元件的采集数值相减获得被测压力差值。

作为优选的实施方式，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔、第五通孔和第六通孔均为φ2的透气孔，当然本领域技术人员根据机械设计的需求，可以设计其他尺寸和形式的通孔，例如增加螺纹连接的备用连接方式。

作为优选的实施方式，所述温湿压传感器通过灌封的方法使壳体1的内部与外部环境完全隔绝；并使用Y30D连接器。

作为优选的实施方式，传感器的所述壳体1内部放置两块电路板，电路板与结构体、电路板与电路板间均采用铜柱连接。

作为优选的实施方式，所述温湿压传感器采用不锈钢与PEEK树脂材料进行分段设计和探头部分折叠设计。具体的，所述温湿压传感器除折叠探头部分的其他部分包括第一不锈钢部分，所述折叠探头部分包括第二PEEK树脂部分。

温湿压传感器的电气设计

(一)外部电气设计

传感器对外电气接口：通过CAN总线接口将温度、湿度、压力数据发送至总线网关控制器。传感器对外电气接口连接器型号为J599/20FC35PHN，当然，本领域技术人员应当知晓，也可以采用其他适当类型的接口连接器，同样在本发明的保护范围内。

(二)内部电气设计

1、电源设计

传感器电源电路设计主要实现将外部供电转换成隔离的5V和3.3V供传感器使用，并满足CAN通信隔离的要求，电路设计主要考虑电源的稳定性、滤波特性、防反接、防电源的尖峰浪涌。电源电磁抑制及保护电路设计方案的设计中采用二极管器件防止电源反接，使用瞬态抑制管防止尖峰浪涌对后续电路的烧坏。使用共模抑制电感和配套的电感和电容，实现对电磁干扰的抑制，提高电源质量与稳定性。电源转换电路设计方案中将外部28V供电通过隔离电源模块转换成5V和3.3V供传感器使用，5V和3.3V输出部分采用0.1uF和10uF电容有效滤除高低频干扰。通过隔离电源模块实现传感器整体供电与外界电源的隔离提高传感器电源的抗干扰能力。

2、处理器设计

处理器是整个传感器的核心，主要用于数据采集处理，通信控制，信号转换。处理器的主要参数涉及供电电压、最高工作主频、内部可编程F l ash、接口资源、片上看门狗以及工作温度。

3、CAN通讯设计

传感器具备与外部设备进行CAN总线通讯的能力，通讯电路设计中，CAN通信电路模块中采用JS1201隔离电平转换芯片将MCU输出信号与CAN总线收发器芯片JMCP2551进行隔离。在CAN收发器芯片部分采用共模电感和TVS管及滤波电容对CAN总线信号进行抗干扰处理，有效提高了传感器受外部总线的干扰。

参见图5所示为该传感器的工作原理图，传感器选用的压力、温湿度敏感元件输出的均为数字信号，实现对环境信息的采集。通过处理器控制单元对敏感元件外部压力采集单元对应的尾部压力敏感元件、内部压力采集单元对应的头部压力敏感元件、内部温湿采集单元对应的探头板11输出的数字信号进行分析处理，控制RS-422A通信将信息传输给控制端或上位机；同时控制信号调理模块实现温湿压参数的模拟电流输出。上位机可以通过RS-422A通讯接口控制传感器的工作模式，并对传感器的配置参数进行修改。电源转换模块完成对外供电的转换处理，为传感器供电。

温湿压传感器的测量方法和工作原理：

测量方法存在两种模式，分别为监测模式和检测仪模式，包括：

S1，所述温湿压传感器开机自检后自动进入监测模式，所述监测模式通过RS-422A或者模拟量传输温度、湿度、压力数据并上传数据，无下发数据；

S2，持续监测所述温湿压传感器是否收到检测仪的模式切换命令，如果收到，则切换进入检测仪模式；

S3，在检测仪模式下，通过处理器控制单元对敏感元件外部压力采集单元对应的尾部压力敏感元件、内部压力采集单元对应的头部压力敏感元件、内部温湿采集单元对应的探头板11输出的数字信号进行分析处理，控制RS-422A通信将所述分析处理后的信息传输给控制端或上位机；同时控制信号调理模块实现温湿压参数的模拟电流输出；所述控制端或上位机通过RS-422A通讯接口控制所述智能温湿压传感器的工作模式，并对所述智能温湿压传感器的配置参数进行修改；电源转换模块完成对外供电的转换处理，为所述温湿压传感器供电；传感器选用的压力、温湿度敏感元件输出的均为数字信号，整体方案基于32位带CAN总线控制器的单片机设计，供电前端采用抗强电磁干扰设计，采用I2C协议采集传感器芯体的实时温湿度和压力数据，按照规定协议封装在CAN总线协议包中，通过CAN总线将数据发送给主机；通信部分采用集成CAN控制器的单片机外加电平隔离芯片和CAN收发器模块来实现隔离CAN通信。温湿度和压力传感器部分采用数字量输出的经过全温度范围温补修正后的数据来表征当前环境温湿度和压力值；电源转换模块完成对外供电的转换处理，为传感器供电。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种密封增强型温湿压传感器，其中所述温湿压传感器整体插入安装孔内使用，其特征在于，包括：温湿压传感器主体以及双密封结构，其中所述双密封结构包括第一级密封结构和第二级密封结构，所述第一级密封结构设置在传感器法兰安装面处，所述第一级密封结构实现为氟醚密封圈作为一级端密封；所述第二级密封结构设置在所述温湿压传感器的安装孔内部，所述第二级密封结构实现为采用导电密封圈作为二级侧面密封，从而确保传感器与安装孔之间的密封性要求；所述温湿压传感器内部采用硅胶灌封；所述温湿压传感器主体包括：壳体(1)、连接器(2)、支座(3)、支架(4)、主板(5)、探头板(11)以及折叠探头机构，所述折叠探头机构与支座(3)连接，用于防止温湿压传感器倾倒；其中所述壳体(1)为两个直径不同的空心圆柱体一体成型的阶梯状结构，内部容置所述支架(4)、主板(5)以及压力敏感元件，所述探头板(11)从壳体(1)的一端伸出与环境接触，用于对环境温湿度信息进行测量；所述压力敏感元件设置所述主板(5)和所述支架(4)之间，用于对环境压力信息进行测量；所述主板(5)用于进行数据采集和通讯控制。

2.根据权利要求1所述的一种密封增强型温湿压传感器，其特征在于，所述折叠探头机构包括翻板(6)、第一拉簧轴(7)、第二拉簧轴(8)、支点轴(9)以及两条拉簧(10)；其中，所述翻板(6)通过支架结构固定在所述支座(3)上，所述第一拉簧轴(7)和所述第二拉簧轴(8)分别垂直所述翻板(6)的轴向固定在所述翻板(6)的两侧；所述第一拉簧轴(7)和所述第二拉簧轴(8)远离所述翻板(6)的一侧分别设置第一通孔和第二通孔，用于固定所述两条拉簧(10)的一端；所述支点轴垂直所述支架结构的轴向位置设置，所述支点轴(9)的两端分别设置第三通孔和第四通孔，用于固定所述两条拉簧(10)的另一端。

3.根据权利要求2所述的一种密封增强型温湿压传感器，其特征在于，所述支架为U型支架，所述U型支架与所述支座(3)一体成型。

4.根据权利要求3所述的一种密封增强型温湿压传感器，其特征在于，所述支点轴(9)通过所述U型支架的两臂上设置的第五通孔和第六通孔贯穿所述U型支架的两臂设置。

5.根据权利要求4所述的一种密封增强型温湿压传感器，其特征在于，所述温湿压传感器的内部采用电路板卡槽和硅胶灌封工艺。

6.根据权利要求5所述的一种密封增强型温湿压传感器，其特征在于，所述支架(4)的内侧贴有铝箔胶带，与不锈钢材质的所述壳体(1)导通。

7.根据权利要求6所述的一种密封增强型温湿压传感器，其特征在于，所述温湿压传感器还包括适配器(12)，所述适配器(12)设置在所述壳体(1)下方一侧，所述适配器(12)沿垂直所述连接器(2)一侧方向延伸，并且所述适配器(12)的一端与所述壳体(1)外表面抵接。

8.根据权利要求7所述的一种密封增强型温湿压传感器，其特征在于，所述温湿压传感器的壳体(1)的衔接处具有用于连接的第一激光焊接件，上盖结构与壳体(1)之间具有用于连接的第二激光焊接件，所述连接器(2)与所述上盖结构之间具有用于连接的第三激光焊接件。

9.根据权利要求8所述的一种密封增强型温湿压传感器，其特征在于，所述第一通孔、第二通孔、第三通孔、第四通孔、第五通孔和第六通孔均为φ2的透气孔。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种密封增强型温湿压传感器，其特征在于，所述温湿压传感器除折叠探头部分的其他部分包括第一不锈钢部分，所述折叠探头部分包括第二PEEK树脂部分。