CN2274768Y - 三自由度运动加速度自补偿压力传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属传感器技术领域,它提供了一种性能更完善的精密压力传感器,它可在任何方向上排除传感器的运动加速度对压力测量所造成的误差,因此,它可在作不定常运动的载体(汽车、飞机、舰船)或物体上、在有振动的管道和容器上准确测量流体压力,这是当前工业界的迫切需要,如今终于获得完美的解决。它是CN90217891.1号专利的继续改进。

Description

三自由度运动加速度自补偿压力传感器

本实用新型属传感器技术领域。

压力传感器有多种式样，但目前都只能作固定位置处的压力测量。如将传感器安装在运动另件上，以测量作用于该另件周围的压力变化，当该另件作不定常的加、减速时，传感器的受感元件必受被测压力和它自身质量所产生的惯性力的双重作用；因此，它所输出的讯号不仅与被测压力有关，而且还与该另件的加速度有关；这表明：上述情况下测出的压力曲线必包含有运动加速度引起的附加讯号，即：所得到的实测结果中存在着加速度引起的系统误差。如将压力传感器安装在管道或容器上以测量其中的流体压力，当传感器的安装部位存在大的振动时，则实测压力中同样也包含有振动加速度所造成的系统误差。如将压力传感器安装在运动载体(比如：汽车、飞机、舰船等)内的某部位，当载体有大的速度变化时，实测压力的准确度也存在类似的问题。尽管在后两种场合下，压力测量常属准静态范围，但传感器的运动加速度对涮量准确度的影响仍不容忽视。如何排除压力传感器在运动中因自身质量产生的惯性力而引起的测量误差，是当前工业界和传感器行业的一大难题。CN90217891.1号专利提出了使用自补偿的办法，以排除运动加速度对压力测量准确度的影响，为解决此工业难题，提供了新的设计；但是，这种运动加速度自补偿压力传感器仅能对一个方向的运动加速度实现自补偿，其运动加速度的方向必须与传感器的中轴线相同，这就限制了它的使用范围。

本发明的目的是对该专利的进一步改进，以使压力传感器能对任意方向的运动加速度实现自补偿、完全排除运动加速度对压力测量准确度的影响，而不管它的方向如何。

以下是本实用新型的技术方案：这种传感器的构造见附图1，它由弹性体1、专用箔式应变计2、电接头3和密封层4组成，是一种应变式压力传感器的新设计。图中弹性体1的中部有凸台a，用于传感器与测压部位的连接，以完成传感器的轴向定位，两侧园柱部b、c与测压部位成滑动配合，用于传感器的径向定位，这是本传感器所规定的支承条件：被测压力作用在弹性体的左端部，使其产生轴向应变；弹性体的内孔中贴专用箔式应变计2，它的边缘正好与弹性体内孔的定位台阶k相接触，它感受弹性体在m、n处的应变，使压力传感器实现对运动加速度的自补偿：m、n的位置恒在弹性体凸台a的两侧；弹性体的右端孔内装有电接头3，通过弯边将其固定，电接头的作用是将应变计的总电阻引出。这种专用箔式应变计的应变栅的形状见附图2，它在m、n处各有一个应变栅，经串联后由电接头外输至电桥的一个臂；m处的应变栅感受弹性体在m处的轴向应变，它与被测压力和传感器的加速度(或惯性力)有关，n处的应变栅感受弹性体在n处的轴向应变，它仅与传感器的加速度有关，按CN90217891.1号专利说明的办法，当运动加速度的一个分量与传感器的中轴线一致，且弹性体和专用应变计的设计符合该专利给出的条件时，在测量中就可实现该应变计的总输出电阻值恒与此方向上的运动加速度无关而仅与所测的压力有关，从而实现传感器在中轴线方向上运动加速度的自补偿；图中专用应变计在m、n处的应变栅还呈分段等间距依次串联的构形，当它贴入弹性体内孔后，应变栅的各相同小段即形成一种轴对称的排列，而且各小段的电阻值也是相等的，这时应变栅在m、n处的电阻值R_m和R_n以及应变计的总电阻值将不随弹性体在这两处的弯曲应变而改变；此处应变栅分段串联的构形是片状应变计贴入园形内孔后使各应变栅小段形成轴对称排列的一种方法。这时相邻的应变栅小段的间距t＝πd/n，式中d为弹性体内孔直径，n为应变栅的分段数，并有n≥2。压力传感器通常是作为标准化的敏感元件而需在各种不同的工况下使用的，因此它所希望的加速度自补偿性能中对于加速度的方向必须是任意的；根据力和运动可作分解的原理，当某瞬间传感器的运动加速度以向量A表示时，它可分解为A_x、A_y和A_z三个分量，见附图3，其中A_x与传感器中轴线一致，A_y与A_z别与中轴线垂直，它们间也互为垂直；按照CN90217891.1号专利提供的技术，已能使压力传感器对中轴线方向的加速度实现自补偿；以A_y和A_z表示的加速度分量在传感器内产生的惯性力的方向也恒与传感器中轴线相垂直，按照本传感器所规定的支承条件，它们在弹性体m、n处只能产生弯曲应变，这时在这两处应变栅小段的轴对称依次串联的排列，将保证此种弯曲应变不能改变各应变栅和应变计的总电阻值，从而以新的办法实现了压力传感器在其它的两个方向上对运动加速度的自补偿。本专利的目的是在三个方向上同时实现压力传感器对运动加速度的自补偿，如今终于实现。由于箔式应变计的电阻值可以做得较高，这就有利于提高应变电桥的桥臂电阻和传感器的压力敏感系数，在动压力测量中传感器到应变仪间连接电缆的长度就可有较大的增加，在准静态压力测量中传感器到压力计间的距离也可增大，以满足远程高精度压力测量的需要。附图4是此种传感器与测压部位连接方法的一个例子，图中B表示测压部位，C为本传感器，它符合本专利规定的支承条件，并用密封膜片11分隔流体以防泄漏。此种传感器的电接头的构造见附图5，它是附图1中电接头的轴向剖面的放大图，图中的电接头由接头体5，内心管6，外心管7、引线片8、9和弹性圈10组成，它们用胶接法联成一体后装入弹性体内，在接头体、内心管、外心管间保持电绝缘；通过内、外心管使应变计的总电阻得以输给电桥；内、外心管分别与引线片8、9作锡焊，为使引线片8、9能与应变计的电连接部g(附图2)紧密接触而形成电接，使用了具有绝缘性能的弹性圈10，它由橡胶或塑料组成，并套在接头体上，其两端被接头体限位，以保证在加速度A_x的作用下，弹性圈不致滑脱、引线片与应变计的电接不致失效；为使引线片与应变计的电连接部有一定的接触力，弹性圈在引线片方向与贴有应变计的内孔呈过盈配合；接头体的材料与弹性体1相同，它们有相同的弹性模数；电接头装入弹性体后，通过对弹性体右端外壁的弯边使弹性体与电接头在轴向和径向上紧密接触，以便在测压过程的每一瞬间实现加速度的自补偿，以完成对动压力曲线的准确测量。传感器的右端部有密封层4，它使传感器具有全封闭的性能，而有利于保持传感器的压力敏感系数的长期稳定：整个传感器还是全屏蔽的，这有利于改善它的抗干扰能力；在压力测量中通过感受轴向应变的方法而设计的传感器，其刚性大而尺寸小，这将有利于增加传感器的自振频率而适合作动压力的测量。

与CN90217891.1号专利相比较，本传感器的测压精度将进一步提高，而且更适合于各种不同的工况，这时加速度的大小和方向都可以是不确定的，但它们对本传感器的压力敏感系数已不起作用。

以下是附图的图面说明：附图1为本传感器的构造图；附图2为专用箔式应变计的应变栅图；附图3为此种传感器在运动时加速度的向量图；附图4为此种传感器在测压部位的安装图；附图5为附图1中电接头的轴向剖面的放大图。

本实用新型的实施例，以附图1、2、4、5表示，它们的工作原理和构造特点已作说明。本传感器为计算机程控高精度动压力数字测量系统、准静态数显远程数字压力计、准静态指针式压力计、计算机压力控制系统以及通过压力测量完成其它物理量量测的仪器和设备提供了一种可靠而精密的敏感元件，它从各个方向上排除了传感器的运动加速度给压力精密测量带来的误差，它们都是当前高技术工业生产、产品开发和科学研究所迫切需要的仪器设备，因此，本专利所提出的这种高精度压力传感器的经济效益和科学价值将是不言而喻的。

Claims (7)

1、一种高精度压力传感器，它能自动排除来自任意方向的运动加速度所引起的测量误差，其特征是它由弹性体、专用箔式应变计、电接头和密封层组成。

2、按权利要求1所说的压力传感器，其特征是它与测压部件的连接是以弹性体的中部凸台作轴向固定、以其两侧的园柱面作径向支承的。

3、按权利要求1所说的压力传感器，其特征是它的弹性体的中部有凸台；两侧为园柱形，一端受压力作用、另一端不受压力作用；它的内孔贴有专用箔式应变计，孔内有应变计定位台阶，它的受感部位m、n正好位于中部凸台的两边；它的端部孔内装有电接头，通过弯边将其紧密固定；在传感器中轴线方向上，运动加速度的自补偿是按CN90217891.1号专利实现的。

4、按权利要求1所说的压力传感器，其特征是它的专用箔式应变计在m、n处各有一个应变栅，它们经串联后外输，并按CN90217891.1号专利提供的方法实现传感器在中轴线方向上运动加速度的自补偿；在m、n处的应变栅由两个或两个以上等间距、等宽度和依次串联的应变栅小段组成，它们各小段的电阻值是相同的，当应变计贴入弹性体后，各应变栅小段即形成一种轴对称的排列，与传感器的支承条件相配合，以实现在与传感器中轴线相垂直的方向上运动加速度的自补偿。

5、按权利要求1所说的压力传感器，其特征是它的电接头由接头体、内心管、外心管、引线片和弹性圈所组成。

6、按权利要求5所说的压力传感器，其特征是电接头内的内心管与外心管是分别与两个引线片锡焊的；它们与电接头的其它另件是通过胶接连在一起的；接头体与内、外心管间是相互绝缘的；弹性圈是由绝缘材料制造的，它套在接头体上；整个电接头被包封在弹性体内；引线片是依靠弹性圈变形后的挤紧力与应变计的电接部电接的；应变电阻是通过内、外心管外引至电桥的；接头体的材料是与弹性体相同的。

7、按权利要求1所说的压力传感器，其特征是它有密封层将弹性体内的应变计与外界隔离。

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