[发明专利]并联式真空、压力敏感元件

说明书

技术领域

   本发明属于弹性敏感元件的技术领域，具体涉及一种可同时感受环境压力和工作压力的并联式真空、压力敏感元件，为类似传感器的小型化发展提供了技术保障，且同时具有高精度、长寿命的特点。

背景技术

对于需要同时感受环境压力和工作压力的敏感元件，现有的设计方案是分别设计真空敏感元件和压力敏感元件，再进行机械组合；如此会带来设计复杂、工艺加工难度大、产品整体外形大、无法满足未来传感器小型化、高精度、长寿命的发展需求等难题。

发明内容

    本发明的发明目的：提供一种能够可同时感受环境压力和工作压力的并联式真空、压力敏感元件。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种并联式真空、压力敏感元件，包括上中心杆、上膜片、止动套、膜盒底座、大膜盒串以及小膜盒串，大膜盒串和小膜盒串并联设置，大膜盒串和小膜盒串的上部由上中心杆及上膜片组合焊接密封，大膜盒串和小膜盒串的下部由膜盒底座组合焊接密封，上中心杆下部为止动套，止动套与膜盒底座通过螺纹连接，大、小膜盒串之间抽真空，小膜盒内腔加工作压力。可同时感受环境压力及内腔工作压力并通过上中心杆输出相应位移特性。大、小膜盒串的组合结构采用并联方式进行组合，结构紧凑外观新颖，满足未来传感器小型化的发展需求。

大、小膜盒串各由20片相同参数的单个膜片串联焊接组合而成。

工作时敏感元件可感受环境压力而输出一定位移特性；同时小膜盒内腔加工作压力P2后输出另一位移特性，二者叠加输出总位移特性。此结构的敏感元件可同时感受环境压力及内腔工作压力并通过上中心杆输出相应位移特性，实现了真空、压力敏感元件的一体化。

本发明的有益效果：利用膜盒串并联式组合、两膜盒串中间抽真空、小膜盒串内腔加工作压力的结构可实现真空敏感元件与压力敏感元件的小型化组合，有效解决了未来产品小型化发展的需要，降低了产品的设计、工艺难度，同时利用焊接膜盒串的大位移特性及有效的电子束焊接工艺保证了敏感元件的高精度、长寿命特性。利用本发明已经在发动机放气活门配套的一种同时感受环境压力及发动工作压力的敏感元件的综合压力-位移特性输出功能得到了实现，保证了小型化、高精度、长寿命传感器国产化研制的进度，取得了一定的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作原理图；

图3为大膜片结构示意图；

图4为小膜片结构示意图；

图中：1-上中心杆，2-上膜片，3-大膜盒串，4-小膜盒串，5-膜盒底座，6-止动套，7-真空抽孔，P0-环境压力，P2-工作压力，S-输出位移特性。

具体实施方式

本发明由上中心杆1、上膜片2、止动套6、膜盒底座5及大、小膜盒串并联组合焊接而成，组合结构如图1所示。整体结构由大膜盒串3、小膜盒串4并联而成，上部分由上中心杆1及上膜片2组合焊接密封，下部分由膜盒底座5组合焊接密封，止动套6与膜盒底座5通过螺纹连接，止动套6可上下调整敏感元件特性，调整完成后与膜盒底座5进行焊接定位，工作时能起到支撑限位作用。

大膜盒串3与小膜盒串4中间抽真空后通过真空抽孔7进行密封。如图2所示，工作时敏感元件可感受环境压力而输出一定位移特性；同时小膜盒内腔加工作压力P2后输出另一位移特性，二者叠加输出总位移特性。此结构的敏感元件可同时感受环境压力及内腔工作压力并通过上中心杆输出相应位移特性，实现了真空、压力敏感元件的一体化，为未来敏感元件的小型化发展奠定了技术基础。

所述大膜盒串3由20片相同参数的单个大膜片，如图3所示，采用电子束焊接进行串联组合而成，小膜盒串4由20片相同参数的单个小膜片，如图4所示，采用电子束焊接进行串联组合而成，要求膜盒串组合焊接实现气密。

所述大、小膜片材料采用奥氏体沉淀硬化不锈钢AM350，膜盒串组合焊接完成后按热处理制度SCT850进行；上膜片材料采用恒弹合金3J53及真空时效工艺；其余零件材料采用真空冶炼不锈钢1Cr18Ni9Ti。整体组合工艺采用电子束焊接工艺。

敏感元件工作时，敏感元件外腔分别感受不同的环境压力：760mmHg(海平面环境压力)、525mmHg(3000m高度环境压力)、433mmHg(4500m高度环境压力)、354mmHg(6000m高度环境压力)，输出一定的位移特性；而小膜盒串内腔分别加相当于四倍环境压力的工作压力：相对压力0.5MPa (3040mmHg)、相对压力0.28MPa (2100mmHg)、1732mmHg、1416mmHg，最终所述敏感元件可输出综合的位移特性，可通过控制放气活门有效防止发动机的哮喘。利用焊接膜盒串大位移的特性使所述敏感元件具有了高精度的特性，同时通过合理的材料、工艺应用及热处理规范的调整满足了飞机等振动条件比较苛刻的环境使用要求，使用寿命达到3000小时/10年，相对常规设计而言，所述敏感元件即满足了综合特性要求，同时实现了未来传感器小型化、高精度、长寿命的发展要求。