[实用新型]锰铜压阻应力仪

说明书

本实用新型属于流体压力测量仪领域（G01L）

本实用新型是50Ω锰铜压阻传感器的配套仪器。它将压力（或压应力）作用下锰铜压阻传感器的电阻变化信号转变成电压形式的压力模拟信号，供后续仪器采集与存储，故本实用新型又可称为“锰铜压阻变送器”。

有关压力变送器的产品及资料很多（见1990年电子工业出版社出版的《传感器及敏感元器件大全》），如半导体压力变送器（北京航空航天大学），扩散硅应变式压差和压力变送器（日本Honeywell公司），应变式压力变送器（杭州自动化仪器厂、航空航天部701所等），电感式压力变送器和电容式压力变送器（上海自动化仪表四厂与西安仪表厂等）。尽管这类压力变送器所用的传感器工作原理不同，有的利用应变一电阻效应，有的利用半导体压阻效应，但它们都是由电桥测量电路（包含外接传感器）和运算放大电路等组成，仅为了适应不同的传感器性能和测量量程，在结构上略有差异。一般这类压力变送器频带较窄，不考虑与传输线之间的阻抗匹配（它们的桥臂电阻为120Ω或240Ω），因此不宜用于高速压力脉冲信号的测量。

本实用新型的主要目的就是要采用50Ω锰铜压阻传感器及其配套仪器测量从1MPa到1GPa之间的高速压力（或压应力）脉冲信号。

为实现上述目的，本实用新型的技术实施方案如下：

如附图1所示，本实用新型主要由桥臂电阻值为50Ω的直流电桥测量电路（其中包括一个外接的锰铜压阻传感器1及另外三个桥臂组成的测量电路2），和运算放大器电路3等组成。此外还有电池组供电与充电电路7～14、平衡调节电路4、自检电路5和增益调整电路6和平衡指示电路15。

50Ω锰铜压阻传感器1具有压阻效应，能够将被测压力转变为该传感器1的电阻变化。此电阻变化通过电桥测量电路（1与2组成）转变成电压形式压力模拟信号，电桥测量电路中四个桥臂都采用50Ω（其中一个为外接的传感器，另外三个桥臂在此仪器中），因此保证了传感器与50Ω同轴电缆之间的良好匹配，使高速脉冲压力模拟信号的传输不发生严重畸变。该压力模拟信号经运算放大电路3放大后，又可以传送到后续仪器采集、存储与处理。50Ω锰铜压阻传感器1可以外接不同结构形式的50Ω锰铜压阻计，如埋入被测介质中并测其中压应力的片状锰铜压阻计（一次性使用），也可以连接测量壁面附近流体压力的柱塞式锰铜压阻传感器（可多次重复使用），后者是本实用新型同时申请的另一项实用新型。本实用新型设置了两个电池组供电电路7～10和充电电路11～14，其中7～10是第一电池组供电和充电电路，11～14为第二电池组供电和充电电路。电池组8经开关7向电桥测量电路供电，充电电路10可以经开关9向电池组8充电；电池组12经开关11向运算放大电路供电，充电电路14可以经开关13向电池组12充电。在充电电路中采用耐高压电容器限流，满足充电电池正常充电要求；充电指示电路是串接在充电回路中。本实用新型采用由串联的稳压二极管和发光二极管组成的电平指示电路，接在充电电池组两端，指示充电电池组的电压是否偏高或偏低。

平衡调节电路可调节桥臂电阻值50Ω的电桥测量电路（1与2）中的一个桥臂电阻值，使得传感器1在不承受压力作用时，电桥（1与2）的输出电压接近零。

为排除传感器阻值变化对系统灵敏度的影响，也为了适应不同压力范围的测量，本实用新型设置了“系统灵敏度”的自检电路。

自检电路用来模拟有压力作用于传感器1时传感器产生的电阻值变化，这一方面是为了检查本仪器是否工作正常，另一方面是为了正确测量系统灵敏度。此功能是通过在传感器PRG两端并接一个较大阻值的已知电阻来实现的。当PRG再并接一已知电阻后，其电阻值的变化量ΔR也是已知的，则电桥测量电路2的输出经放大电路3放大后的电压增量ΔV也应是可测的。如果自检时测到的ΔV等于或接近预告值，则证明本仪器工作正常。根据实测的ΔV与ΔR可算出ΔV／ΔR，此比值即为本仪器的系统灵敏度。

增益调整电路是用来改变本仪器运算放大电路3的增益，以适应不同压力量程的测量。在这一电路中可以通过调整运算放大电路3的输入电阻值或反馈电阻值来实现增益调整。

平衡指示电路15用来指示电桥（1和2）是否平衡，用一只电桥平衡表串接一个电阻来实现，当电桥平衡时，该表指针指向平衡位置。

本实用新型的附图说明如下：

图1锰铜压阻应力仪原理框图

图2锰铜压阻应力仪电路原理图

图3双通道锰铜压阻应力仪外观示意图

图4前面板衬板上元件布置示意图

图5锰铜压阻应力仪印刷电路板上元器件布置示意图