[实用新型]高压隔离比例传感器

说明书

本实用新型涉及一种力敏传感器的配套应用装置，属于扩散硅力敏传感器的高压隔离比例传感器。

扩散硅力敏元件性能稳定、灵敏度高，用它制成的传感器信噪比高、线性度好，因此，采用扩散硅力敏元件作为测量各种力的传感器的敏感元件的产品逐年增多，大有在机电一体化压力测量仪表领域称雄的架势。但是，因加工工艺和结构制造上的原因，现在批量生产的硅力敏器件的量程范围较小，只能在0.01～0.2兆帕（MPa）的中低压范围内应用。为此，申请人研制成一种扩散硅力敏传感器的量程扩展器（专利号：CN91200668.4），利用不同直径和不同材质的两种波纹管构成的该装置，可以把上述中低压量程的压力传感器的测量范围扩展到1～100兆帕的高压范围。但是，原发明的两组波纹管的比例匹配的制造难度较大，工艺要求较高，有一定的加工难度。尤其是当压力高到一定程度后，即使专门的仪表工厂也难以制造。这样就限制了该发明的应用场合。

本实用新型的目的是提供一种原发明的改进装置——高压隔离比例传感器，以便使用硅力敏器件又替代高压波纹管进行高压量测。

本实用新型是与扩散硅力敏传感器配套使用的。由管状壳体，应变部件和连接部件组成。其中管状传感器壳体用耐高压的无缝钢管制成，其两端分别设有用于连接待测压力部位和硅力敏传感器的内螺纹孔，在连接待测压力部位的一端还密封连接有一个用口径较小的无缝钢管制成的应变筒，该应变筒的一端与待测压力部位的通孔相连通，另一端用堵头封闭，在传感器壳体与应变筒外壁之间的空腔里充满的传压介质是硅油。

本实用新型仍然是以充满硅油或其他传压介质的波纹管作为与硅力敏器件相匹配的低压比例传压元件，只是用圆管状的应变筒取代了上述发明的高压波纹管，其工作原理两者是相同的：即通过高压应变筒受压力后，其体积变化是与被测压力成一定的线性函数关系，而传感器的外壳因它与应变筒之间充满有传压介质，传感器内腔的体积变化甚微，即按照一定的比例缩小了。这样，就使得应变筒与传感器内腔之间的容积差△V与被测的高压压力也呈线性函数关系。由于容积缩小△V的硅油被挤迫进入低压传感器，由低压弹性量测波纹管（或测压膜盒）构成的弹性元件作用，使因变应筒体积改变引起的压力比例与硅力敏器件的压力变化匹配并呈一定的比例关系，从而起到量程转换，可以测量高压。理论上推算，本实用新型所测的压力范围可以不受限制，其量程可做到10～100兆帕（MPa）。从其工作原理可以看出，本实用新型还具有隔离和缓冲高压的功能，所以，它还可作为传感器的一个具有保护功能的附件，而对于高精度传感器，这种具有防护功能的附件也是必不可少的。再者，虽然本实用新型是测量高压的精密仪表配件，但构成该发明的所有零件都具有很好的刚性和机械强度，它们可以在相当恶劣的环境下应用而维持其原来的特性不变，总之，本实用新型结构非常简单，强度高，使用寿命长，适用范围广，是扩展波纹管力敏传感器的量测范围，用于测量高压压力的比较理想的配套装置。

图1是本实用新型的结构示意图。

图1中1是用无缝钢管制成的传感器壳体，其两端分别是内螺纹孔，其中一端2（又称高压接头）用于连接待测高压压力部位的，另一端3（又称：低压接头）用于连接中低压量程的硅力敏传感器，在高压接头2的一端还密封连接一个用口径较小的无缝钢管制成的应变筒4。该应变筒的一端与待测压力部位的通孔相连通，另一端用堵头5封闭，使应变筒4的腔体与传感器外壳1的内腔是隔绝的两个空间。在传感器壳体1与应变筒4外壁之间的空腔里充满传压介质。

本实用新型的工作原理主要是利用封闭的应变筒4受筒内液体压力（即被测部位的压力）后，对其筒壁产生的作用力是与前者成线性比例关系的，应变筒体积的变化造成传感器壳体内腔里充满的传压介质也发生相应变化，再传递到硅力敏传感器中进行匹配比例计算而得到所量测的高压压力数值。只要应变筒的受力在其构成材料的许可强度范围之内，本实用新型的测量精度都是相当高的。但为了更好地保证压力比例传递，应变筒的材质选择要考虑其化学稳定性、温度漂移性和测量重复性，以及材料力学性能等因素。传感器外壳虽然不是测量的力学元件，但为保证测试精度，还是应选择与应变筒相同的材质和相同的热处理工艺制造，以保证其物理性能的一致性。

虽然在仪表行业弹性元件通常选用铍青铜或磷青铜，但在本实用新型中，如果选用不锈钢薄壁型无缝钢管制作应变筒和传感器外壳，也可得到相当不错的使用效果，而且，使用后者还具有降低成本，化学稳定性好等优点，更适宜于作为计算机敏感采集系统的传感部件。

为了提高测量精度，传感器外壳的内腔容积要作得尽可能接近（略大于）应变筒在最高工作压力时的体积。传感器外壳内腔与波纹管之间的连通毛细管不能过长，以免压力损失。内腔中充入的硅油一定要经过真空处理充分脱气，使得传感器内腔中不得有气泡。