專利名稱：用于擴(kuò)散硅力敏傳感器的微壓放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于提高力敏傳感器測試靈敏度的微壓力(壓差)放大器，屬于擴(kuò)散硅力敏傳感器的配套應(yīng)用裝置。
近年來，利用擴(kuò)散硅力敏器件制作各種測量力的傳感器的敏感元件的產(chǎn)品越來越多了，這是因?yàn)閿U(kuò)散硅力敏元件的性能穩(wěn)定牢靠、靈敏度高，用它制成的傳感器信噪比高、線性度好的緣故，在機(jī)電一體化技術(shù)日益普及深入的今天，用擴(kuò)散硅力敏元件制成的傳感器頗有取代傳統(tǒng)壓力測量儀表的趨勢。但是，由于目前在擴(kuò)散硅力敏元件的加工工藝和結(jié)構(gòu)制造等方面的原因，現(xiàn)在已能批量定型生產(chǎn)的力敏器件其量程范圍只在0.01～0.2兆帕(MPa)的中低壓范圍之間。而對(duì)于在石油工業(yè)或某些工業(yè)試驗(yàn)室里需要經(jīng)常使用的高靈敏度的微壓測量(量程在10.0毫米水柱以下)，尚還不能使用這種新型力敏傳感器進(jìn)行測試。
本發(fā)明的目的是提供一種用于提高擴(kuò)散硅力敏傳感器測試靈敏度的微壓力(壓差)放大器，以便可以利用目前已定型的中低壓測量傳感器來量測微壓力<差>信號(hào)。
本發(fā)明是用兩個(gè)直徑不同、高度相同的波紋管筒體制成密封腔體，其內(nèi)部都充滿傳壓介質(zhì)硅油，并使其內(nèi)腔與裝在基體另一側(cè)的傳感器中的硅油相連通，而外腔與測點(diǎn)相連通。其中外波紋管處受壓狀態(tài)，內(nèi)波紋管處受張(拉)狀態(tài)，當(dāng)外腔受到測點(diǎn)附加微壓時(shí)，相當(dāng)于受到附加張力，從而使內(nèi)腔仍然受張擴(kuò)大體積，內(nèi)波紋管受拉，而與內(nèi)腔相連通的已經(jīng)滿量程指示的傳感器則顯示出此微壓引起的量程變化-量程減小。由于內(nèi)外波紋管直徑和材質(zhì)的不同，使得傳感器指示的壓差變化是按一定比例被放大的微壓，從而實(shí)現(xiàn)用普通中低壓量程的力敏傳感器來量測微壓力(差)信號(hào)。
本發(fā)明可以拓寬現(xiàn)有擴(kuò)散硅力敏傳感器的應(yīng)用范圍，只要選配合適的不同材質(zhì)和不同直徑的波紋管組成本發(fā)明結(jié)構(gòu)型式的高靈敏度微壓(差)放大器，就使得原先難以實(shí)現(xiàn)的微壓量測可以用擴(kuò)散硅力敏傳感器來實(shí)現(xiàn)之，并保持該傳感器性能穩(wěn)定、輸出線性好的優(yōu)點(diǎn)。有利于這種新型先進(jìn)傳感器在機(jī)電一體化技術(shù)改造進(jìn)程中發(fā)揮更大的作用。而波紋管是目前常用的測壓儀表元件，原料來源廣、加工容易、制造成本低、使用壽命長。市場上也可購置到現(xiàn)成的波紋管元件，則就又可省卻加工成形的設(shè)計(jì)和工藝過程了。
下面結(jié)合附圖，具體介紹本實(shí)用新型。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖和其與力敏傳感器的聯(lián)接關(guān)系示意圖。
圖1中，在一個(gè)園柱形基座1上同軸裝有直徑不同、高度相同的內(nèi)、外兩個(gè)波紋管筒體3、4相接，在內(nèi)、外波紋管筒體內(nèi)各自形成封閉的內(nèi)腔3A和外腔4A，其中內(nèi)腔中充滿傳壓介質(zhì)硅油，并由基座1中間的通孔6與裝在基座1另一側(cè)螺孔8上的壓力傳感器10(虛線所示)相連通，外腔中也充滿傳壓介質(zhì)硅油，也由基座1上的小孔9與測點(diǎn)相連通，測點(diǎn)是通過把與測試引壓點(diǎn)相連接的管接頭擰入基體1側(cè)壁上的螺孔7，再由小孔9與外腔構(gòu)成通路的。在蓋板5與波紋管連接時(shí)，應(yīng)使得自由狀態(tài)下內(nèi)波紋管處于受張(拉)狀態(tài)，而使外波紋管處于受壓狀態(tài)。在波紋管筒體外側(cè)的園柱形殼體2與基座1通過螺紋聯(lián)接成一體。
本發(fā)明的工作原理是被測點(diǎn)的微壓力經(jīng)由傳壓介質(zhì)傳至本發(fā)明的外波紋管筒體4的外腔4A，因外波紋管原處受壓狀態(tài)，外腔又受到測點(diǎn)附加微壓(此微壓通常均小于外腔原受壓力)時(shí)，相當(dāng)于受到附加張力，外波紋管所連接的蓋板所承受的張力為F＝P測×(π/4)×(D外-D內(nèi))由于內(nèi)波紋管筒體被包容在外波紋管筒體內(nèi)，且兩者共用一塊蓋板，所以使內(nèi)腔也受張擴(kuò)大體積，內(nèi)波紋管受拉力。而本來與內(nèi)腔相連通的已經(jīng)滿量程指示的傳感器受到的壓力為P傳 ＝ (4F)/(πD2內(nèi))由于內(nèi)波紋管受張，此微壓引起傳感器的量程改變-量程縮小。由于內(nèi)外波紋管直徑，材質(zhì)不同，可以使傳感器指示的壓差變化是按一定比例被放大的微壓力(差)。如果選用同一材質(zhì)制作的波紋管筒體，其放大倍數(shù)為P傳/P測＝(D2外-D2內(nèi))/D2內(nèi)這樣適當(dāng)選擇不同直徑的波紋管制作內(nèi)外波紋管筒體，就可以獲得不同比例的微壓放大倍數(shù)。因?yàn)閭鞲衅魉甘镜牧砍套兓菑臐M量程往回減小的量程，故實(shí)際測得的只是壓差變化，應(yīng)該按照下列公式來計(jì)算測點(diǎn)的微壓力(差)P測 =常數(shù)- (D2內(nèi))/(D2外 - D2內(nèi)) P傳這里的常數(shù)除了按照上述公式選擇不同材質(zhì)或不同直徑的波紋管進(jìn)行推算外，還需在實(shí)測中進(jìn)行若干次基準(zhǔn)測試以修正其放大倍數(shù)的參數(shù)來確認(rèn)之?？傊?，只要適當(dāng)選配不同直徑和材質(zhì)的波紋管，就可以用普通中低壓擴(kuò)散硅力敏傳感器來量測微壓范圍的力敏參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于擴(kuò)散硅力敏傳感器測試靈敏度的微壓力放大器，其特征是在一個(gè)園柱形基座1上同軸裝有直徑不同、高度相同的內(nèi)、外兩個(gè)波紋管筒體3和4，其頂端則有一塊蓋板5與波紋管筒體3、4相接，使得在內(nèi)、外波紋管筒體內(nèi)各自形成封閉的內(nèi)腔3A和外腔4A，其中內(nèi)腔中充滿傳壓介質(zhì)硅油，并由基座1中間的通孔6與裝在基座1另一側(cè)螺孔8上的壓力傳感器10(虛線所示)相連通，外腔中也充滿傳壓介質(zhì)硅油，也由基座1上的小孔9與測點(diǎn)相連通，測點(diǎn)是通過把與測試引壓點(diǎn)相連通的管接頭擰入基體1側(cè)壁上的螺孔7，再由小孔9與外腔構(gòu)成通路的。在蓋板5與波紋管連接時(shí)，應(yīng)使得自由狀態(tài)下內(nèi)波紋管處于受張(拉)狀態(tài)，而使外波紋管處于受壓狀態(tài)。在波紋管筒體外側(cè)的園柱形殼體2與基座1通過螺紋聯(lián)接成一體。
2.如權(quán)利要求1所述的微壓放大器，其特征是波紋管內(nèi)、外腔中注滿的傳壓介質(zhì)是硅油。
3.如權(quán)利要求1所述的微壓放大器，其特征是基體1側(cè)壁上與測點(diǎn)相連通的螺孔7，由基座1中的小孔9與外腔相連通。
全文摘要
一種用于提高擴(kuò)散硅力敏傳感器測試靈敏度的微壓力放大器，是用兩個(gè)直徑不同的波紋管筒體制成密封腔體，其內(nèi)部都充滿傳壓介質(zhì)硅油，使之內(nèi)腔與傳感器中的硅油相連通，而外腔與測點(diǎn)相連通。測點(diǎn)的微壓引起外腔受張，而內(nèi)腔也按一定比例增大此微壓的附加張力，并在傳感器的量程中得到顯示，從而實(shí)現(xiàn)用中低壓量程傳感器量測微壓(差)信號(hào)，拓寬該力敏傳感器的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)G01L19/00GK1063554SQ9110042
公開日1992年8月12日 申請(qǐng)日期1991年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月26日
發(fā)明者莫湖 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開通用試驗(yàn)廠