專利名稱：用于擴散硅力敏傳感器的微壓放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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，屬于擴散硅力敏傳感器的配套應(yīng)用裝置。
近年來，利用擴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，這是因為擴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，在機電一體化技術(shù)日益普及深入的今天，用擴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。而對于在石油工業(yè)或某些工業(yè)試驗室里需要經(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行測試。
本實用新型的目的是提供一種用于提高擴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。
本實用新型是用兩個直徑不同、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)外腔受到測點附加微壓時，相當(dāng)于受到附加張力，從而使內(nèi)腔仍然受張擴大體積，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。
本實用新型可以拓寬現(xiàn)有擴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實用新型結(jié)構(gòu)型式的高靈敏度微壓(差)放大器，就使得原先難以實現(xiàn)的微壓量測可以用擴散硅力敏傳感器來實現(xiàn)之，并保持該傳感器性能穩(wěn)定、輸出線性好的優(yōu)點。有利于這種新型先進傳感器在機電一體化技術(shù)改造進程中發(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)計和工藝過程了。
以下結(jié)合附圖，具體介紹本實用新型。


圖1是本實用新型的結(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與測點相連通，測點是通過把與測試引壓點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，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。
本實用新型的工作原理是被測點的微壓力經(jīng)由傳壓介質(zhì)傳至本實用新型的外波紋管筒體4的外腔4A，因外波紋管原處受壓狀態(tài)，外腔又受到測點附加微壓(此微壓通常均小于外腔原受壓力)時，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)。因為傳感器所指示的量程變化是從滿量程往回減小的量程，故實際測得的只是壓差變化，應(yīng)該按照下列公式來計算測點的微壓力(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行推算外，還需在實測中進行若干次基準(zhǔn)測試以修正其放大倍數(shù)的參數(shù)來確認之。總之，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與測點相連通，測點是通過把與測試引壓點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，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，其特征是基體1側(cè)壁上與測點相連通的螺孔7，由基座1中的小孔9與外腔相連通。
專利摘要一種用于提高擴散硅力敏傳感器測試靈敏度的微壓力放大器，是用兩個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，而外腔與測點相連通。測點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，從而實現(xiàn)用中低壓量程傳感器量測微壓(差)信號，拓寬該力敏傳感器的應(yīng)用范圍。
文檔編號G01L1/00GK2084194SQ91201249
公開日1991年9月4日 申請日期1991年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年1月26日
發(fā)明者莫湖 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠