專利名稱：新型壓力(差)傳感器及其接口的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種新型流體壓力(差)傳感器及其專用接口，可用于測量各種流體的壓力、壓差。
測量流體壓力的傳感器較多，測量流體壓差的傳感器很少。目前常用的壓差傳感器有CWC型、CWD型壓差計所用的傳感器及半導體壓差傳感器。CWC型和CWD型壓差計傳感器體積大、結構復雜、精度低(0.5級)、功能單一(靜態(tài)流體不適用)、安裝不便及防腐性能差，因此應用上受限制；半導體壓差傳感器采用半導體敏感元件，受溫度變化影響大，穩(wěn)定性不高，一般只適用在小量程范圍，精度均0.5級以下。
本實用新型目的是設計一種結構簡單、成本低、功能全、耐腐蝕、精度高、安裝使用方便并帶有專用接口的新型壓力(差)傳感器。
本實用新型的構思新型流體壓力(差)傳感器是組合式電阻應變傳感器，由傳感器盒、波紋管、彈性工作梁、電阻應變片等構成?？捎糜谒?、水文、城鎮(zhèn)給排水及石油化工部門，測量河湖、水(油)庫、各類管道中流體的壓力(液位)或壓差，也可用于測量流體流速、流量。
關于專用接口。目前傳感器接口大都采用電荷放大器接口電路，其結構復雜，成本高、耗電大；時漂溫漂也大，影響傳感器的準確度和穩(wěn)定性。本專用接口電路采用精密穩(wěn)壓電源供電、低漂移運算放大器放大和線性電位器模擬量輸出系數(shù)調節(jié)等手段，提高傳感器測量準確度和穩(wěn)定性，擴大傳感器的使用范圍。
新型流體壓力(差)傳感器配上專用接口，與顯示系統(tǒng)聯(lián)接，可組裝成新型壓力儀、壓差儀、真空－壓力儀、壓力－壓差儀、水位計、流速儀、流量計等。與計算機聯(lián)接，可完成壓力(液位)、壓差、流速、流量等自動檢測。
結合

圖1(傳感器機械結構圖)和圖2(專用接口電路圖)詳細說明。
傳感器由盒架(1)、盒蓋(2)、銅質聯(lián)接件(3)、鎖緊螺母(4)、波紋管(B1、B2)、波紋管蓋帽(5)、彈性工作梁(6)、過載保護梁(7)、電阻應變片(8)等構成。盒架(1)及2塊盒蓋(2)構成傳感器盒，盒內裝波紋管(B1、B2)，二只波紋管管底相對，并分別裝有銅質蓋帽(5)，以彈性工作梁中心線為軸對稱布置。波紋管與蓋帽錫焊固定，蓋帽與工作梁用螺釘(9)聯(lián)接，使波紋管與工作梁構成一體，既保證傳感器組裝精度，又能便于拆修。
波紋管為承力元件，外部流體壓力或壓差通過銅質聯(lián)接件引入其中，彈性梁為敏感元件，其上粘貼金屬箔式電阻應變片。電阻應變片接成電橋，結點電線由引線孔(10)引出。
專用接口電路輸入端與傳感器相接，把傳感器的電阻應變信號轉換成電信號；電路輸出端與A／D相接，以數(shù)字信號顯示實際測量的壓力(差)數(shù)值。
為使測量值穩(wěn)定可靠，應變片電橋的供電電壓采用MC1403精密穩(wěn)壓集成塊穩(wěn)壓。當外電壓在4～20V變化時，精密穩(wěn)壓塊都能精確地穩(wěn)定在2.4V。電橋輸出電壓u01經(jīng)低漂移運算放大器OP07進行放大。放大器OP07在長期工作及較大溫度變化的情況下漂移極小(0.2μV／月，0.2μV／℃)。另外，接口電路還采用了正負電源供電方式，當輸入信號極性發(fā)生變化時，輸出電壓u02極性也隨之改變，故能方便地測量正負壓力或壓差。圖二中W1為調節(jié)電位器，能對橋路的不平衡電壓稍作補償，無外力作用時，調節(jié)W1能使放大器輸出為零，保證傳感器的互換性；電路輸出端專門設置量程電位器W2，當與無乘標度功能的A／D相接時，調節(jié)W2可改變模擬量的輸出系數(shù)，使顯示數(shù)值與實測值一致。因此，使輸出電路能方便地與各種A／D表頭及計算機A／D等直接聯(lián)接。
傳感器工作時，被測流體通過聯(lián)接件引入波紋管B1或B2，測壓差時則將不同壓力的流體分別引入B1和B2。引入流體后，B1和B2有壓差△p＝p1－p2存在，勢必一個伸長一個縮短，工作梁上有力作用，并產(chǎn)生彈性變形，于是，粘貼于梁上的電阻應變片阻值發(fā)生變化，電橋平衡被破壞，有不平衡電壓信號輸出。但是，如工作梁變形過大，則伸長變形的波紋管蓋帽接觸到剛度較大的過載保護梁，實現(xiàn)過載保護。
根據(jù)力平衡關系，工作梁受力(F)正比于2只波紋管的壓差△p，即F＝K1△p工作梁為彈性材料，根據(jù)材料力學，在彈性限度內，梁的變形(X)與外力的關系為X＝K2F＋b2而根據(jù)應變電測原理，在一定量程范圍內，又能保證應變片阻值變化(△R)與工作梁變形成線性關系，即△R＝K3X＋b3
由于箔式應變片工作電阻采用對稱全橋聯(lián)接，其橋壓由精密穩(wěn)壓電源供給，因此，能保證電橋輸出電壓(u01)正比于阻值變化，即u01＝K4△R最后，因放大電路為精密低溫漂放大器，所以u02＝K5u01＋b5至此可得，輸出電壓(u02)與波紋管壓差的關系應為u02＝K△p＋bK、b為常數(shù)。
本實用新型，波紋管僅作為承力、傳力元件，而非彈性敏感元件，但波紋管本身又有很好的彈性，故這種結構有利于減少機械因素對測量精度的影響，精密制作，可保證傳感器測量準確度達0.2％以上；同時，被測流體介質只存留于波紋管內，并無流動，因此，本實用新型用于靜態(tài)或動態(tài)測量均可，并提高儀器耐腐蝕性，擴大適用范圍。壓力(差)傳感器帶專用接口，便于與顯示系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)聯(lián)接，作為新型儀器或自動化檢測儀表使用。
權利要求1.本實用新型是一種新型壓力(差)傳感器及其接口，其特征在于它由盒架(1)、盒蓋(2)、銅質聯(lián)接件(3)、波紋管(B1、B2)、波紋管蓋帽(5)、彈性工作梁(6)、過載保護梁(7)等組成；彈性工作梁上貼金屬箔式電阻應變片(8)，電阻應變片接成電橋。其傳感器電橋采用精密穩(wěn)壓電源MC1403供橋壓；采用低漂移運算放大器OP07放大信號；用線性電位器調節(jié)模擬量輸出信號。
2.按權利要求(1)所述的傳感器及其接口，其特征在于傳感器盒由盒架、盒蓋構成，盒內裝有2只波紋管，管底相對，以工作梁中心線為軸對稱布置。
3.按權利要求(1)所述的傳感器及其接口，其特征在于波紋管底部套銅質蓋帽，波紋管與蓋帽錫焊固定，蓋帽與工作梁用螺釘聯(lián)接。
4.按權利要求(1)所述的傳感器及其接口，其特征在于盒架上安裝彈性工作梁的同一部位，安裝過載保護梁。
專利摘要本實用新型壓力(差)傳感器是一種新型組合式電阻應變傳感器，由傳感盒、波紋管、彈性工作梁、電阻應變片等組成，其結構簡單，安裝方便，造價低，準確度可達0.2％以上，性能穩(wěn)定，耐腐蝕?？捎糜跍y量流體壓力或壓差。配專用接口與顯示系統(tǒng)聯(lián)接，可組裝成多種壓力、液位、流量、流速儀并可與計算機聯(lián)接。
文檔編號G01L9/04GK2127785SQ9122711
公開日1993年3月3日 申請日期1991年10月26日 優(yōu)先權日1991年10月26日
發(fā)明者嚴登豐, 徐云年, 金禾, 李延松 申請人:江蘇農(nóng)學院