三軸壓力傳感器的製作方法

2023-06-11 01:52:21

專利名稱：三軸壓力傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種感測的數據轉換裝置，尤其是一種壓力傳感器。
三軸試驗機的主要功能是對試件提供三軸壓力測量，是在三軸試驗機的三軸缸內實現，由軸向活塞及相應端塊提供軸向機械荷載，而由通入三軸缸內的壓力流體提供圍壓。這兩種壓力是由三軸試驗機相對獨立的兩個系統中獲得的。前者在完全獨立系統中(如單軸試驗機)可用現有的荷重傳感器標定。而在液壓系統中，壓力(強)可用壓力傳感器標定。但是在三軸試驗機的三軸缸內，兩種壓力視三軸結構的合理程度，存在有不同程度的相互耦合作用和深層次的其它問題。至今尚無相應的本實用新型所稱的三軸壓力傳感器能在三軸缸內標定兩種壓力同時作用時的真實軸向荷載和流體壓力。人類生活和工業生產中也存在類似問題急需解決，如海上石油鑽井平臺的海底結構部分，其上部承受平臺的巨大荷重，側面同時承受海水深部的流體壓力需要準確檢測。
本實用新型的目的是為克服上述現有技術中存在的不足之處而設計出一種新的能在三軸缸內標定兩種壓力同時作用時的真實軸向荷載和流體壓力的三軸壓力傳感器，解決目前三軸試驗機尚無相應傳感器標定以及相應三軸壓力場合的檢測標定或自動裝置問題。
本實用新型的任務是以如下方式來實施的，一種適用於標定軸向機械荷載與側面流體壓力同時作用的三軸壓力傳感器，它包括彈性體，其外面有外罩，下端有底座與外罩螺紋連接，彈性體與底座的下端面的結合面上裝有密封圈，彈性體上端面裝有上壓塊，彈性體的上端面與上壓塊接觸面上裝有密封墊圈；上壓塊的外面裝有上罩蓋，上罩蓋與外罩螺紋連接，在外罩上端面與上罩蓋間裝有墊圈，在彈性體內腔壁上粘貼有多組惠斯頓電橋，並從底座的孔中引出其導線電纜。所述的彈性體是圓筒形筒體，其兩端面外有凸緣。
本實用新型與現有技術比較具有如下優點它是一種集荷重傳感器和壓力傳感器於一身的新型三軸壓力傳感器，它解決了目前三軸試驗機尚無相應傳感器標定以及相應三軸壓力場合的檢測標定或自動控制裝置問題；它是機電一體化，軟硬體相結合的新技術產品，其結構緊湊，功能強大，標定測量簡單方便、準確；還將可成為自動控制領域的重要元件。


圖1是本實用新型的方框圖。
圖2是本實用新型的傳感器的結構圖。
下面將結合附圖對本實用新型的實施例作進一步的詳細描述，如圖1及圖2所示，三軸壓力傳感器是由傳感器、二次儀表和微機三個部分組成的測量儀器。傳感器採用圓筒形各向同性彈性體為測力傳感器元件，可將同時承受縱向載荷p和側面流體壓力q的三軸壓力轉換為應變；通過粘貼在彈性體內腔表面上以一定方式布置的若干組電阻應變計(花)組成多組電橋網絡，在外加電源的激勵下，實現三軸壓力作用時，由應變、電阻變化、電信號變化的相互轉換及測量。
當軸向名義應力p=P/S(其中P為軸向荷載，S為圓環的截面積)，作用於彈性體軸線方向，流體壓力q同時作用於彈性外圓柱面時，彈性體中間截面在理想情況下產生的三軸應力狀態，σ1與σ2=σ3。但是(1)由於各向同性彈性體的變形特性具有兩個獨立的彈性常數，彈性模量和泊松比，因此，中間截面上引起的真實應力狀態σ1、σ2和σ3與相互獨立構成的三軸壓力p與q沒有直接對應相等的簡單關係，σ1≠p，σ2=σ3≠q；(2)又由於彈性體為圓筒狀的幾何特徵，中間截面上不同徑向位置的應力狀態不同。但是，理想情況下，同一徑向位置圓周上又具有相同的應力狀態σ1、σ2=σ3。設計者經過嚴格分析研究和實驗校驗，正確地解決了上述關係。利用彈性體內表面粘貼電阻應變計(花)，對這一最敏感表面不同方向的應變測量數據提供了專用數據處理軟體，用於標定三軸壓力荷載p(或者P)與q的數值。
三軸壓力傳感器結構是由底座1、密封圈2、外罩3、彈性體4、墊圈5、密封墊圈6、上罩蓋7、上壓塊8及電阻應變計(花)9組成的。其中底座1是個短圓柱體，其圓柱上端外圈有凸起圓環，其內側有圓環形凹槽，密封圈2置於凹槽內，凹圓環外圓面上有外螺紋，短圓柱體中心有盲孔，並有徑向通孔與中心孔相通，此孔為彈性體內腔電橋網絡引出導線電纜的出口；外罩3是一個薄壁圓套筒，其四周均勻分布有長圓孔，上端有外螺紋，下端有內螺紋，與底座1螺紋連接，上端外螺紋與上罩蓋7螺紋連接；彈性體4是圓筒形彈性體，它是三軸傳感器的關鍵功能元件，要求它具有穩定的各向同性彈性常數、彈性模量和泊松比，對它的加工精度及表面光潔度均有較高的要求。它是用鉻鎳鉬鋼、鉻錳矽(鎳)鋼、鈹青銅、彈簧鋼或鈦合金材料製造成的，墊圈5是個圓環形圈，它裝在外罩3與上罩蓋7之間，起襯墊作用，密封墊圈6是個圓環形密封圈，它裝在彈性體4與上壓塊8的接觸面中，起密封彈性體內腔上口作用，上罩蓋7是個階梯形內孔的圓筒體，其內孔下部為螺紋孔，上壓塊8是一個外圓面為階梯形的圓柱體，其下部端面有一環形凹槽與彈性體4上端面凸起的環形面相配合，電阻應變計(花)9組成全橋，也可採用半橋布置。粘貼在彈性體內壁的中間部位的多組惠斯頓電橋，是用於測量彈性體內腔中間截面處的軸向應變和環向應變。
由彈性體內腔電橋網絡引出的導線電纜與二次儀表連接，由二次儀表讀出應變數據。利用微機中的專用數據處理軟體處理，就可標定三軸壓力荷載p(或者P)與q的數值。
權利要求1．一種適用於標定軸向機械荷載與側面流體壓力同時作用的三軸壓力傳感器，其特徵在於它包括彈性體(4)，其外面有外罩(3)，下端有底座(1)與外罩(3)螺紋連接，彈性體(4)與底座(1)的下端面的結合面上裝有密封圈(2)，彈性體(4)上端面裝有上壓塊(8)，彈性體(4)的上端面與上壓塊(8)接觸面上裝有密封墊圈(6)；上壓塊(8)的外面裝有上罩蓋(7)，上罩蓋(7)與外罩(3)螺紋連接，在外罩(3)上端面與上罩蓋(7)間裝有墊圈(5)，在彈性體(4)內腔壁上粘貼有多組惠斯頓電橋(9)，並從底座(1)的孔中引出其導線電纜。
2．根據權利要求1所述的三軸壓力傳感器，其特徵在於所述的彈性體(4)是圓筒形筒體，其兩端面外有凸緣。
3．根據權利要求1或2所述的三軸壓力傳感器，其特徵在於所述的彈性體(4)是用鉻鎳鉬鋼、鉻錳矽(鎳)鋼、鈹青銅、彈簧鋼或鈦合金材料製成的。
專利摘要本實用新型提供了一種三軸壓力傳感器,它是由圓筒形彈性體、外罩、上罩蓋、底座、上壓塊、密封件、多組惠斯頓電橋、電纜及接插裝置組成。彈性體可將同時承受縱向載荷P和側面流體壓力q的三軸壓力轉換為應變,通過粘貼在彈性體內腔表面上的多組電橋網絡,在外源的激勵下,實現三軸作用時,由應變、電阻變化、電信號變化的相互轉換及測量。其測量結果通過提供的專用數據處理軟體來標定三軸壓力載荷P與q的數值。其結構緊湊、功能強大,標定測量簡單準確。
文檔編號G01L5/12GK2308089SQ97207189
公開日1999年2月17日 申請日期1997年2月6日 優先權日1997年2月6日
發明者吳振業 申請人:中國礦業大學