膜盒式量程擴展器的製作方法

2023-05-22 10:10:41 2

專利名稱：膜盒式量程擴展器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種力敏傳感器的量程擴展裝置，屬於擴散矽力敏傳感器的配套應用設備。
近年來，使用擴散矽力敏元件作為測量各種力的傳感器的敏感元件的測量儀表產品越來越多了，這是因為擴散矽力敏元件的性能穩定、靈敏度高和測試準確，用它製成的傳感器信噪比高、線性度好的緣故。用擴散矽力敏元件製成的機電一體化壓力傳感器大有在今後取代傳統的壓力測量儀表的趨勢。但是，由於擴散矽力敏元件的加工工藝和結構製造方面的原因，目前已經批量定型生產的力敏器件其量程範圍只能在0.01～0.2兆帕(MPa)的中、低壓範圍之間，對於較高或更大量程的壓力測量，尚無法使用這種壓力傳感器進行測試。
本發明的目的是提供一種擴散矽力敏傳感器的量程擴展器，以便把目前應用較廣的上述中、低壓量程壓力傳感器的測量範圍擴展到可以量測高壓(1～100兆帕MPa)。
本發明是這樣實現的在一個園柱形基體1的周壁圍成的凹形空腔裡放置有兩個內外包容和密封的膜盒3和4，其中置於其內的膜盒3中充滿傳壓介質，該介質通過膜盒3一側的管孔3A和基體1側壁上的管接頭5與測點相連通，置於外側的膜盒4中也充滿傳壓介質，並通過該膜盒的管孔4A與裝在基體上另一側的傳感器6裡的傳壓介質相連通，基體的凹腔上端有蓋板2作為其隔離體。
本發明可以有效地擴展現有中低壓力敏傳感器的量程範圍，只要適當選配不同材質和不同直徑、高度的膜盒組成本發明結構型式的擴展器就可以實現之。而膜盒是目前慣用的測壓儀表元件，尤在航天航空工業系統中應用更廣。波紋形的膜片已由專門設備加工製成，可從市場上購置到現成的波紋形膜片焊接製成膜盒，可省卻加工成形的工藝過程，有利於降低成本。其受力特性也比較好，基本上呈線性變化。總之，利用本發明結構製成的量程擴展器能保持原有擴散矽力敏傳感器輸出線性度好的優點，有利於這種新型力敏傳感器應用範圍的拓寬和機電一體化技術改造進程的加速實現。
下面結合附圖，具體介紹本發明。


圖1是本發明的結構原理圖和其與力敏傳感器的聯接位置示意圖。
參見圖1，園柱形基體1的周壁圍成一個凹形空腔，空腔裡有兩個內外包容和密封的膜盒3和膜盒4，其中置於其內的膜盒3中充滿傳壓介質矽油，該介質又通過該膜盒一側的管孔3A和基體1側壁上的管頭5與測點相連通。管接頭5是擰入基體1凹孔底側壁上的螺孔而與基體聯成一體。置於外側的膜盒4中也充滿傳壓介質矽油，矽油在這裡不僅起傳遞壓力的不可壓縮的液體作用，而且還起內外腔的隔絕作用。外腔的矽油通過該膜盒的管孔4A與裝在基體上另一側的傳感器6裡的傳壓介質矽油相連通，基體1的凹腔上端有蓋板2作為其隔離體。圖中的膜盒是用波紋形的膜片焊接而成的。圖1還表明了本發明與壓力傳感器的聯接方法。圖中用實線繪製的就是本發明量程擴展器，而用虛線繪製的就是與本發明聯成一體使用的傳感器6，它是通過基體1的凹孔上端外側壁上的外螺紋與其聯接的。
本發明的工作原理是被測點的壓力經由傳壓介質通過管孔3A傳至本發明的內膜盒3的腔體裡，腔內的介質受壓就迫使膜盒3的波紋形膜片伸長，從而使其體積增大量△V內與內膜盒的波紋膜片的直徑D內、材質H內和測點的壓力P測都呈正比例關係。由於內膜盒被包容在外膜盒之內，所以內膜盒受壓使其體積增大△V內也會由於在外膜盒裡也同樣充滿的傳壓介質矽油的傳遞而使得外膜盒4的體積也同樣增加△V，也就是使得外膜盒的波紋形膜片隨之伸長來達到體積的增加。其體積的增大量△V外也與外膜盒波紋膜片的直徑D外，材質H外和傳感器的壓力P傳呈正比關係，而且△V內＝△V外，如果內外膜盒都用同一材質的波紋膜片製造的話，則有P傳＝ (內波紋膜片直徑D內)/(外波紋膜片直徑D外) ×P測關係式存在。因為外波紋形膜片的直徑比內波紋形膜片的直徑大許多，就使得傳感器所量測到的壓力要比實際測點的壓力也按上述比例關係被縮小了，也就是擴展了傳感器的量程範圍。只要適當選擇不同直徑、不同形狀和不同材質的內膜盒波紋形膜片及外膜盒波紋形膜片，就可以確定傳感器量程的擴展倍數。除了按照上述關係式進行推算擴展倍數外，還需在實測中進行若干次基準測試來修正其擴展倍數的參數。總之，只要進行適當的比例調配和選擇，就可以使用最佳量程範圍的標準擴散矽力敏傳感器來測量高壓範圍的壓力、壓強、應力等參數。
權利要求
1.一種可以擴大擴散矽力敏壓力傳感器量程範圍的膜盒式量程擴展器，其特徵是在一個園柱形基體1的周壁圍成的凹形空腔裡放置有兩個內外包容和密封的膜盒3和4，其中置於其內的膜盒3中充傳壓介質，該介質通過膜盒一側的管孔3A和基體1側壁上的管接頭5與測點相連通，置於外側的膜盒4中也充滿傳壓介質，並通過該膜盒的管孔4A與裝在基體上另一側的傳感器6裡的傳壓介質相連通，基體1的凹腔上端有蓋板2作為其隔離體。
2.如權利要求1所述的膜盒式量程擴展器，其特徵是膜盒是由波紋形的膜片式結構焊接而成的。
3.如權利要求1所述的膜盒式量程擴展器，其特徵是基體1的凹孔底的側壁上有用以擰接管接頭5的螺孔。
4.如權利要求1所述的膜盒式量程擴展器，其特徵是基體1的凹孔上端外側壁上有用以擰接傳感器的外螺紋。
5.如權利要求1所述的膜盒式量程擴展器，其特徵是兩膜盒中充滿的傳壓介質是矽油。
全文摘要
一種擴散矽力敏傳感器的量程擴展器，是用兩個內外包容和封閉的波紋形膜片製成的膜盒內都充滿傳壓介質矽油，並使其內膜盒與測點相連通，外膜盒與傳感器中的矽油相連通。由於測點的壓力而引起內膜盒體積增大，使得外膜盒體積也隨之增大，因兩者直徑和材質的不同使得傳感器指示的壓力按比例縮小，從而使其量程得以擴展。適當選配不同材質、形狀、直徑的波紋管可以用最佳量程範圍的標準擴散矽力敏傳感器作高壓範圍的傳感器使用。
文檔編號G01L19/00GK1063553SQ91100239
公開日1992年8月12日 申請日期1991年1月17日 優先權日1991年1月17日
發明者石行, 尤裝 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠