具有记忆功能的压力传感器.pdf

本发明涉及一种结构新颖、具有记忆功能的压力传感器。
    传感器是工业生产过程控制自动化的“感官”，担负着敏感各种各样物理参量，并向控制中枢反馈状态变化的实测值，以便实时调整控制指令，使生产过程始终处于最佳工况的使命。现代信息社会里，传感器作为应用电子技术改造传统产业的一支不可忽略的方面军，日益引起越来越多的科技人员重视和投入，从而使各式各样、应用先进科技（如红外、射线、微波、热敏、光敏、磁学，压电等等）的传感器接连不断地研制成功，使传感器的家族日趋庞大和兴盛，传感器电子学也已形成新一代电子学。

    本发明的目的是为传感器家族提供一种结构新颖、具有存储测量数据（俗称：记忆）功能的压力传感器。

    本发明的结构示意如图1所示：它是由壳体、传感器和具有放大、A/D转换、存储等复合功能的集成电路芯片组成的，其中壳体1为一个其内纵向排有三个用小孔相互连通的空腔的圆筒型金属壳体，前端空腔1A端部装有保护外罩2，该腔内放有与需要测量压力部位相连通的敏感器件3，中间空腔1B和后部空腔1C中分别用硅胶密封装有一个具有复合功能的集成电路芯片4和一个多芯通信接口插座5，该集成电路芯片4封存在两端有插座的小壳体6内，并通过该插座用导线与敏感器件3和通信接口插座5接通。

    本发明的三个空腔可以分别称之为测量腔1A，器件密封腔1B和通信接口密封腔1C。压力敏感器件3就放在测量腔1A中，测量腔应与需要测量压力的部位相连通。为了保护压力敏感器件免遭碰撞损坏，在测量腔端部装有保护外罩2，使敏感器件与外界相隔开。保护外罩的形状可以根据工作条件的不同而选择为用铜颗粒烧结而成地滤罩形、用金属制成栅网状的隔离罩形或充满了硅油的毛细管形。其中的压力敏感器件可以根据测试压力的条件和对象的不同，选择相应的量程和精度都不同的敏感器件，这些敏感器件可以是压力敏感元件，也可以是差压敏感元件。通常这种敏感器件均已成为市场出售的通用器件产品，技术人员所做的工作只是设计选型，以取得最佳性能价格比的经济效益。放在器件密封腔1B内的具有复合功能的集成电路芯片4是由美国ME.公司专为某些特殊用户研制生产的具有运算放大，A/D转换、实时时钟、定期采样和存储记忆功能的专用芯片。这种IC芯片现在已经投入市场出售，目前可以接受订单的为MU-10和MU-20两种型号，两者其他功能都相同，区别在于存储的容量：前者可存储12位精度的数据10兆，后者可存储同样精度的数据20兆。该芯片出厂时已被封存在一个Φ16＊100的金属小壳体6里，该壳体6的两端有插座;一端是电源和数据输入端，另一端为RS-232串行通信口，用于输出数据。在把装有集成电路芯片的金属小壳体6放入器件密封腔体1B，并焊接好其与另外两腔1A、1C内器件的连线后，应从其端部的工艺孔中向腔内灌注硅橡胶，使之固化后器件腔1B就成为一个实心的固态整体，以便确保该复合功能芯片能够在极其恶劣的工作环境下长期可靠地工作。例如：可以把此压力传感器长时期浸泡在水里或含油地层内记录测试和存储数据。需要指出的是灌胶工艺应在真空罩内作业。

    通信密封腔1C内主要装有一个多芯插座5，其园形插座的插针中有一个用作RS-232C通信接口，它应与器件密封腔内的金属小壳体6的数据输出端的RS-232C通信口相连，并籍此与微型计算机的串行通信口连通和交换信息。其余插针皆用作供电电源。

    本发明的工作方式有两种：一是脱机单独工作，即只要供以电源就可以长期独立采集压力数据：它是用自身的实时时钟产生的时序控制定期采样的周期，并将采集到的数据定期存储到记忆芯片中，期间还自动进行运放、A/D转换等功能。本发明另一特色是存储容量大，如每秒钟采样一次，容量为10M的存储芯片就可存储长达30年的连续采样数据。当人们需要此压力数据时，只要把通信密封腔的密封盖卸掉，就可通过其RS-232插针与微型计算机的串行通信口连通，从而把存储的全部数据移入微机的数据库中进行处理。这是本发明最主要的工作方式和特色。另一种工种方式是作为系统的采集单元工作，即通过通信密封腔里的串行通信插针与系统联接成为整个装置系统中的一个采集回路，可以实时采集压力数据，也可以把采集到的压力数据暂时存储在记忆芯片中，定期把成批数据发回系统。

    本发明不同于由单片机或单板机组成的微机智能测压系统。本发明只是一个简单的固态圆筒形金属单体，如果不包括机械附件，它的全部组成件都可容纳在一个空间体积为Φ18＊150的壳体内，而就这个小小的壳体就可以存储多达10兆或更多个数据。

    本发明结构简单而自成系统，不需要另外CPU驱动就可以独立工作，也可以通过串行口使之成为系统的一路压力采集单元。本发明的电子器件部分与外界环境绝对隔离，并用硅胶密封，可以在无人管理的恶劣环境下长期可靠工作，特别适用于那种需要长期连续精确记忆微差动态的野外压力变化状态数据的采集，尤其适用于放入石油生产井中对油田油层内压力进行长期精确的动态观测记录。