可调节的硅力敏传感器量程扩展器.pdf

本发明涉及一种力敏传感器的配套应用装置，属于扩散硅力敏传感器的量程扩展应用设备。
    由于扩散硅力敏元件的性能稳定可靠、灵敏度高，用它制成的传感器信噪比高、线性度好，因此，近年来采用扩散硅力敏元件作为测量各种力的传感器的敏感元件的产品越来越多，大有在机电一体化压力测量仪表上取代传统测力仪表的架势。但是，因加工工艺和结构制造方面的原因，目前批量定型生产的硅力敏器件的量程范围较小，只能在0.001～0.2兆帕（Mpa）的中低压范围内进行测量。为此，申请人研制成功一种扩散硅力敏传感器的量程扩展器（专利号：CN91200668.4），利用不同直径和不同材质的两种波纹管构成的该装置，可以把上述中、低压量程的压力传感器的测量范围扩展到1～100兆帕（Mpa）的高压范围。但是，这种量程扩展器的两组波纹管的比例、匹配的要求较高、制造工艺也要求较高，有一定的加工难度，一般仪表工厂还难以胜任制造任务，这样就提高了其售价。通常都在测量精度要求较高的场合下应用该装置，这样，也限制了该发明地应用场合。原发明还有一个缺陷是：一个量程扩展器内的两个波纹管的材质、形状、结构是固定不变的，故其量程范围一旦确定后，也是不可调整或改变的。

    本发明的目的是提供一种原发明的改进装置-可调节的扩散硅力敏传感器的量程扩展器，以弥补原发明的用户范围较窄和量程不可调节的缺陷。

    本发明还是采用充满硅油的波纹管作为与硅力敏器件量程相匹配的低压间接传压元件，只是用隔膜式高压传压器替代了原发明中的高压波纹管，再辅以两组弹性不同的弹簧进行量程变换和调节而构成的，其工作原理与上述的原发明仍然基本一致。

    本发明不仅基本保留了原先两种波纹管构成的量程扩展器的全部优点：能够有效扩展现有中低压力敏传感器的测量范围，用于量测高压压力数值（1～100兆帕），且测量精度高，线性度好;更在降低制造难度，降低制造成本和拓宽每一个量程扩展器的测量范围，使其量程可以调节等方面取得重要改进。因为本发明采用的一个波纹管只是一个传压元件，工作时不产生应变，不必象原发明那样两个波纹管要进行匹配、调整，其量测数值还需经过若干次基准测试后进行实测修正，这样对波纹管的材质、精度等制造要求都可有所降低，只要采用普通精度等级的仪表波纹管就能保证使用要求了。另外，本发明中的其他元件也都可以采用一般标准的仪表元件，有利于降低制造成本。由于承载弹簧可以由用户自己通过螺栓和调节档板调整其变形受力状况，以改变其量程范围，这样更可拓宽其用户群体。总之，本发明除在精度上比较原发明略有降低外，在制造成本，应用范围和方便调整上都有很好的改进和提高。

    图1是本发明的结构示意图。

    参见图1，在一个园筒形外壳4的腔体内自下而上地同轴安装有由橡胶膜片1A、顶杆1B和其罩体1C组成的隔膜式高压传压器1、直径较小的传力弹簧2和波纹管低压传压器3，隔膜式高压传压器1的罩体1C下侧中央设有带螺纹扣的引压通孔7，可以通过此通孔7拧入螺纹接头或管线引入需要测定压力的部位。隔膜式传压器1是由一块橡胶膜片1A、顶杆1B和外罩1C构成，它是一种定型结构，通常用作称重型测力器，其中橡胶膜片1A与壳体外罩1C贴紧形成一个密闭腔体，膜片另一侧紧挨着传力顶杆1B。在顶杆1B与传力弹簧2之间安装有隔板6，波纹管传压器3的上侧设有连通力敏传感器的测压通道10，在波纹管传压器3的腔体里充满的传压介质-硅油11就是通过此出口通道10把压力传递给力敏传感器的。在隔板6和圆筒外壳4顶部均匀分布的若干个调节挡板8之间安装有直径较大的承载弹簧5，每个调节挡板的上方都装有螺栓9，通过螺栓9的升降可以调整挡板8的位置，从而调整承载弹簧5的压缩变形，也就是改变承载弹簧5的弹性系数。

    本发明的工作原理是用隔膜传压器作为直接承受高压的传压器，当其承受的压力通过橡胶膜片1A和顶杆1B传递到隔板6时，会使承载弹簧5产生压缩变形，与此压力相平衡;同时，位于轴线的传力弹簧2也产生弹性压缩变形，由于这两组弹簧的结构和弹性系数是不同的，两者的压缩变形之间就存在着一定的比例关系，本发明就是通过这两组不同直径的弹簧进行压力的量程变换和扩展的。此时，传力弹簧2的另一端所支撑的波纹管3则作为间接的传递低压的传压器，这是因为直接传压器1所承受的高压P1经本发明中的两组弹簧构成的量程变换的，波纹管3时压力已经大为降低了，这样通过波纹管3上端的测压通道10传递到力敏器件上的压力P0也按比例大为缩小了。这样，只要选择合适的两组弹簧，就能变换成各种量程扩展的比例关系。而且，承载弹簧5上部的挡板8可以通过其螺栓9调整其初始位置，更使每个装置都具有在一定范围内适当调节压力测试范围的功能。这样可以为用户在使用过程中进行自行调定提供可能和方便。由于弹簧的制造和配套远比两组波纹管的选配方便、容易得多，故本发明的制造成本较原来的专利要低廉，只是测试精度也要略为低些。