專利名稱：用于擴散硅力敏傳感器的微壓放大器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于提高力敏傳感器測試靈敏度的微壓力(壓差)放大器，屬于擴散硅力敏傳感器的配套應用裝置。
近年來，利用擴散硅力敏器件制作各種測量力的傳感器的敏感元件的產品越來越多了，這是因為擴散硅力敏元件的性能穩定牢靠、靈敏度高，用它制成的傳感器信噪比高、線性度好的緣故，在機電一體化技術日益普及深入的今天，用擴散硅力敏元件制成的傳感器頗有取代傳統壓力測量儀表的趨勢。但是，由于目前在擴散硅力敏元件的加工工藝和結構制造等方面的原因，現在已能批量定型生產的力敏器件其量程范圍只在0.01～0.2兆帕(MPa)的中低壓范圍之間。而對于在石油工業或某些工業試驗室里需要經常使用的高靈敏度的微壓測量(量程在10.0毫米水柱以下)，尚還不能使用這種新型力敏傳感器進行測試。
本實用新型的目的是提供一種用于提高擴散硅力敏傳感器測試靈敏度的微壓力(壓差)放大器，以便可以利用目前已定型的中低壓測量傳感器來量測微壓力〈差〉信號。
本實用新型是用兩個直徑不同、高度相同的波紋管筒體制成密封腔體，其內部都充滿傳壓介質硅油，并使其內腔與裝在基體另一側的傳感器中的硅油相連通，而外腔與測點相連通。其中外波紋管處受壓狀態，內波紋管處受張(拉)狀態，當外腔受到測點附加微壓時，相當于受到附加張力，從而使內腔仍然受張擴大體積，內波紋管受拉，而與內腔相連通的已經滿量程指示的傳感器則顯示出此微壓引起的量程變化－－量程減小。由于內外波紋管直徑和材質的不同，使得傳感器指示的壓差變化是按一定比例被放大的微壓，從而實現用普通中低壓量程的力敏傳感器來量測微壓力(差)信號。
本實用新型可以拓寬現有擴散硅力敏傳感器的應用范圍，只要選配合適的不同材質和不同直徑的波紋管組成本實用新型結構型式的高靈敏度微壓(差)放大器，就使得原先難以實現的微壓量測可以用擴散硅力敏傳感器來實現之，并保持該傳感器性能穩定、輸出線性好的優點。有利于這種新型先進傳感器在機電一體化技術改造進程中發揮更大的作用。而波紋管是目前常用的測壓儀表元件，原料來源廣、加工容易、制造成本低、使用壽命長。市場上也可購置到現成的波紋管元件，則就又可省卻加工成形的設計和工藝過程了。
以下結合附圖，具體介紹本實用新型。


圖1是本實用新型的結構簡圖和其與力敏傳感器的聯接關系示意圖。
圖1中，在一個園柱形基座1上同軸裝有直徑不同、高度相同的內、外兩個波紋管筒體3、4相接，在內、外波紋管筒體內各自形成封閉的內腔3A和外腔4A，其中內腔中充滿傳壓介質硅油，并由基座1中間的通孔6與裝在基座1另一側螺孔8上的壓力傳感器10(虛線所示)相連通，外腔中也充滿傳壓介質硅油，也由基座1上的小孔9與測點相連通，測點是通過把與測試引壓點相連接的管接頭擰入基體1側壁上的螺孔7，再由小孔9與外腔構成通路的。在蓋板5與波紋管連接時，應使得自由狀態下內波紋管處于受張(拉)狀態，而使外波紋管處于受壓狀態。在波紋管筒體外側的園柱形殼體2與基座1通過螺紋聯接成一體。
本實用新型的工作原理是被測點的微壓力經由傳壓介質傳至本實用新型的外波紋管筒體4的外腔4A，因外波紋管原處受壓狀態，外腔又受到測點附加微壓(此微壓通常均小于外腔原受壓力)時，相當于受到附加張力，外波紋管所連接的蓋板所承受的張力為F＝P測×(π／4)×(D外－D內)由于內波紋管筒體被包容在外波紋管筒體內，且兩者共用一塊蓋板，所以使內腔也受張擴大體積，內波紋管受拉力。而本來與內腔相連通的已經滿量程指示的傳感器受到的壓力為P傳＝ (4F)/(πD2內)由于內波紋管受張，此微壓引起傳感器的量程改變－－量程縮小。由于內外波紋管直徑，材質不同，可以使傳感器指示的壓差變化是按一定比例被放大的微壓力(差)。如果選用同一材質制作的波紋管筒體，其放大倍數為P傳／P測＝(D2外－D2內)／D2內這樣適當選擇不同直徑的波紋管制作內外波紋管筒體，就可以獲得不同比例的微壓放大倍數。因為傳感器所指示的量程變化是從滿量程往回減小的量程，故實際測得的只是壓差變化，應該按照下列公式來計算測點的微壓力(差)P測＝常數－ (D2內)/(D2外－D2內) P傳這里的常數除了按照上述公式選擇不同材質或不同直徑的波紋管進行推算外，還需在實測中進行若干次基準測試以修正其放大倍數的參數來確認之。總之，只要適當選配不同直徑和材質的波紋管，就可以用普通中低壓擴散硅力敏傳感器來量測微壓范圍的力敏參數。
權利要求1.一種用于擴散硅力敏傳感器測試靈敏度的微壓力放大器，其特征是在一個園柱形基座1上同軸裝有直徑不同、高度相同的內、外兩個波紋管筒體3和4，其頂端則有一塊蓋板5與波紋管筒體3、4相接，使得在內、外波紋管筒體內各自形成封閉的內腔3A和外腔4A，其中內腔中充滿傳壓介質硅油，并由基座1中間的通孔6與裝在基座1另一側螺孔8上的壓力傳感器10(虛線所示)相連通，外腔中也充滿傳壓介質硅油，也由基座1上的小孔9與測點相連通，測點是通過把與測試引壓點相連通的管接頭擰入基體1側壁上的螺孔7，再由小孔9與外腔構成通路的，在蓋板5與波紋管連接時，應使得自由狀態下內波紋管處于受張(拉)狀態，而使外波紋管處于受壓狀態，在波紋管筒體外側的園柱形殼體2與基座1通過螺紋聯接成一體。
2.如權利要求1所述的微壓放大器，其特征是基體1側壁上與測點相連通的螺孔7，由基座1中的小孔9與外腔相連通。
專利摘要一種用于提高擴散硅力敏傳感器測試靈敏度的微壓力放大器，是用兩個直徑不同的波紋管筒體制成密封腔體，其內部都充滿傳壓介質硅油，使之內腔與傳感器中的硅油相連通，而外腔與測點相連通。測點的微壓引起外腔受張，而內腔也按一定比例增大此微壓的附加張力，并在傳感器的量程中得到顯示，從而實現用中低壓量程傳感器量測微壓(差)信號，拓寬該力敏傳感器的應用范圍。
文檔編號G01L1/00GK2084194SQ91201249
公開日1991年9月4日 申請日期1991年1月26日 優先權日1991年1月26日
發明者莫湖 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠