[发明专利]一种侧腔充油结构的圆筒式超高压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，特别涉及一种侧腔充油结构的圆筒式超高压力传感器。 

背景技术

压力传感器一直以来都因为巨大的市场需求而成为研究和开发的重点，至今已有很多产品基于压阻式、压电式及应变式等工作原理，这些传感器的量程主要集中在1MPa至100MPa之间，对于高量程的超高压力传感器和低量程的微压传感器则较难实现。工业发展和国防建设中存在许多超高压力测量的应用要求，不但工业生产中应用场合很多，同样武器系统也需要对达到GPa级别的压力进行实时监测。但由于国外技术封锁以及我国相关技术发展较晚，这方面一直不成熟，超高压传感器产品较少。目前市场中主要有SOI硅压阻压力传感器、SOS（Silicon on Sapphire）压力传感器、溅射薄膜压力传感器以及采用硅应变片或高温箔式应变片制作的压力传感器等。从测量机理来看，这些传感器都是基于电阻效应的；从结构上来看，这些传感器的弹性元件和敏感元件可分为一体化结构和组合式结构两类。具有弹性敏感元件一体化结构的压阻压力传感器的主要优点包括：1）精度和灵敏度高，对后续信号处理电路无特殊要求，应用成本较低；2）重量轻、动态频响高，使用带宽高达1MHz以上；3）性能稳定、可靠性高，由于硅芯片的工作弹性应变低至微应变，最大位移在亚微米级，因而无磨损、疲劳和老化现象，寿命达10⁷次以上压力循环；4）硅芯片采用MEMS（Micro  Mechanical-electro System，微型机械电子系统）技术实现批量化制作，成本低等。但也存在以下问题：1）最高量程不超过150MPa；2）被测介质不仅要与外壳材料兼容，同时还必须与硅、玻璃及封装材料兼容，因而应用范围相对较窄。 

弹性元件与敏感元件为组合式结构的超高压力传感器的主要优势在于：1）量程大，如可达1000MPa以上；2）金属弹性元件和压力接口是由一个整件高强度不锈钢加工而成，可根据不同的应用介质（如腐蚀介质）来选择不同的材质，适用被测介质范围宽；3）内部的压力密封不存在O型圈，密封可靠性高。但这类传感器也有一定的不足之处：1）如果敏感元件是基于金属电阻效应的，如溅射薄膜或采用高温箔式金属应变片的压力传感器，由于金属的电阻率小，传感器的灵敏度很小（仅几mV/V），因而信噪比差，对后续的信号处理电路要求较高；2）如果敏感元件通过测量弹性体产生的位移来进行测量，则封装过程中需要严格控制敏感元件与弹性体的位置关系，否则传感器的稳定性将会受到影响，此外一般圆筒式超高压力传感器增加壁厚对传感器的灵敏度会有影响，使传感器的输出变小。 

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种侧腔充油结构的圆筒式超高压力传感器，不但有效利用圆筒的变形效应，而且与一般的圆筒结构的超高压力传感器相比有更大的筒壁厚度，承载能力更强，可达1.5GPa以上，并且传感器避免了位移效应的压力传感器需要严格控制封装位置关系的技术难点。 

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为： 

一种侧腔充油结构的圆筒式超高压力传感器，包括弹性元件底座1，弹性元件底座1上部为承压圆筒3，在承压圆筒3的中心是承压孔2，承压圆筒3的侧壁设有一个或一个以上的充油腔7，当设有一个充油腔7时，即单孔式结构，充油腔7的上端和承压圆筒3的顶部相通，敏感元件9装配在充油腔7的上端，敏感元件9上设有惠斯通电桥，由金丝引线10将惠斯通电桥与转接板4连接；转接板4安装在承压圆筒3的顶部，外壳5装在弹性元件底座1上，弹性元件底座1上半部分被外壳5包围，除电缆线6以外的所有零件全部被外壳包围；电缆线6的一端与转接板4的输出相连；电缆线6的另一端由固线帽固定并穿过外壳5与外部电路相连接，充油腔7侧壁开有充油密封孔8，充油腔7内充满不可压缩硅油。 

当设有一个以上的充油腔7时，即多孔式结构，充油腔7的孔正中心沿以承压孔2为圆心的圆轴对称的布置在承压圆筒3侧壁内，承压圆筒3的顶部设有上盖12，敏感元件9安装在上盖12上，敏感元件9上设有惠斯通电桥，由金丝引线10将惠斯通电桥与转接板4的输入连接；转接板4安装在上盖12的顶部，外壳5装在弹性元件底座1上，弹性元件底座1上半部分被外壳5包围，除电缆线6以外的所有零件全部被外壳包围，电缆线6的一端与转接板4的输出相连；电缆线6的另一端由固线帽固定并穿过外壳5，与外部电路相连接，充油腔7侧壁开有充油密封孔8，充油腔7内充满不可压缩硅油。