[发明专利]一种应力衰减结构的超高压力传感器

说明书

一种应力衰减结构的超高压力传感器，包括金属承压元件，金属承压元件的上部为截面逐渐变大的锥形体，外界压力直接作用在锥形体顶部最小的受压面上；金属承压元件的下部为截面积均匀的柱体，并在柱体侧面对称加工有两个侧平面，一个侧平面安装有力敏芯片，力敏芯片通过其上设有的惠斯通电桥和两个转接板连接，两个转接板关于力敏芯片上下对称布置，转接板上的电信号通过引线输出，通过金属承压元件在有限的弹性范围和有限的受压面积之上扩大压力的测量范围，增加压力的测量上限，可测量压力达2GPa。

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种应力衰减结构的超高压力传感器。

背景技术

近年来，随着高压加载新技术快速发展，超高压力测量在军工和民用方面都有着重要作用。军工方面涌现出了轨道炮、电磁炮、强辐射加载(激光束、X射线束、离子束等)技术等，超高压力传感器的研究为研制战略武器及新型火炮、火箭、导弹、装甲等提供必要的技术保证。在民用方面，这种传感器也可用于研究材料的爆炸合成、爆炸焊接、爆炸加工，用在地质钻探、深海作业，汽车、飞机等高速行驶时的碰撞试验等方面。由于高压测试的需求越来越多要求也越来越高，超高压力的测试技术也在不断的发展。力敏型传感器是基于力敏芯片的压阻效应来测量压力大小的传感器，力敏传感器具有精度高、结构简单，尺寸小、重量轻，易于实现小型化、固态化，并且价格低廉、品种多样，便于选择的优点。但是力敏芯片用于测量高压时需要依赖于某种金属承压元件，压力作用在金属承压元件上，使金属发生弹性变形，贴在金属承压元件上的力敏芯片通过金属的变形而产生电参数，输出电信号而得到所需输出量，因此金属承压元件的弹性模量越高能够测量的压力上限越高。但是任何金属材料的弹性范围都是有限的，若压力对弹性元件的作用超出了弹性范围，金属元件则会发生塑性变形，在塑性变形的情况下很难找到应力和应变之间的关系，加大了测量难度也降低了测量精度。对于某些特定的压力测试，由于要求压力的加载面积很小，不适合通过直接增加金属承压元件的横截面积来减小元件的内部应力作用，故无法使用大截面积弹性元件来增加压力测量范围。

发明内容

为了解决上述力敏传感器量程受限的缺点，本发明的目的在于设计一种应力衰减结构的超高压力传感器，在有限的弹性范围和有限的受压面积之上扩大压力的测量范围，增加压力的测量上限。

为实现上诉目的，本发明采取的技术方案为：

一种应力衰减结构的超高压力传感器，包括金属承压元件4，金属承压元件4的上部为截面逐渐变大的锥形体，外界压力直接作用在锥形体顶部最小的受压面上；金属承压元件4的下部为截面积均匀的柱体，并在柱体侧面对称加工有两个侧平面，一个侧平面安装有力敏芯片6，力敏芯片6通过其上设有的惠斯通电桥和两个转接板7连接，两个转接板7关于力敏芯片6上下对称布置，转接板7上的电信号通过引线输出。

所述的金属承压元件4的底部安装在底座1上，金属承压元件4的外部安装有上盖3，上盖3和底座1固定连接，上盖3的顶面中心处加工有一个通孔，通孔直径和金属承压元件4顶部的受压面直径相同。

所述的上盖3的顶部连接有引压元件5，引压元件5是一个空心圆柱体，内圆柱孔的直径和上盖3顶面的通孔直径相同，其内圆柱孔与上盖3顶面的通孔对准。

所述的底座1为圆盘状，圆盘中心加工了一个圆形沉孔，并在沉孔侧面加工一个键槽，在与键槽对称的位置上加工一个和键槽相同宽度的引线槽，引线槽贯穿沉孔内表面一直延续至底座1外表面，键槽和引线槽的深度与沉孔的深度相同。

所述的上盖3从底面加工了一个和底座1直径相同的沉孔，底座1的沉孔和上盖3的沉孔接合形成空腔，空腔的高度和金属承压元件4的高度相同；在上盖3沉孔的侧面上，与金属承压元件4上安装有力敏芯片6的侧平面相对的位置处加工了一个引线槽，该引线槽和底座1上引线槽宽度相等，引线槽的深度和上盖3沉孔深度相同，并贯穿沉孔内表面一直延续至上盖3的外表面。

所述的力敏芯片6是通过MEMS技术制作而成的芯片。