[发明专利]平衡式压力传感器及水压和气压的测量方法

说明书

本发明公开了平衡式压力传感器及水压和气压的测量方法，传感器包括从上往下依次连接的压力敏感元件、缸体和压力平衡装置，缸体内设有第一活塞，第一活塞将缸体内腔分隔为独立的两个腔体，两个腔体从上往下分别为第一腔体、第二腔体，第一腔体和第二腔体内均填充有液体介质或气体介质，第一腔体与压力敏感元件的内部相连通，第一活塞在远离压力敏感元件的一端设置有活塞杆，第一活塞的活塞杆位于第二腔体内，第二腔体内设置有用于驱动活塞杆沿着轴向来回移动的驱动机构；通过压力平衡装置使第一腔体和第二腔体内的压力平衡。本发明可以用于深海环境下的水深测量及微小水深变化的测量，功耗小，可长时间在水下作业。

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及的是平衡式压力传感器及水压和气压的测量方法。

背景技术

压力探测作为海洋探测的三元素之一，在深海探测中起到重要的作用。常应用于水下机器人的作业、海上石油平台的调整、海底地震预测等方面。但是在深海条件下需要面对测量水深的微小波动，即需要在一个大压力环境下测量压力的微小波动的压力。为达到这一目标，常规的做法就是在保障大量程的基础上提高传感器的测量精度，这提高了常规传感器的设计难度。专利CN1221792C测量方法是根据预设的水深后通过橡胶隔膜或橡胶囊进行平衡腔体内的压力，无法实现在任意水深进行测量水深及水深波动的测量,限制了其使用性；专利CN102519544B方法随着水深的增加，活塞承受的轴向力逐渐增大，进一步导致传动机构轴向推力变大，进一步导致电机的功耗较大，不利于传感器在深海下的长时间作业和维护。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种平衡式压力传感器及水压和气压的测量方法，以期实现既可以测量深海中的大压力，又可以精确测量微小压力变化同时可以长时间工作。

本发明是通过以下技术方案实现的：

平衡式压力传感器，包括从上往下依次连接的压力敏感元件、缸体和压力平衡装置，所述缸体内设有第一活塞，所述第一活塞将缸体内腔分隔为独立的两个腔体，两个腔体从上往下分别为第一腔体、第二腔体，所述第一腔体和第二腔体内均填充有液体介质或气体介质，所述第一腔体与所述压力敏感元件的内部相连通，所述第一活塞在远离压力敏感元件的一端设置有活塞杆，所述第一活塞的活塞杆位于第二腔体内，所述第二腔体内设置有用于驱动活塞杆沿着轴向来回移动的驱动机构；通过所述压力平衡装置使第一腔体和第二腔体内的压力平衡。

进一步的，所述驱动机构包括减速电机、丝杆、螺母，所述减速电机安装在位于第二腔体内的电机安装板上，所述减速电机的输出轴竖直向上延伸并固定连接有丝杆，所述丝杆外螺纹套装有螺母，所述螺母的上端与第一活塞的活塞杆的下端固定连接，通过减速电机带动丝杆旋转，进而带动螺母和第一活塞的活塞杆沿竖直方向往复运动。

进一步的，所述第二腔体内从上往下依次固定设置有对第一活塞的活塞杆进行竖向导向的活塞杆导向板、对螺母进行竖向导向的螺母导向板、防止螺母旋转的导轨，所述活塞杆导向板、螺母导向板和导轨上均开有连通孔。

进一步的，所述导轨中心开有一个沿竖直方向延伸的中心孔，所述导轨的中心孔内壁沿周向开有多个导向凹槽，每个导向凹槽沿竖直方向延伸，所述螺母的下端外侧设有向外凸出的多个导向凸键，多个导向凸键与多个导向凹槽一一对应的滑动配合。

进一步的，所述压力平衡装置包括第二缸体、压缩弹簧和第二活塞，所述第二活塞将第二缸体分隔为独立的上腔体和下腔体，所述上腔体与第二腔体相连通，所述第二缸体的底部端盖上开有一个通孔，所述下腔体通过通孔与外界连通，所述压缩弹簧位于下腔体内，所述压缩弹簧的上下两端分别抵压在所述第二活塞和第二缸体的底部端盖上。

进一步的，所述压力平衡装置包括第三缸体、第一拉伸弹簧、第一固定杆和弹性膜片，所述第三缸体与第二腔体相连通，所述弹性膜片设置在第三缸体底部用于密封第三缸体底端，所述第一固定杆横向设置在第三缸体内，所述第一拉伸弹簧的上下两端分别固定在第一固定杆和弹性膜片上。