[发明专利]一种高灵敏度与宽量程压力传感器

权利要求书

1.一种高灵敏度与宽量程压力传感器，其特征在于：包括外壳和位于外壳内的多个传感元；所述外壳受到的外界压力逐渐增大的过程中，所述传感元依次受压；

先受压的所述传感元中的敏感材料的杨氏模量应小于后受压的所述传感元中的敏感材料的杨氏模量；且先受压的所述传感元中的敏感材料的小压力灵敏度应高于后受压的所述传感元中的敏感材料的小压力灵敏度；

每个所述传感元均包括压容/压阻式敏感材料和分设于所述敏感材料两侧的电极板I和电极板II；

先受压的所述传感元中的敏感材料的导电/导磁颗粒的体积分数应小于后受压的所述传感元中的敏感材料的导电/导磁颗粒的体积分数；先受压的所述传感元中的敏感材料的纳米颗粒填充浓度应高于后受压的所述传感元中的敏感材料的纳米颗粒填充浓度；

所述传感元内的敏感材料为非弹性材料，各所述传感元通过厚度不同的弹性支撑垫进行支撑，使其受到的外界压力逐渐增大的过程中，各所述传感元依次受压；

所述外壳包括顶面和底面以及连接于所述顶面和底面之间的侧面；所述顶面作为传感器的受压端，所述侧面的刚度仅足以支撑所述顶面的自重；

各所述传感元的厚度或支撑高度各不相同，使各传感元的受压端与所述外壳的受压端之间的间距各不相同；

所述压力传感器的具体工作过程为：受到小压力作用时，所述外壳顶面向下发生较小位移，由于从外级至内级的各级所述传感元的厚度依次减小，因此厚度最大的最外级的所述传感元先行受压，且此时只有最外级的所述传感元受压，因而其容易发生变形，或者最外级的所述传感元采用小压力下灵敏度高的敏感材料，此时最外级的所述传感元输出信号，实现在此小压力下的高灵敏度检测；随着压力的增大，靠近最外级的第二级的所述传感元也开始受压，此时两级所述传感元的综合灵敏度由此两级所述传感元共同给出，而两级所述传感元的综合量程较之只接触最外级所述传感元时更大；当压力逐步增大时，各级所述传感元将以由外至内的顺序依次受压，因受压的所述传感元的级数越来越多，所述压力传感器抵抗变形的能力逐渐增大，因此发生受压的各级所述传感元的等效量程逐渐增大，直至最内的中心传感元受压达到最外级所述传感元所允许的变形极限时，达到总压力量程的上限；在此过程中，受压的各级所述传感元依次产生信号输出；在小压力下时，只有最外级所述传感元输出变化信号，根据最外级所述传感元标定的压力与输出信号之间的关系可知压力的大小；随着压力的增大，第二级所述传感元也开始受压，此时最外级所述传感元和第二级所述传感元都有信号输出，根据两级所述传感元标定的压力与输出信号之间的关系，将两级所述传感元上的压力求和，可求出施加在所述传感器上的总压力，随着压力的增加第三级所述传感元也输出信号时，依此类推，直至所述中心传感元输出信号。

2.根据权利要求1所述高灵敏度与宽量程压力传感器，其特征在于：多个所述传感元包括一个中心传感元和多个层层同心外套于所述中心传感元的环形传感元。

3.根据权利要求1所述高灵敏度与宽量程压力传感器，其特征在于：多个所述传感元包括一个中心传感元和一组或多组外级传感元组；每一外级传感元组包括绕所述中心传感元环形分布的多个厚度相同的外级传感元。

4.根据权利要求2或3所述高灵敏度与宽量程压力传感器，其特征在于：所述传感元的厚度从中部向外侧逐渐增大或逐渐减小。

5.根据权利要求1所述高灵敏度与宽量程压力传感器，其特征在于：先受压的所述传感元中的敏感材料的高灵敏压力范围小于后受压的所述传感元中的敏感材料的高灵敏压力范围；且传感器受压时，至少一个所述传感元的敏感材料所受的压力位于高灵敏压力范围内。