[实用新型]用于扩散硅力敏传感器的微压放大器

说明书

本实用新型涉及一种用于提高力敏传感器测试灵敏度的微压力（压差）放大器，属于扩散硅力敏传感器的配套应用装置。

近年来，利用扩散硅力敏器件制作各种测量力的传感器的敏感元件的产品越来越多了，这是因为扩散硅力敏元件的性能稳定牢靠、灵敏度高，用它制成的传感器信噪比高、线性度好的缘故，在机电一体化技术日益普及深入的今天，用扩散硅力敏元件制成的传感器颇有取代传统压力测量仪表的趋势。但是，由于目前在扩散硅力敏元件的加工工艺和结构制造等方面的原因，现在已能批量定型生产的力敏器件其量程范围只在0.01～0.2兆帕（MPa）的中低压范围之间。而对于在石油工业或某些工业试验室里需要经常使用的高灵敏度的微压测量（量程在10.0毫米水柱以下），尚还不能使用这种新型力敏传感器进行测试。

本实用新型的目的是提供一种用于提高扩散硅力敏传感器测试灵敏度的微压力（压差）放大器，以便可以利用目前已定型的中低压测量传感器来量测微压力〈差〉信号。

本实用新型是用两个直径不同、高度相同的波纹管筒体制成密封腔体，其内部都充满传压介质硅油，并使其内腔与装在基体另一侧的传感器中的硅油相连通，而外腔与测点相连通。其中外波纹管处受压状态，内波纹管处受张（拉）状态，当外腔受到测点附加微压时，相当于受到附加张力，从而使内腔仍然受张扩大体积，内波纹管受拉，而与内腔相连通的已经满量程指示的传感器则显示出此微压引起的量程变化－－量程减小。由于内外波纹管直径和材质的不同，使得传感器指示的压差变化是按一定比例被放大的微压，从而实现用普通中低压量程的力敏传感器来量测微压力（差）信号。

本实用新型可以拓宽现有扩散硅力敏传感器的应用范围，只要选配合适的不同材质和不同直径的波纹管组成本实用新型结构型式的高灵敏度微压（差）放大器，就使得原先难以实现的微压量测可以用扩散硅力敏传感器来实现之，并保持该传感器性能稳定、输出线性好的优点。有利于这种新型先进传感器在机电一体化技术改造进程中发挥更大的作用。而波纹管是目前常用的测压仪表元件，原料来源广、加工容易、制造成本低、使用寿命长。市场上也可购置到现成的波纹管元件，则就又可省却加工成形的设计和工艺过程了。

下面结合附图，具体介绍本实用新型。

图1是本实用新型的结构简图和其与力敏传感器的联接关系示意图。

图1中，在一个园柱形基座1上同轴装有直径不同、高度相同的内、外两个波纹管筒体3、4相接，在内、外波纹管筒体内各自形成封闭的内腔3A和外腔4A，其中内腔中充满传压介质硅油，并由基座1中间的通孔6与装在基座1另一侧螺孔8上的压力传感器10（虚线所示）相连通，外腔中也充满传压介质硅油，也由基座1上的小孔9与测点相连通，测点是通过把与测试引压点相连接的管接头拧入基体1侧壁上的螺孔7，再由小孔9与外腔构成通路的。在盖板5与波纹管连接时，应使得自由状态下内波纹管处于受张（拉）状态，而使外波纹管处于受压状态。在波纹管筒体外侧的园柱形壳体2与基座1通过螺纹联接成一体。

本实用新型的工作原理是：被测点的微压力经由传压介质传至本实用新型的外波纹管筒体4的外腔4A，因外波纹管原处受压状态，外腔又受到测点附加微压（此微压通常均小于外腔原受压力）时，相当于受到附加张力，外波纹管所连接的盖板所承受的张力为：

F＝P测×（π／4）×（D外－D内）

由于内波纹管筒体被包容在外波纹管筒体内，且两者共用一块盖板，所以使内腔也受张扩大体积，内波纹管受拉力。而本来与内腔相连通的已经满量程指示的传感器受到的压力为：

P传＝ (4F)/(πD²内)

由于内波纹管受张，此微压引起传感器的量程改变－－量程缩小。由于内外波纹管直径，材质不同，可以使传感器指示的压差变化是按一定比例被放大的微压力（差）。如果选用同一材质制作的波纹管筒体，其放大倍数为：

P传／P测＝（D²外－D²内）／D²内

这样适当选择不同直径的波纹管制作内外波纹管筒体，就可以获得不同比例的微压放大倍数。因为传感器所指示的量程变化是从满量程往回减小的量程，故实际测得的只是压差变化，应该按照下列公式来计算测点的微压力（差）：

P测＝常数－ (D²内)/(D²外－D²内) P传

这里的常数除了按照上述公式选择不同材质或不同直径的波纹管进行推算外，还需在实测中进行若干次基准测试以修正其放大倍数的参数来确认之。总之，只要适当选配不同直径和材质的波纹管，就可以用普通中低压扩散硅力敏传感器来量测微压范围的力敏参数。