專利名稱：高準(zhǔn)確度振弦式壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于液體壓力傳感器。
背景技術(shù)：
目前的振弦式壓力傳感器的構(gòu)造如圖5所示，是在傳感器外殼9的一端裝有工作 膜，工作膜的結(jié)構(gòu)是，在一個(gè)圓柱體的一端進(jìn)刀加工出環(huán)槽，中間形成一個(gè)小的凸臺(tái)14形 成工作膜本體2，本體2的底部作為變形膜13，本體2兩端圓周面上加工有外螺紋，在變形 膜的一端通過外螺紋與液壓接頭1連接，工作膜的另一端通過外螺紋和傳感器外殼9連接， 外殼9內(nèi)安裝有弦架3、弦柱4、鋼弦6、磁頭板7、弦夾5和弦夾8，傳感器外殼9的另一端裝 有后蓋10和電纜接頭11，凸臺(tái)14上加工有螺孔，弦柱4螺紋連接在小凸臺(tái)14的螺孔中。 這種振弦式傳感器適用于潮濕環(huán)境，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，壽命10年以上，輸出頻率信 號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，適合遠(yuǎn)距離傳輸，可接長(zhǎng)電纜。由于上述優(yōu)點(diǎn)，已在巖土工程監(jiān)測(cè)中大量 應(yīng)用，同時(shí)也在煤礦、交通(動(dòng)態(tài)汽車稱重)等行業(yè)中應(yīng)用。但目前的振弦式壓力傳感器 有以下不足1、原變形膜中心的小凸臺(tái)是為連接弦柱而設(shè)計(jì)的，由于直徑很小(一般為變 形膜直徑的30%以下)，僅起到連接弦柱的作用，因此變形膜工作時(shí)可視為一個(gè)兩面平行 的平膜，在施加液體壓力時(shí)，平膜的變形復(fù)雜且中心部分變形較大，所以準(zhǔn)確度低。2、變形 膜一端的螺紋段的高度極小，僅有幾道絲扣，所以造成與液壓接頭的密封難度大和液體平 面壓力大，高壓液體容易進(jìn)入螺紋縫隙產(chǎn)生橫向脹力，嚴(yán)重影響準(zhǔn)確度。 一般來說，這種結(jié) 構(gòu)的誤差約為1XFS，且回程的滯后較大。所以在大壓力高準(zhǔn)確度的場(chǎng)合大都采用傳感器 誤差為0. 1% FS的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。但電阻應(yīng)變式壓力傳感器不適用于潮濕環(huán)境 (它對(duì)絕緣要求太高)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差、壽命短，輸出為mV級(jí)電壓信號(hào)易受干擾不宜接長(zhǎng) 電纜；特種(如鍍膜)電阻應(yīng)變式壓力變送器(壓力傳感器加電流環(huán)輸出電路)解決了這 些問題，但價(jià)格太貴。因此有必要研發(fā)一種應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的成本低、準(zhǔn)確度高、滯后小、 長(zhǎng)期穩(wěn)定性好和信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸場(chǎng)合的振弦壓力傳感器。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提出一種高準(zhǔn)確度的振弦式壓力傳感器。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種高準(zhǔn)確度振弦式壓力傳感器，它的構(gòu)造是在傳感 器的外殼一端裝有工作膜，工作膜上加工有變形膜，工作膜本體與外殼螺紋連接，殼內(nèi)安裝 有弦架、弦柱、弦夾、鋼弦和磁頭板，外殼的另一端設(shè)有后蓋和電纜接頭，弦柱螺紋連接在變 形膜凸臺(tái)的螺孔中，其特征在于，所述的變形膜上的凸臺(tái)直徑為變形膜直徑的60% _90%，
使實(shí)際變形的部分形成一個(gè)環(huán)形的變形膜；所述的工作膜本體向液壓接頭方向有一延長(zhǎng) 段，延長(zhǎng)段上加工有至變形膜的盲孔，盲孔壁上加工有內(nèi)螺紋或者在延長(zhǎng)段的圓周面上加 工有外螺紋，通過內(nèi)螺紋或外螺紋實(shí)現(xiàn)液壓接頭與延長(zhǎng)段的螺紋連接；而且在液壓接頭和 延長(zhǎng)段的螺紋連接處涂有密封膠。 為了加強(qiáng)密封，在盲孔的退刀槽處再加放O形密封圈，然后旋入液壓接頭并擰緊，
3進(jìn)一步阻止高壓液體進(jìn)入螺紋連接縫隙中。 本實(shí)用新型獲得的積極效果是 1、實(shí)用新型人之一鄧鐵六1981年提出的振弦傳感器精確數(shù)學(xué)模型為二次拋物線 式<formula>formula see original document page 4</formula> 式中A、B——傳感器常數(shù)，可將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)輸入最小二乘法數(shù)據(jù)處理程序求出； f——壓力為P時(shí)的輸出頻率； f。——P = 0時(shí)的頻率，稱為初頻或零頻。 實(shí)踐證明，應(yīng)用該式擬合不僅便于應(yīng)用電腦快速準(zhǔn)確地由f計(jì)算P值，顯著提高 振弦傳感器的準(zhǔn)確度，而且對(duì)于經(jīng)過老化已達(dá)到穩(wěn)定的傳感器，當(dāng)溫度變化不太大(例如 士5(TC )時(shí)，仍可將A、B當(dāng)作常數(shù)，將該溫度下傳感器的初頻輸入作為f。，由f計(jì)算P值，無 需另加溫度補(bǔ)償。而電阻應(yīng)變式傳感器則必須加硬件、軟件溫度補(bǔ)償，比較麻煩。 由于本實(shí)用新型工作膜的變形膜上凸臺(tái)直徑為變形膜直徑的60% _90%，使實(shí)際 變形的部分形成環(huán)形的變形膜，所以受液體的垂直壓力作用時(shí)，僅發(fā)生簡(jiǎn)單剪切變形，變形 膜中心的變位(位移)與液體壓力成正比，并有良好的彈性恢復(fù)能力，使壓力-頻率曲線符 合二次拋物線規(guī)律，便于用上述的二次拋物線數(shù)學(xué)模型擬合，從而得到很高的準(zhǔn)確度，而且 滯后很小。 2、由于液壓接頭和工作膜螺紋連接段延長(zhǎng)，可使螺紋連接段高度大大增加，從而 增加螺紋道數(shù)，便于涂膠密封，而且加工盲孔時(shí)形成了退刀槽，在退刀槽內(nèi)便于安裝0形密 封圈，進(jìn)一步提高了密封作用，消除了液體橫向脹力對(duì)準(zhǔn)確度的影響。 3、特別是延長(zhǎng)段采用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)時(shí)，使接頭壓力面積減小，在同樣壓強(qiáng)條件下，接 頭面的壓力大大減小，從而徹底消除了液體橫向脹力對(duì)準(zhǔn)確度的影響。 為了證明本實(shí)用新型的高準(zhǔn)確度，制作多組樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)用GSJ-2 型電腦檢測(cè)儀測(cè)量輸出頻率，用活塞式(砝碼)壓力校驗(yàn)儀標(biāo)定到40MPa，進(jìn)程、回程各作兩 次，將兩次的壓力-頻率數(shù)據(jù)輸入最小二乘法數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行處理，得出檢測(cè)結(jié)果表明 本實(shí)用新型誤差小于O. 1XFS、滯后小于0. 1XFS，與高性能電阻應(yīng)變式壓力傳感器的準(zhǔn)確 度相當(dāng)。所以實(shí)用新型是振弦式壓力傳感器領(lǐng)域的一項(xiàng)突破性進(jìn)展。 總之，本實(shí)用新型既具備振弦式壓力傳感器自身的優(yōu)點(diǎn)，又同時(shí)具備了電阻應(yīng)變 式壓力傳感器的高準(zhǔn)確度、低滯后的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種潮濕環(huán)境下的長(zhǎng)期性遠(yuǎn)距離 工程監(jiān)測(cè)，且成本比電阻應(yīng)變式壓力傳感器大大降低。

圖1是本實(shí)用新型的主視圖； 圖2是內(nèi)螺紋連接工作膜的構(gòu)造圖； 圖3是圖2和圖4的A-A的斷面圖； 圖4是外螺紋連接工作膜的構(gòu)造圖； 圖5是現(xiàn)有振弦式傳感器的構(gòu)造圖。 圖例說明1——液壓接頭；2——工作膜本體；3——弦架；4——弦柱；5—— 弦夾；6——鋼弦；7——磁頭板；8——弦夾；9——外殼；10——后蓋；11——電纜接頭；12——密封膠；13——變形膜；14——凸臺(tái)；15——內(nèi)螺紋；16——外螺紋；17——退刀槽； 18——盲孔；19——外螺紋。
具體實(shí)施方式圖5是現(xiàn)有振弦式傳感器的構(gòu)造圖，其構(gòu)造見背景技術(shù)所述。 本實(shí)用新型實(shí)施例一，如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型的構(gòu)造除工作膜外(現(xiàn) 有的工作膜構(gòu)造見圖4)，其它與現(xiàn)有技術(shù)的基本構(gòu)造大體相同。它包括外殼9和通過外螺 紋16安裝在外殼9左端的工作膜本體2以及弦架3、弦柱4、弦夾5和弦夾8，通過弦夾5和 弦夾8固定上鋼弦6，弦架3上安裝有磁頭板7，外殼9的右端封堵上后蓋10，并安裝上電纜 接頭11，電纜接頭上有四芯雙絞電纜與磁頭板7的電路連接。 從圖2中可看出，實(shí)施例一工作膜的構(gòu)造是，在本體2的右端面進(jìn)刀加工出一個(gè)環(huán) 槽，中間為凸臺(tái)14，凸臺(tái)14的中心加工上用于連接弦柱4的螺孔，右側(cè)周面上加工上用于連 接外殼9的外螺紋16 ;本體2的左端延長(zhǎng)，在延長(zhǎng)段上加工出盲孔18并車上內(nèi)螺紋15，使 左端形成一個(gè)厚壁筒狀，此時(shí)本體2的中間隔離部分構(gòu)成了環(huán)形膜13，也就是說環(huán)形膜13 是直接在工作膜本體2上加工出來的，為保證工作膜有良好彈性，采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造，并 進(jìn)行熱處理。液壓接頭1與延長(zhǎng)段的螺紋連接處涂有密封膠12?；蛘咴僭诼菘淄说恫厶幇?裝上0形密封圈(圖中未畫出)。 實(shí)施例二，實(shí)施例二的構(gòu)造與實(shí)施例一基本相同，不同在于延長(zhǎng)段與液壓接頭的 連接結(jié)構(gòu)。它是在工作膜本體2延長(zhǎng)段上加工有外螺紋，通過外螺紋與帶內(nèi)螺紋的液壓接 頭連接，具體構(gòu)造見圖4。從圖4可以看出，工作膜的延長(zhǎng)段上加工有盲孔18和形成的退刀 槽17，延長(zhǎng)段圓周面上加工有外螺紋19。詳細(xì)構(gòu)造見圖l，在此不再詳述。 從圖2和圖3中還可看出環(huán)形工作膜的構(gòu)造，其中(^為變形膜外徑(退刀槽外 徑)，^為變形膜內(nèi)徑(即凸臺(tái)直徑)，1/^= (60-90)/100， (^與小2之間構(gòu)成了環(huán) 形膜片13。 下面是一實(shí)施例的檢測(cè)情況，實(shí)施例中凸臺(tái)直徑與變形膜的外徑比為c^/c^ = 70/100，環(huán)形部分的厚度應(yīng)滿足在40MP工作壓力時(shí)，使膜片的形變?cè)趶椥韵薅葍?nèi)。檢測(cè)結(jié) 果見附表。 從表中可以看出 (1)進(jìn)程準(zhǔn)確度誤差0. 02% FS，重復(fù)性誤差0. 07% FS ; (2)綜合準(zhǔn)確度進(jìn)程最大誤差為0. 04% FS，回程最大誤差為0. 03% FS，重復(fù)性 誤差為0. 08% FS，滯后誤差為0. 06% FS。 傳感器靜態(tài)參數(shù) 編號(hào)NO. 8200 2009-5-27 量程:Pm =極Pa ;滿量程輸出Fm-F。 = 425. 09Hz ;溫度系數(shù):a = 0. 025% FS/。C 校準(zhǔn)次數(shù)m = 2，點(diǎn)數(shù)n = 10 進(jìn)程 工作方程P = i4*(/2-/。2)+S *(/-/。) A = -2. 501366E-05，B = -1. 020459E_03， F0 =2113. 9199Hz 誤差Es = 0. 02% FS ;重復(fù)性誤差Er = 0. 07% FS[0041] 綜合 工作方程P =4*(/2 —&2)+￡*(/-/0) :A = -2. 491911E-05, B =-6. 412156E-04, F0 = 2113. 9199Hz 系統(tǒng)誤差Ec = 0. 04% FS ;重復(fù)性誤差Er = 0. 08% FS ;基本誤差:E = Ec+Er 0. 12% FS ; 滯后誤差Eh = 0. 06% FS 標(biāo) 定 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)程頻率回程頻率進(jìn)程頻率回程頻率(MPa)(Hz)(Hz)(Hz)(Hz)02113.842113.6821142113. 8442075.312075.312075.462075. 4682036.062035.912036.212036.06121995.981995.691996.121995. 98161954.961954.821955.11954. 96201913.351913.081913.351913. 22241870.631870.381870.631870.5281826.951826.711826.951826.71321782.061781.831782.061782. 06361736.171736.171736.061736.06401688.681688.681688.981688.98
精度校核
061] 062] 063] 064] 065] 066] 067] 068] 069] 070] 071] 072]
進(jìn)程擬合曲線精度校核
綜合擬合曲線
標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)程計(jì)算值進(jìn)程引用誤差進(jìn)程計(jì)算值進(jìn)程引用誤差回程計(jì)算值回程引用誤差各點(diǎn)滯后(MPa)(MPa)(%FS)(MPa)(%FS)(MPa)(%FS)(%FS)00. 000.00-0. 010.020. 010.020.04
44. 000.003. 990.033.990.030.00
88. 000.017. 990.048. 000.000.04
1212. 000.0111. 990.0312. 010.020.05
1616. 010.0216. 000.0016. 010.030.03
2020. 000.0019. 990.0220. 010.030.05
2424. 000.0023. 990.0224. 010.020.04
2828. 000.0127. 990.0328. 010.030.06
3232. 000.0032. 000.0132. 010.020.03
3636. 000.0036. 000.0136. 000.010.00
4040. 000.0040. 000.0040. 000.000.00
ooooooooooooo
權(quán)利要求一種高準(zhǔn)確度振弦式壓力傳感器，它是在傳感器的外殼一端裝有工作膜，工作膜上加工有變形膜，工作膜本體與外殼螺紋連接，殼內(nèi)安裝有弦架、弦柱、弦夾、鋼弦和磁頭板，外殼的另一端設(shè)有后蓋和電纜接頭，弦柱螺紋連接在變形膜凸臺(tái)的螺孔中，其特征在于，所述的變形膜上的凸臺(tái)直徑為變形膜直徑的60％-90％，使實(shí)際變形的部分形成一個(gè)環(huán)形的變形膜；所述的工作膜本體向液壓接頭方向有一延長(zhǎng)段，延長(zhǎng)段上加工有至變形膜的盲孔，盲孔壁上加工有內(nèi)螺紋或者在延長(zhǎng)段的圓周面上加工有外螺紋，通過內(nèi)螺紋或外螺紋實(shí)現(xiàn)液壓接頭與延長(zhǎng)段的螺紋連接；而且在液壓接頭和延長(zhǎng)段的螺紋連接處涂有密封膠。
2. 如權(quán)利要求1所述的高準(zhǔn)確度振弦式壓力傳感器，其特征在于，在所述盲孔的退刀 槽處加放有0形密封圈。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高準(zhǔn)確度振弦式壓力傳感器，它主要是將現(xiàn)有工作膜的變形膜凸臺(tái)直徑變?yōu)樽冃文ぶ睆降?0％-90％；所述的工作膜本體向液壓接頭方向有一延長(zhǎng)段，延長(zhǎng)段上加工有至變形膜的盲孔，盲孔壁上加工有內(nèi)螺紋或者在延長(zhǎng)段的圓周面上加工有外螺紋，通過內(nèi)螺紋或外螺紋實(shí)現(xiàn)液壓接頭與延長(zhǎng)段的螺紋連接；而且在螺紋連接處涂有密封膠。本實(shí)用新型由于變形膜凸臺(tái)直徑為變形膜直徑的60％-90％，且液壓接頭和工作膜螺紋連接段延長(zhǎng)，可使螺紋連接段高度大大增加，從而增加螺紋道數(shù)，便于涂膠密封，提高了密封作用，消除了液體橫向脹力對(duì)準(zhǔn)確度的影響。
文檔編號(hào)G01L7/08GK201488851SQ20092002929
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月12日
發(fā)明者趙振遠(yuǎn), 趙勝利, 鄧鐵六 申請(qǐng)人:鄧鐵六;趙振遠(yuǎn)