專利名稱：一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及絕壓傳感器領(lǐng)域，具體涉及一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感
O
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的用于壓力參數(shù)測(cè)量的傳感器有靜壓傳感器和動(dòng)壓傳感器兩種，靜壓傳感器 多采用T型引壓進(jìn)氣容腔，引壓管會(huì)引起容腔效應(yīng)，從而會(huì)大大降低傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特 性，適于靜態(tài)壓力的測(cè)量。動(dòng)壓傳感器多采取齊平式封裝設(shè)計(jì)，即以敏感元件的平坦膜片一 面直接感受介質(zhì)壓力，無引壓進(jìn)氣道，這種結(jié)構(gòu)的傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，適用于比較高頻的動(dòng) 壓信號(hào)的測(cè)量，但不能測(cè)量靜壓(OHz)信號(hào)。這兩種結(jié)構(gòu)的傳感器都不適用于低頻(含靜 態(tài))壓力的測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種適用于低頻(含靜態(tài))壓力測(cè)量的絕壓傳感器。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓 傳感器，包括引壓嘴、敏感元件、外殼、導(dǎo)線、電路板和插座；其中外殼和引壓嘴連接固定，插 座固定在外殼頂部中間部位，引壓嘴中部固定有敏感元件，電路板連接固定在引壓嘴的頂 部，電路板和敏感元件的電橋之間通過導(dǎo)線連接。進(jìn)一步，上述一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其中，引壓嘴的引壓結(jié)構(gòu)半 徑為12mm，長(zhǎng)度為25mm。進(jìn)一步，上述一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其中，電路板上的電路設(shè)計(jì) 為供電電源給恒流源電路、-5V零位調(diào)整電路和信號(hào)調(diào)理電路供電，恒流源給敏感元件提 供ImA的電流，敏感元件輸出的電壓經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大、濾波，并經(jīng)一 5V零位調(diào)整后輸 出-5V +5V的電壓信號(hào)。進(jìn)一步，上述一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其中，傳感器選用的敏感元 件為 MEAS86。進(jìn)一步，上述一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其中，恒流源電路設(shè)計(jì)為 +15V的供電電壓給電壓基準(zhǔn)源AD580的1管腳供電，AD580的3管腳與信號(hào)地連接，AD580的 2管腳輸出2. 5V的基準(zhǔn)電壓，AD580的2管腳與1/40P497運(yùn)放的3管腳連接，1/40P497運(yùn) 放的2管腳通過精密電阻R2與信號(hào)地連接，1/40P497運(yùn)放的2管腳還通過電橋與1/40P497 運(yùn)放的1管腳連接。進(jìn)一步，上述一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其中，-5V零位輸出的調(diào)整 電路為-15V的供電電源通過一個(gè)電阻與電壓基準(zhǔn)源AD581的3管腳連接，3管腳輸出-IOV 的電壓基準(zhǔn)，AD581的1、2管腳與信號(hào)地連接，AD581的3管腳通過R4、R3與信號(hào)地連接， 取R3和R4間的電位Vr經(jīng)R5接入后續(xù)的信號(hào)調(diào)理電路，利用該參考電路Vr實(shí)現(xiàn)傳感器零 位輸出電壓-5V的調(diào)整。[0010]本實(shí)用新型的有益效果在于(1)能夠用于低頻(0 100Hz，含靜態(tài))0.2MPa絕 對(duì)壓力的測(cè)量；(2)采用了寬口感壓結(jié)構(gòu)，一定程度上避免了容腔效應(yīng)的影響；(3) -5V 5V 的電壓輸出范圍寬，靈敏度增大了一倍，一個(gè)大氣壓下輸出在OV左右，便于進(jìn)行功能檢查； (4)恒流源電路設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單巧妙，減少元器件數(shù)量的同時(shí)充分利用了變換電路運(yùn)放的冗
ο

圖1為絕壓傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。圖2為絕壓傳感器的電路原理圖。圖3為絕壓傳感器的恒流源電路圖。圖4為絕壓傳感器的-5V零位輸出的調(diào)整電路。圖中，1-引壓嘴，2-敏感元件，3-外殼，4-導(dǎo)線，5-電路板，6_插座。
具體實(shí)施方式
一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由引壓嘴1、敏感元件 2、外殼3、導(dǎo)線4、電路板5和插座6等部件組成。引壓嘴1與外殼3連接部位的下部有環(huán) 狀凹槽B，外殼3的內(nèi)側(cè)與引壓嘴1上部外側(cè)緊密接觸，通過在B處灌環(huán)氧膠的方法進(jìn)行連 接固定。引壓嘴1的環(huán)狀凹槽B的下部直徑稍大，與之對(duì)應(yīng)位置的外殼的下部有一臺(tái)階，二 者相互配合，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了引壓嘴與外殼下部端面的齊平，引壓嘴1與外殼3的連接 結(jié)構(gòu)牢固可靠且具有抗沖擊和振動(dòng)的能力。插座6通過螺釘連接固定在外殼3頂部中間部 位，引壓嘴1和敏感元件2在感壓腔頂部的A處圓周采用電子束焊接的方法連接，電路板5 通過4個(gè)螺釘固定在引壓嘴1的上端面上，電路板5和敏感元件2的電橋之間通過4根導(dǎo) 線連接。電路板5上的電路設(shè)計(jì)原理如圖2所示，供電電源給恒流源電路、-5V零位調(diào)整電 路和信號(hào)調(diào)理電路供電，恒流源給敏感元件MEAS86提供ImA的電流，敏感元件輸出的電壓 經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大、濾波，并經(jīng)一 5V零位調(diào)整后輸出-5V +5V的電壓信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電 路采用儀用放大器的接法，其主要功能是對(duì)敏感元件電橋輸出的信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理。恒流源電路的電路如圖3所示，+15V的供電電壓給電壓基準(zhǔn)源AD580的1管腳供 電，AD580的3管腳與信號(hào)地連接，AD580的2管腳輸出2. 5V的基準(zhǔn)電壓，AD580的2管腳 與1/40P497運(yùn)放的3管腳連接，1/40P497運(yùn)放的2管腳通過2. 5K Ω的精密電阻R2與信號(hào) 地連接，1/40Ρ497運(yùn)放的2管腳還通過電橋與1/40Ρ497運(yùn)放的1管腳連接。1/40Ρ497運(yùn) 放的2、3管腳的輸入端電壓均為2. 5V，通過在運(yùn)放2管腳接R2，使得產(chǎn)生了 ImA的電流，根 據(jù)“虛斷”的電路原理，流向傳感器電橋的電流也是1mA。采用的運(yùn)放為信號(hào)調(diào)理電路所用 四運(yùn)放0P497冗余的1/4個(gè)運(yùn)放構(gòu)成。-5V零位輸出的調(diào)整電路如圖4所示，-15V的供電電源通過一個(gè)1.2ΚΩ的電阻Rl 與電壓基準(zhǔn)源AD581的3管腳連接，3管腳輸出-IOV的電壓基準(zhǔn)，AD581的1、2管腳與信號(hào) 地連接，AD581的3管腳通過R4、R3與信號(hào)地連接，取R3和R4間的電位Vr經(jīng)R5接入后續(xù) 的信號(hào)調(diào)理電路，利用該參考電路Vr實(shí)現(xiàn)傳感器零位輸出電壓-5V的調(diào)整。工作時(shí)，引壓嘴1將感受到的壓力傳遞給敏感元件2，敏感元件的感壓膜片發(fā)生彈
4性變形，該變形被敏感元件電橋的橋臂電阻感知，從而引起橋臂電阻阻值的變化，當(dāng)電路中 的恒流源給敏感元件電橋供電時(shí)，電橋橋臂阻值變化引起的差動(dòng)輸出電壓信號(hào)就與壓力的 變化成正比。該差動(dòng)信號(hào)量級(jí)一般在幾十毫伏，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行電壓放大并經(jīng)濾波處 理后轉(zhuǎn)換為-5V +5V的電壓輸出。本實(shí)施例設(shè)計(jì)的感壓結(jié)構(gòu)采用Φ 12mm的寬口引壓結(jié)構(gòu)，對(duì)于進(jìn)氣孔半徑為R，長(zhǎng) 為L(zhǎng)，并有一容積相當(dāng)于為V的引壓進(jìn)氣容腔的絕壓傳感器，其引壓結(jié)構(gòu)的自振頻率為/ =該自振頻率與引壓結(jié)構(gòu)的半徑成正比，與引壓結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度成反比，經(jīng)分析計(jì)算，設(shè) 計(jì)引壓結(jié)構(gòu)的半徑為12mm，引壓結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為25mm，根據(jù)《正弦壓力法絕壓傳感器動(dòng)態(tài)校 準(zhǔn)》(YK015-96)實(shí)際校驗(yàn)結(jié)果，其動(dòng)態(tài)相應(yīng)可達(dá)ΙΚΗζ，滿足了 IOOHz的測(cè)試要求。以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施 例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提 下作出各種變化。
權(quán)利要求一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，包括引壓嘴(1)、敏感元件(2)、外殼(3)、導(dǎo)線(4)、電路板(5)和插座(6)，其特征在于外殼(3)和引壓嘴(1)連接固定，插座(6)固定在外殼(3)頂部中間部位，引壓嘴(1)中部固定有敏感元件(2)，電路板(5)連接固定在引壓嘴(1)的頂部，電路板(5)和敏感元件(2)的電橋之間通過導(dǎo)線連接。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其特征在于引壓嘴 (1)的引壓結(jié)構(gòu)半徑為12mm，長(zhǎng)度為25mm。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其特征在于電路板 (5)的電路設(shè)計(jì)為供電電源給恒流源電路、-5V零位調(diào)整電路和信號(hào)調(diào)理電路供電，恒流源 給敏感元件提供ImA的電流，敏感元件輸出的電壓經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大、濾波，并經(jīng)一 5V零 位調(diào)整后輸出-5V +5V的電壓信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其特征在于電路設(shè)計(jì) 中使用的敏感元件為MEAS86。
5.如權(quán)利要求3所述的一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其特征在于電路設(shè)計(jì) 中的恒流源電路為+15V的供電電壓給電壓基準(zhǔn)源AD580的1管腳供電，AD580的3管腳與 信號(hào)地連接，AD580的2管腳輸出2. 5V的基準(zhǔn)電壓，AD580的2管腳與1/40P497運(yùn)放的3 管腳連接，1/40P497運(yùn)放的2管腳通過精密電阻R2與信號(hào)地連接，1/40P497運(yùn)放的2管腳 還通過電橋與1/40P497運(yùn)放的1管腳連接。
6.如權(quán)利要求3所述的一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，其特征在于電路設(shè)計(jì) 中的-5V零位輸出的調(diào)整電路為-15V的供電電源通過一個(gè)電阻與電壓基準(zhǔn)源AD581的3 管腳連接，3管腳輸出-IOV的電壓基準(zhǔn)，AD581的1、2管腳與信號(hào)地連接，AD581的3管腳 通過R4、R3與信號(hào)地連接，取R3和R4間的電位Vr經(jīng)R5接入后續(xù)的信號(hào)調(diào)理電路。
專利摘要一種低頻寬電壓輸出范圍的絕壓傳感器，由引壓嘴、敏感元件、外殼、導(dǎo)線、電路板和插座等部件組成。其特征在于外殼和引壓嘴連接固定，插座固定在外殼頂部中間部位，引壓嘴中部固定有敏感元件，電路板連接固定在引壓嘴的頂部，電路板和敏感元件的電橋之間通過導(dǎo)線連接。該絕壓傳感器靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單巧妙，能夠用于低頻(含靜態(tài))的壓力測(cè)量。
文檔編號(hào)G01L9/04GK201754114SQ201020253368
公開日2011年3月2日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者史巖峰, 趙爽, 邰愛民, 陳玉玲 申請(qǐng)人:北京強(qiáng)度環(huán)境研究所