專利名稱：精確的壓力傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于壓力傳感器的技術，它可以精確檢測壓力，更詳細地說，磁鐵為圖4所示的長方形結構，或者如圖5所示，右邊高于左邊且上面為傾斜的梯形結構，在與N極或者S極的磁極表面保持一定距離的位置上，沿著從磁極表面任意點形成的直線移動的距離變化相對應，通過使用產生線性磁通密度準確地檢測距離(位置)變化(位移)，并根據距離的變化，準確地導出壓力差異。
背景技術：
在介紹壓力傳感器之前，先介紹在本發(fā)明中使用的磁鐵總體特性。磁通密度(magnetic flux density)指考慮在磁場任意一點到磁場的垂直面時，單位面積的磁通量，單位使用磁通量單位Wb (韋伯)。穿過單位面積的磁通量稱為磁通量密度(磁通密度)，其單位使用高斯(G)或者特斯拉(T)。磁通量密度表示磁場強度，垂直穿過面積為S的截面的磁通量Φ和磁場強度B的關系如下(公式I)。磁力線越密，磁場越強。磁鐵兩側磁極的磁力線的密度大，而離磁極越遠，磁力線密度越低。B = ^, IT = IWb; nr (公式 I)。磁鐵(magnet)指吸引鐵粉，帶磁力的物質體,工業(yè)生產的強磁稱為永久磁鐵,通常稱為磁鐵。磁鐵會吸引周邊的鐵塊。受磁力影響的空間稱為磁場。換句話說，磁鐵創(chuàng)造磁場。在磁鐵表面上放厚厚的白紙，在其白紙上面均勻灑下鐵粉，可以看到磁力線的形狀。在其上面放小指南針，便可看到指針順著磁力線方向從N極指向S極。根據庫侖定律，兩極間的磁力與距離平方成反比，與磁極強度成正比。磁極強度乘于兩極間距離稱為磁矩。磁極必須有一對相同強度N極和S極，相比磁極強度，磁矩為本質上的物理量。磁矩表示為，從S極到N極方向的矢量。兩個磁矩之間的磁力以距離的4次方成反比。這是因為兩個磁鐵靠近時引力大，分離時引力急速下降。磁化通過磁場區(qū)域的形狀、排列、方向等切換過程來進行。這些切換過程具有不容易變化的結構是由于一旦磁化后即使磁場為0，也不會回到原來狀態(tài)，剩下磁矩。這些殘留磁化大的就是永久磁鐵。磁通(magnetic flux)將磁通密度或者磁感應對其方向垂直的截面積進行積分的量，也稱為磁通量。在CGS單位制中的單位是麥克斯韋(符號Mx)，而在MKS單位制或者SI單位制中的單位是韋伯(符號Wb)。如在線圈中穿過的磁通量隨時間變化時，按其變化率的比例在線圈兩端會產生電壓(法拉第電磁感應定律)。通過電流產生的磁場阻礙磁通變化的方向為該電壓的方向，這就是楞次定律。磁通是根據在永久磁鐵或者線圈中通過的電流產生的。根據磁場檢測的方法，檢測用傳感器的種類繁多，但是使用最廣泛的是霍爾傳感器(hall sensor)。霍爾傳感器工作模式是,先在半導體(磁敏)的電極中通過電流，然后在垂直方向施加磁場，這樣便產生與電流方向和磁場方向垂直的電位差(electricpotential)。在通常情況下，作為測量最簡單的距離的裝置，采用可以檢測永久磁鐵和磁通的傳感器，根據遠離或者靠近永久磁鐵，測量磁通密度的變化，通過在磁性傳感器中產生的電位差測量距離。但是，由于在永久磁鐵中產生的磁通密度不會隨距離線性產生，為了有效地將其作為測量距離的傳感器來使用，應具備可以補償非線性的程序或者電路，這樣才能更加準確地測量距離。此外，為了補償在一塊磁鐵上隨距離產生的非線性性磁通密度的分布，并組合多種磁鐵和多塊磁鐵來獲得線性磁通密度結構，進行了不斷的研究。 關于線性范圍或者角度范圍，為了檢測待測物體絕對位置，并測量形成線性角度的位移，最近開發(fā)了多種非接觸距離測量裝置。非接觸測量位置檢測有多種形式。最具代表性的有滑動式記錄位移計(potentiometer)，但還是達不到要求。光學位移計具有讀取如slit等光學范圍的光學傳感器，但其結構更加復雜。還有其他如用于磁媒體的磁性傳感器讀取的磁力范圍，其結構也是復雜，甚至無法檢測絕對位置。即，只能測量任意兩個點之間的距離。本發(fā)明可以檢測待測物體的絕對位置，如采用具有非常簡單的結構和廣泛的測量范圍以及可靠性高，而且具有線性磁通密度的磁鐵，那么就不需要使用補償非線性的程序或者電路，只使用低廉的傳感器，也能準確測量距離?，F有技術磁性傳感器(1014)的結構是,它沿著磁鐵(1012)極軸(pole axis)方向，對永久磁鐵(1012)做相對移動，并測量距離，可以參照如圖10所示的現有技術位置檢測裝置(以下為位置檢測器)剖視圖。在圖上可以看出，永久磁鐵(1012)正對磁性傳感器(1014)進行排列，兩者之間的距離L可以變化。即，兩個構件可以做相對移動。磁性傳感器(1014)沿著磁鐵(1012)極軸(pole axis)方向，對永久磁鐵做相對移動。永久磁鐵(1012)產生的磁場是通過磁性傳感器(1014)自帶的敏感的磁感應件來感應的。距離L由磁性傳感器輸出的信號來檢測并顯示。但是，這種結構的線性特性曲線的有效距離非常短。此外，圖11為如U字型磁軛(1022)、永久磁鐵(1024)、barber pole type器件等具有磁電阻感應器件并包含磁性傳感器(1026)的閉磁路(1028)，磁性傳感器(1026)沿著磁鐵(1024)的極軸(pole axis)垂直方向，對永久磁鐵1024做相對移動。但是，這種結構也無法得到準確的線性特性曲線。因此，我們需要具有線性磁通密度的磁鐵，這種磁鐵對磁鐵直線變化的位移成比例，改變磁鐵形狀以及磁化位置，并根據位移磁通密度值得到線性(直線)改變，使得磁通傳感器能夠更加準確地測量位移。綜上所述，在現有技術中使用的磁鐵，無法準確測出線性磁通密度，而且，線性磁通密度的范圍相對較小。圖12a表示通常使用的磁鐵形狀和磁化形狀，其N極和S極以相同的面積半分而磁化。通常使用的利用磁鐵的傳感器是通過傳感器測量遠離或者靠近極軸的距離。本發(fā)明采用的方式是，測量垂直于極軸，與N極或者S極的磁極表面保持一定距離，平行方向移動的距離?，F有方式由于遠離磁鐵過程中，磁通密度無法得到線性改變，而且與距離的平方成反比，因此，很難得到線性性。本發(fā)明的重要內容是，改變磁鐵的形狀，并調整磁化強度和范圍，在磁極表面產生的磁通強度形成為線性。沿著磁極表面用傳感器測量磁極表面產生的線性磁通密度，通過在傳感器中產生的電壓，準確測量絕對距離。圖12b表示普通磁鐵的形狀和磁化的形狀，磁鐵與圖12a中的磁鐵相同，只是測量磁通密度的方向與極軸垂直，移動方向與磁極表面平行。在圖12中的磁鐵中，表示磁通密度線性性的區(qū)域非常小。本發(fā)明包括連接正負壓的管；根據正負壓差異移動的隔膜；裝在隔膜一端的隔膜支撐架；安裝在隔膜支撐架，并產生線性磁通密度的磁鐵；支撐隔膜的彈簧；容納所有構件的上下殼。壓力(pressure)指物體所承受的與表面垂直的作用力。一種物體中，其內部各部分相互作用力也叫壓力，在這種情況下，它是考慮物體內部任意表面，其兩部分在此面相互
施加的作用力(應力)。這種作用力如不與表面垂直，則將其分為與表面垂直的作用力和與表面平行的作用力，其中與表面垂直的作用力稱為壓力(使物體延伸的力為張力)。由于壓力均勻作用于受力面積，即便所有力的大小相同，根據受力面積，表面各點承受的壓強也會不同。壓力大小P均勻作用于受力面積S時，壓強為P/S。將物體放在桌面時，一般情況下，壓強隨著位置會發(fā)生變化，因此，根據某個點的微小面積以及作用于其面積的微小壓力大小，求出某個點的壓強。壓強也可以簡單稱為壓力。測量這種壓力的傳感器有多種，根據需要測量的對象，其種類會不同。壓力根據需要測量的對象，分為流體、固體、氣體三大類，測量固體形狀壓力的代表性儀器有應變儀，但是，在測量流體或者氣體壓力時，由于測量相對壓力，因此，使用利用隔膜測量相對比較壓力的儀器。相對壓力測量方法為，測量與彈簧相結合的隔膜隨相對壓差產生的位移，最終完成相對壓力的測量。本發(fā)明是利用隔膜和彈簧測量相對壓力的傳感器相關技術，這種傳感器廣泛用于流體或者氣體的測量。本發(fā)明一種實施例可適用于帶傳感器的鍋爐中，這種傳感器可以測量空氣流量的壓力。現有鍋爐用空氣壓力(風壓)檢測裝置中使用開/關型風壓傳感器(壓力傳感器)，它將鼓風機流入的空氣壓力傳遞到風壓傳感器(壓力傳感器)的隔膜中，此時在隔膜上安裝的微型開關起到開閉電路作用，并調整空氣量。但是，上述風壓傳感器(壓力傳感器)使用在一個固定的工作壓力下，因此，根據鼓風機的不同，使用特定風壓傳感器。此外，上述風壓傳感器不是準確測量流入的空氣流量(空氣量)，而是根據流入的空氣壓力大小，通過調節(jié)鼓風機轉數，僅僅起到增大或者減少流入空氣壓力(空氣量)的作用。這種檢測流體壓力的傳感器種類很多，其中，利用流體流動壓力(差壓)檢測流量的傳感器占多數。圖I示出了檢測水位的現有壓力傳感器的一種，在韓國實用新型No. 0119708公開。該壓力傳感器包括主體100，其具有上殼110和下殼130以及設置在主體內部的隔膜140。該壓力傳感器根據隔膜140的變化檢測水壓室131內的壓力，其中隔膜140的變化是由水壓室131內的壓力變化引起的。該壓力傳感器還具有光攔截元件200，它隨著隔膜140的變化相比例改變其橫截面，以便于調節(jié)穿過光攔截元件200的光量。以上述光攔截件200的升降路徑為中心，發(fā)光二極管210與光敏晶體管220對向排列。上述上殼110管體150內側有螺紋151，彈簧160在管體150內部。上述彈簧160根據管體150內側螺紋151和連接的蓋子170升降，調整上述彈簧160的彈力。通過發(fā)光二極管210施加的光量而發(fā)生變化的光敏晶體管220的輸出電壓，檢測水壓室131內的壓力。上述光耦合器件的光量變化將導致電壓變化，該壓力傳感器根據電壓的變化檢測水位。圖2示出了另一種壓力傳感器，在韓國實用新型No. 0273056中公開。該壓力傳感器包括外殼10，一側形成的流通口 Ila和12a，具有流·體出入的空間13，根據流體壓力和彈性元件的彈性而上下移動的隔膜14。上述隔膜14與永久磁鐵20進行聯(lián)動。感應元件30，其設置于接近永久磁鐵20的工作區(qū)間，檢測永久磁鐵20升降時的磁力。根據流體輕微變化，永久磁鐵20也將發(fā)生輕微移動，感應元件30通過測量永久磁鐵20的磁力變化，更加準確地檢測流體的流量及壓力變化。然而，這種結構中使用的永久磁鐵和感應元件30受到磁鐵的非線性特性影響，還是無法測出準確的位置。對圖2更詳細的解釋是測量隨壓力差異移動的隔膜14位移時，考慮到其密封于內部，為了解其位移的準確控制信息，采用一種通常使用的磁化作用非接觸式近程傳感器，測量磁通密度的方式。由于磁通密度的減少與距離平方成反比的非線性磁通密度的分布，即使使用價格昂貴的變換算法，進行線性改變，也無法克服根本性的算法誤差和測量裝置的誤差等結構上的缺點。另一種示例為如圖3所示，在圖中，沒有只用一個磁極，而是使用了相互對應的四個磁極。在使用四個磁極的時候,通過永久磁鐵20測量磁力的感應元件40處在永久磁鐵20升降的工作區(qū)域一側，但由于受到磁鐵的非線性特性影響，檢測磁通密度的傳感器信息也具有非線性特性，因此，沒有測量實質性的位置，只能得到具有非線性特性的錯誤的位置信息。這種錯誤的位置信息只能導致設備控制基礎信息，即壓力信息出現錯誤，基于這些信息，不能準確控制鍋爐或者設備，這樣，只能降低工作效率。因此，需要一種能夠更加準確地測量位移，并準確測量壓力差異的壓力傳感器。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供關于壓力傳感器的技術，它可以精確檢測壓力，更詳細地說，磁鐵為四邊形，如正方形結構，或者右邊高于左邊，而上面為傾斜的梯形結構，在與N極或者S極的磁極表面保持一定距離的位置上，沿著從磁極表面任意點形成的直線移動距離時，相應產生線性磁通密度。該壓力傳感器使用上述磁鐵準確地檢測距離(位置)變化，并根據距離的變化，準確地測量壓力差異。為了達到上述目的，本發(fā)明的特點在于本發(fā)明壓力傳感器的磁鐵是四邊形結構，為了得到與距離平方成反比的磁通密度的線性，N極和S極從四邊形的棱角沿著對角線的方向磁化成猶如正弦波形(如，sin波形)。通過從磁鐵的極表面保持一定距離，并沿著與磁極表面相互平行的直線(C-D) (C-DiCl-DU C2-D2、C3-D3、C4-D4)分布的線性磁通密度的磁鐵，測量位移，并檢測壓力。在上述磁鐵的組成部分N極或者S極磁化的磁通密度較高的磁極邊緣上，從磁極表面垂直保持一定距離的點為傳感器測量的起點C，從磁極另一個邊緣垂直保持一定距離，與起點C相等高度的點為磁鐵傳感器測量的終點D。
對應于從上述起點C沿著與磁極表面平行的方向(連接起點與終點的直線(C-DiCl-DU C2-D2、C3-D3、C4-D4))，移動到終點D時產生的距離變化，，在所有測量區(qū)域0-12中的有效區(qū)域2-10中產生線性磁通密度，并測量磁鐵的位移，最終檢測壓力。在上述磁鐵的組成部分N極或者S極的磁通密度中加大從起點C到終點D的距離d，磁性傳感器分別沿著直線Cl-DI、C2-D2、C3-D3、C4-D4進行移動，在這些直線中選擇磁通密度具有線性的直線(如，C2-D2)，磁性傳感器沿著這條直線C2-D2測量磁通密度，并測量由距離變化造成的位移，最終完成壓力的檢測。精密壓力傳感器特征在于，壓力傳感器包括隔膜支撐架62、磁鐵、磁性傳感器68、彈簧82、隔膜66、正壓連接部、負壓連接部。隔膜支撐架62與隔膜66進行連接；上述隔膜支撐架62上連接磁鐵，而通過磁性傳感器測量磁鐵磁通密度的連接起點C2和終點D2的直線與隔膜66的工作方向相垂直。磁性傳感器68檢測上述磁鐵的磁通密度，與通過磁性傳感器測量磁鐵磁通密度的連接起點C2和終點D2的直線一致，并垂直設置于下殼下表 面。彈簧82安裝在上述隔膜支撐架62下端和下殼下表面之間。隔膜66將上述下殼和上殼之間的內部空間分為兩個隔間。在上述兩個隔間中，正壓連接部與上隔間進行連接，而負壓連接部與下隔間進行連接。根據隔膜66的上下移動，測量與隔膜支撐架62進行連接的磁鐵相對位移，并檢測壓力。通常磁力強度一定時，與測量的距離平方成反比。因此，一般情況下，磁鐵的形狀(如，環(huán)形、條形)以及一定強度的磁化結構，隨位移變化的磁力強度變化在二次函數曲線圖中無法得到線性。因此，在本發(fā)明中如圖4所示，通過模具改變了磁鐵形狀以及磁化結構，從而得到了線性。此外，為了通過磁性傳感器測量隨壓力變化而上下移動的隔膜66的相對距離變化，對于使用磁鐵的壓力傳感器，磁鐵的左邊高于右邊，而上面是傾斜的梯形結構。在N極或者S極的磁化的磁通密度較高的磁極右邊緣，從磁極表面垂直保持一定距離的點為磁性傳感器測量的起點A ;在磁化的磁通密度較低的磁極左邊緣，從磁極表面垂直保持一定距離的點為磁性傳感器測量的終點(B :B1、B2、B3、B4)。沿著連接上述起點A和終點(B :B1、B2、B3、B4)的直線，通過磁性傳感器測量磁通密度的各距離作為測量區(qū)域，在測量區(qū)域0-12中，具有非線性的邊緣區(qū)域除外的有效區(qū)域，即，在2-10區(qū)域中，通過具有線性磁通密度的磁鐵測量相對位移，并檢測壓力。上述磁鐵的組成部分，即N極和S極以左邊與右邊寬度比為I :1. 5-4的金屬上磁化形成磁鐵，沿著連接上述起點(A)和終點(B :B1、B2、B3、B4)的直線，通過磁性傳感器測量磁通密度的各距離作為測量區(qū)域，在測量區(qū)域0-12中，具有非線性的邊緣區(qū)域除外的有效區(qū)域，即，在2-10區(qū)域中，通過具有線性磁通密度的磁鐵測量相對位移，并檢測壓力。在上述磁鐵N極或者S極的磁化的磁通密度較高的磁極邊緣，從磁極表面垂直保持一定距離的點為磁性傳感器測量的起點A ;在磁化的磁通密度較低的磁極邊緣，從磁極表面保持一定距離的點為磁性傳感器測量的終點(B :B1、B2、B3、B4);從上述起點A沿著與磁極表面平行的直線(連接起點與終點的線A-B4)，到終點(B4)的有效區(qū)域2-10中通過磁性傳感器測量磁通密度的線性；通過反復操作，使終點絕對距離達到起點(A)的高度，在磁極表面垂直保持一定距離的上述終點到增加高度后的點(B3、B2、BI)之間的磁通密度有效區(qū)域2-10中找出具有線性的終點(如，B3)，并測量磁鐵磁通密度有效區(qū)域2-10的線性，然后，在連接上述起點A和終點B3的直線(A-B3)上放置測量磁通密度的磁性傳感器。精密壓力傳感器特征在于，壓力傳感器包括隔膜支撐架62、磁鐵、磁性傳感器68、彈簧82、隔膜66、正壓連接部、負壓連接部。隔膜支撐架62與隔膜66進行連接；上述隔膜支撐架62上連接磁鐵，而通過磁性傳感器測量磁鐵磁通密度的連接起點A和終點B的直線與隔膜66的工作方向相垂直；磁性傳感器68檢測上述磁鐵的位置，與通過磁性傳感器測量磁鐵磁通密度的連接起點(A)和終點(B3)的直線一致，并垂直設置于下殼下表面；彈簧82安裝在上述隔膜支撐架62下端和下殼下表面之間；隔膜66將上述下殼和上殼之間的內部空間分為兩個隔間；在上述兩個隔間中，正壓連接部與上隔間進行連接，而負壓連接部與下隔間進行連接。根據隔膜66的上下移動，測量與隔膜支撐架62進行連接的磁鐵位移，并檢測壓力。此外，精密壓力傳感器特征在于，壓力傳感器包括隔膜支撐架、磁鐵、磁性傳感器、彈簧、隔膜、正壓連接部、負壓連接部。隔膜支撐架與隔膜進行連接；上述隔膜支撐架上連接磁鐵，磁通密度與N極或者S極的磁極表面保持一定距離，而具有長方形或者梯形結構的磁 鐵磁極表面垂直置于隔膜工作方向；檢測上述磁鐵位置的磁性傳感器與磁鐵N極或者S極的磁極表面相互平行，并垂直置于下殼下表面；彈簧安裝在上述隔膜支撐架下端和下殼下表面之間；隔膜將上述下殼和上殼之間的內部空間分為兩個隔間；在上述兩個隔間中，正壓連接部與上隔間進行連接，而負壓連接部與下隔間進行連接。根據隔膜的上下移動，準確測量與隔膜支撐架進行連接的磁鐵相對位移，并檢測壓力。在通過檢測壓力并完成精確控制的精密控制裝置中，由于現有的磁鐵位置傳感器的不正確的位置信息，不可避免不正確的控制。本發(fā)明的壓力傳感器通過距離變化，檢測準確的壓力差異，從而能夠實施更加精確的控制。


圖I為利用光線的現有技術壓力傳感器剖視 圖2為現有技術的利用磁鐵的壓力傳感器剖視 圖3為現有技術的利用多個磁鐵的壓力傳感器剖視 圖4為根據本發(fā)明的磁鐵形狀和磁鐵磁化形狀示意 圖5為根據本發(fā)明的另一種實施例磁鐵形狀和磁鐵磁化形狀示意 圖6為本發(fā)明梯形和長方形的磁通密度變化曲線 圖7為在本發(fā)明中使用產生線性磁通密度的磁鐵的精密壓力傳感器剖視 圖8為本發(fā)明使用產生線性磁通密度磁鐵的精密壓力傳感器側視 圖9為本發(fā)明使用產生線性磁通密度磁鐵的精密壓力傳感器俯視 圖10為現有位置檢測機的立體 圖11為使用U字型磁軛的現有位置檢測機；
圖12分別表示普通磁鐵極軸方向與測量位移方向平行(a)和垂直(b)的示意圖。主要附圖標記說明
60:磁鐵62:隔膜支撐架 64:連接部
66 :隔膜68 :磁性傳感器(Programmable Hall IC)
70:PCB72:上殼74:下殼82 :彈簧92 :負壓連接部 94 :正壓連接部
A :起點B :終點
C :方型磁鐵起點 D :方型磁鐵的終點。
具體實施方式
在下文中將結合附圖詳細介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖I為利用光線的現有技術壓力傳感器剖視圖；圖2為現有技術磁鐵壓力傳感器剖視圖；圖3為現有技術多磁鐵壓力傳感器剖視圖；圖4為本發(fā)明磁鐵形狀和磁化形狀示意圖；圖5為本發(fā)明另一種實施例磁鐵形狀和磁化形狀示意圖；圖6為本發(fā)明梯形和長方形的磁通密度變化曲線圖；圖7為在本發(fā)明中使用產生線性磁通密度的磁鐵的精密壓力傳感器的剖面圖；圖8為本發(fā)明使用產生線性磁通密度磁鐵的精密壓力傳感器側視圖；圖9為本發(fā)明使用產生線性磁通密度磁鐵的精密壓力傳感器俯視圖。圖I至圖3在現有技術中已經介紹；圖4為本發(fā)明磁鐵形狀和磁化形狀示意圖，在圖中磁鐵形狀按照如圖中虛線方向即對角線方向磁化時，隨位移的N極的磁通密度與距離的平方成反比，這時，磁通的分布不是一定方向排列，而是向對角線方向進行排列的，由此，在N極保持指定距離如Imm區(qū)域測量磁通密度時，在磁通密度曲線圖上，隨位移變化的磁通密度無法顯示線性，因此，為了在一定區(qū)域中顯示線性，如圖4所示實線，該磁化作用改變?yōu)榍?，比如正弦?sin波)形狀。為了隨距離變化的磁通密度在一定區(qū)域內形成線性，把磁化作用結構沿著圖4所示的對角線方向隨曲線略微失真(歪曲)變形。本發(fā)明中實現磁通密度的線性是，如上所述通過變換測量位置以及一系列反復測量過程，最終找出具有最佳線性的測量位置。因此，將上述磁鐵的磁化方向的曲線或者正弦波形(例如sin波形)根據頻率、周期、振幅、波長等，在本說明書上沒有必要特定。由于本發(fā)明磁鐵磁化方向曲線或者正弦波形的反復周期不會超過2次，因此，在特定其曲線的形態(tài)或者波形中，不需要“周期”概念。正弦板的波形所定為適合于磁鐵的使用目的、使用用途、安裝位置等。很明顯，按照磁通密度與測量距離增加的平方成反比減少的原理，磁化方向如為直線，將無法得到線性，只有曲線才能得到線性。此外，測量的磁通密度距離越遠，與距離平方成反比，因此，結合測量距離，設計磁化作用結構。此外,磁鐵N極和S極界面磁化成正弦波形,并不意味著產生交流磁場，也不意味著磁場方向連續(xù)變化。圖4以及圖5的雙方向箭頭不是磁力線的方向，而是磁性傳感器的移動方向。比如，在本發(fā)明的直線C2-D2中，磁通密度的變化隨測量位置的變化具有線性，這并不代表磁鐵的磁通密度本身具有線性。在圖4中，磁性傳感器位移，沿著與連接C-D的各線即Cl-Dl、C2_D2、C3-D3、C4-D4，形成為直線。磁性傳感器沿著Cl-Dl、C2-D2、C3-D3、C4-D4進行移動，并測量磁通密度，而且，將每條線作為測量區(qū)域。測量區(qū)域將每條線劃分為12等分，有0-12刻度。磁性傳感器在0-12區(qū)域進行測量，間隔(d)與磁極表面保持一定距離，垂直于極軸、與磁極表面水平方向移動。在測量區(qū)域0-12中，除具有非線性的邊緣，可以選擇2-10區(qū)域作為位置傳感器的使用區(qū)域(有效區(qū)域)。
在測量區(qū)域0-12中選擇有效區(qū)域2-10是因為如對全部測量區(qū)域都具有線性磁通密度，只能導致磁化過程非常復雜，因此排除了相比中間區(qū)域更加難以體現線性的兩端。如要兩端全部使用，只能進行復雜的磁化過程，將會需要很多費用。這是由于磁通密度集中于各形狀的兩端，只能復雜地變換磁化強度。因此采用容易磁化的區(qū)域將提高效率。在上述磁鐵的組成部分N極或者S極的磁通密度中，逐步增加從起點(C)到終點(D)的距離d，磁性傳感器分別沿著直線Cl-Dl、C2-D2、C3-D3、C4-D4進行移動，在這些直線中選擇磁通密度具有線性的直線(如，C2-D2)，磁性傳感器沿著這條直線C2-D2測量磁通密度，并測量隨距離變化產生的磁鐵的位移，最終檢測出壓力傳感器的壓力。為了測量隨距離的磁通密度，使用可編程的霍爾集成電路(Programmable HallIC)來測量各位移的磁通密度變化。可編程的霍爾集成電路(Programmable Hall IC)是由Micronas公司制造的部件，其誤差為±1%。實驗結果如圖6中的曲線所示。 圖6為本發(fā)明的磁通密度變化曲線圖。在全部區(qū)域(0-12)(如，C2-D2)(測量區(qū)域)中，磁通密度隨距離具有一定程度的線性，而在一定區(qū)域(2-8)(有效區(qū)域)中，各位移的磁通密度值表現出幾乎完美的線性。因此，改變磁鐵的磁化結構，在一定區(qū)域內將各位移的磁通密度值形成線性。但是，測量磁通密度的距離越遠，與距離的平方成反比，所以，根據測量的距離設計磁化結構。本發(fā)明壓力傳感器的磁鐵是四邊形結構，為了得到與距離平方成反比的磁通密度的線性，N極和S極從四邊形的棱角沿著對角線的方向進行磁化，其磁化結構猶如正弦波形(如，sin波形)。在一定區(qū)域中找出各位移的磁通密度值形成線性的軌跡(C2-D2)，在此軌跡上放置磁性傳感器，磁性傳感器根據隔膜的位移變化，測量在隔膜支撐架上連接的磁鐵位移。在圖4中，通過傳感器移動于連接磁鐵兩側之間的點的軌跡并進行檢測。測量裝置的數據(傳感器的輸出值為伏特)在表面一定軌跡上移動，找出線性變化的直線，結合壓力傳感器測量位移。當然，此時找出的軌跡不止一條，其理由是，傳感器測量的輸出值為伏特，相對位移變化以伏特的變化體現出來，如其變化在允許誤差范圍之內，便可找出多條軌跡(Trajectory)。但是，實際使用的壓力傳感器中，由于隔膜的移動軌跡為直線，所以將需要測量的軌跡限定為直線，并找出輸出的位移根據傳感器的位移發(fā)生一致變化的最佳軌跡，進行使用。圖5為本發(fā)明另一個實施例的磁鐵的磁化結構圖，磁鐵下平面寬度W根據需要可以調整大小，磁鐵S極的左側邊為Sdl，而右側邊的高度為Sd2。此外，磁鐵N極的左側邊為Ndl，而右側邊的高度為Nd2，N極在S極的上方。因此，對于S極和N極布置結構，左側邊為Sdl+Ndl，而右側邊高度為Sd2+Nd2，右側邊高度大于左側邊的高度，是四邊形的結構。如將磁鐵的形狀表示為數字的話，磁鐵S極的左側邊為1，而右側邊的高度為2。此外，如磁鐵N極的左側邊是I，那么，右側邊的高度為2，N極在S極的上方。因此，在S極和N極的布置結構中，左側邊為2，右側邊的高度為4，右側邊的高度為左側邊高度的2倍，是四邊形結構。較為理想的磁化結構為，N極和S極的左側邊與右側邊寬度比例為I :1. 5-1
I.4，這種結構對通過磁性傳感器測量的磁通密度保持線性，帶來幫助。
根據如圖5所示的結構磁化磁鐵，測量各位移的磁通密度變化。測量位置從磁鐵右側邊上端部保持一定距離(d)的A點到左側邊B點形成不同角度的BI至B4之間的直線。再詳細地講,在磁鐵N極或者S極中磁化的磁通密度較高的磁極邊緣，從磁極表面垂直保持一定距離的點為磁性傳感器測量的起點(A);在磁化的磁通密度較低的磁極邊緣，與磁極表面垂直保持一定距離的點為磁性傳感器測量的終點(B :B1、B2、B3、B4)。從上述起點(A)沿著與磁極表面平行的直線(連接起點和終點(B4)的直線)通過磁性傳感器測量磁通密度；在從起點(A)到各終點(B3、B2、BI)，依次測量磁鐵磁通密度的線性。補充說明的話，從磁極表面垂直保持一定距離，從上述終點逐漸提高高度，通過反 復操作使絕對高度(BI)與起點(A)的高度相等，然后，依次提高終點(B)的高度B4、B3、B2、BI，最后，沿著A-B4、A-B3、A_B2、A-Bl直線，測量磁鐵磁通密度的線性，找出磁通密度具有線性的終點(在BI、B2、B3、B4中的其中一個點)?！皬拇艠O表面垂直保持一定距離”含義不僅代表“磁極表面”(圖5a)，也可以包括其磁極延長的表面(圖5b)。此外，“測量區(qū)域0-12”是將測量軌跡(C-D或者A-B)劃分為一定區(qū)域。S卩，在圖4中將測量軌跡分為11等分，標了 0-12的刻度；在圖5中將測量軌跡分為11等分，標了 0-12的刻度，而測量的軌跡A-Bl、A-B2、A-B3、A-B4的距離是不同的。反復測量的區(qū)域2_10作為有效區(qū)域，不過，可以縮小有效區(qū)域的范圍或者可以平行移動一定距離。圖6為在測量值中線性最好的曲線圖。除去邊緣部分，在線性最好的位置中選擇起點(A)和終點(如B3)，適用于壓力傳感器，促使磁性傳感器位置通過直線(A-B3)。此時，上述介紹的磁鐵區(qū)域(測量區(qū)域)，即0-12中除去邊緣部分，在2-10區(qū)域中測量磁通密度，并將此區(qū)域作為位置傳感器的使用區(qū)域。除去磁鐵邊緣區(qū)域是因為磁化作用無法保證到邊緣區(qū)域的線性。這種技術以后需要不斷地研究。通過傳感器測量線性磁通密度可以獲得線性輸出值。其輸出值顯示為電壓。圖6的I軸顯示，傳感器在削減磁通量按恒定速度移動時輸出的電壓。在本發(fā)明中，最重要的是，找出“與移動距離成比例，并具有線性的直線”，通過反復進行測量，在所測出的結果中找出一定區(qū)域出現直線形狀的軌跡(直線)，如圖6所示。將磁鐵安裝到壓力傳感器，促使磁鐵按照這條直線移動。線性的磁通密度，指由磁鐵產生的磁通量在測量的軌跡上具有線性，而線性指由傳感器測量的磁通密度根據軌跡輸出值(Voltage)具有線性，其實，兩者的含義本質上相同的。如圖5所示，改變測量位置角度是為了找出由磁性傳感器測量的磁通密度的線性最佳位置。另外需要考慮的是，磁通密度越大，對磁通造成影響的軌跡越少，而磁通密度越小，對磁通造成影響的軌跡越大。起初測量的A點位置也可以更改，根據磁鐵大小和磁化強度，左側邊和右側邊的高度比例會發(fā)生變化，磁鐵的形狀也會發(fā)生變化。圖6為本發(fā)明磁通密度變化曲線圖。在曲線圖上可以看出，改變長方形磁鐵的磁化作用測出的結果和改為非等邊四邊形，即梯形磁鐵的磁化作用而測出的結果幾乎相等。在圖6的磁鐵有效區(qū)域2-10中可以發(fā)現隨距離的線性，利用這種磁鐵，分析準確的絕對位置，可以進行精確的控制，沿著連接上述有效區(qū)域的起點(區(qū)域2)和終點(區(qū)域10)，形成為具有線性磁通密度的磁鐵。圖7為根據本發(fā)明使用產生線性磁通密度的磁鐵的精密壓力傳感器剖視圖；圖8為根據本發(fā)明使用產生線性磁通密度磁鐵的精密壓力傳感器側視圖；圖9為根據本發(fā)明使用產生線性磁通密度磁鐵的精密壓力傳感器俯視圖。壓力傳感器上殼72與下殼74對接形成內部空間，通過在上殼72和下殼74之間安裝的隔膜66將內部空間分為兩個隔室。在隔膜(66)的下方有連接部64，它可以緊密連接隔膜支撐架(62)和隔膜(66)，而隔膜支撐架(62)和隔膜(66)根據壓力變化進行移動；在隔膜支撐架(62)下方有磁鐵(60)，磁鐵(60)沿著連接上述起點和終點的直線產生磁通密度，而磁鐵(60)的N極或者S極的磁極表面與隔膜的移動方向相同，與磁性傳感器(Programmable Hall IC) (68)平 行保持一定距離。磁性傳感器68與PCB70進行連接，通過測出的電信號輸出值向控制器傳送壓力信
肩、O安裝在隔膜支撐架(62)下方的彈簧(82)起到平衡正壓和負壓的作用。隔膜66根據在正壓連接部94與負壓連接部92施加的壓力差異上下移動，如正壓大于負壓，也就是根據壓力差異的大小，彈簧上下移動，通過彈簧變形的程度，磁性傳感器(Programmable HallIC) 68測量磁鐵60的線性磁通密度，檢測絕對位移。以上介紹了根據本發(fā)明精密壓力傳感器，本發(fā)明的權利范圍不限于此，將涉及到申請范圍內記錄的內容和類似范圍的全部技術內容。在通過檢測壓力并完成精確控制的精密控制裝置中，由于現有的磁鐵位置傳感器的不正確的位置信息，不可避免不正確的控制。本發(fā)明的壓力傳感器通過距離變化，檢測準確的壓力差異，從而能夠實施更加精確的控制。
權利要求
1.ー種精確的壓カ傳感器，其特征在于包括磁鐵，為了得到與距離平方成反比的線性磁通密度，磁鐵的N極和S極從四邊形的棱角沿著對角線的方向磁化為猶如正弦波形，通過沿著從磁鐵的極表面保持一定距離并與磁極表面相互平行的直線(C-D) (C-D:C1-DUC2-D2、C3-D3、C4-D4)具有線性磁通密度的磁鐵，來測量位移，并檢測壓カ。
2.根據權利要求書I所述的精確的壓カ傳感器，其特征在于，在上述磁鐵N極或者S極中磁通密度較高的磁極邊緣，從磁極表面垂直保持一定距離的點為磁性傳感器測量的起點C，從磁極另ー個邊緣的磁極表面垂直保持一定距離，與C點相等高度的點為終點D ； 對應于從上述起點C沿著與磁極表面平行的方向(連接起點與終點的直線(C-DiCl-DU C2-D2、C3-D3、C4-D4))，移動到終點D時產生的距離變化，在所有測量區(qū)域0-12中的有效區(qū)域2-10中產生線性磁通密度，并測量磁鐵的位移，最終檢測壓力。
3.根據權利要求書2所述的精確的壓カ傳感器，其特征在于，在上述磁鐵的組成部分N極或者S極的磁通密度中加大從起點C到終點D的距離d，磁性傳感器分別沿著直線Cl-Dl、C2-D2、C3-D3、C4-D4進行移動，在這些直線中選擇磁通密度具有線性的直線(如，C2-D2)，磁性傳感器沿著這條直線C2-D2測量磁通密度，并測量由距離變化產生的位移，最終完成壓カ的檢測。
4.根據權利要求書第I至3項任何一項所述的精確的壓カ傳感器，其特征在干， 壓カ傳感器包括隔膜支撐架、磁鐵、磁性傳感器、彈簧、隔膜、正壓連接部、負壓連接部; 隔膜支撐架與隔膜進行連接； 上述隔膜支撐架上連接磁鉄，而通過磁性傳感器測量磁鐵磁通密度并連接起點(C2)和終點(D2)的直線與隔膜的工作方向相垂直； 磁性傳感器檢測上述磁鐵的磁通密度，與通過磁性傳感器測量磁鐵磁通密度并連接起點(C2)和終點(D2)的直線一致，并垂直置于下殼下表面； 彈簧安裝在上述隔膜支撐架下端和下殼下表面之間； 隔膜將上述下殼和上殼之間的內部空間分為兩個隔間； 在上述兩個隔間中，正壓連接部與上隔間進行連接，而負壓連接部與下隔間進行連接; 根據隔膜的上下移動，測量與隔膜支撐架進行連接的磁鐵相對位移，并檢測壓力。
5.ー種精確的壓カ傳感器，其特征在干，包括磁鐵，磁鐵的右邊高于左邊，而上面是傾斜的梯形結構； 在磁鐵N極或者S極磁化的磁通密度較高的磁極右邊緣，從磁極表面垂直保持一定距離的點為磁性傳感器測量的起點A ； 在被磁化的磁通密度較低的磁極左邊緣，從磁極表面垂直保持與起點相等距離的點為磁性傳感器測量的終點B (B1、B2、B3、B4)； 沿著連接上述起點A和終點B (BI、B2、B3、B4)的直線，通過磁性傳感器測量磁通密度的各距離作為測量區(qū)域，在測量區(qū)域0-12中，具有非線性性的邊緣區(qū)域除外的有效區(qū)域，即，在2-10區(qū)域中，通過測量具有線性磁通密度的磁鐵的位移，并檢測壓カ。
6.根據權利要求書5所述的精確的壓カ傳感器，其特征在于，上述磁鐵的組成部分，即N極和S極磁化于左邊與右邊寬度比為I :4的金屬元件上。
7.根據權利要求書6所述的精確的壓カ傳感器，其特征在于，上述磁鐵的磁通密度沿著N極或者S極的磁極表面線性改變，沿著連接上述起點和終點的直線，通過具有線性磁通密度的磁鐵測量相對位移，并檢測壓カ。
8.根據權利要求書7所述的精確的壓カ傳感器，其特征在干，在上述磁鐵N極或者S極中磁通密度較高的磁極邊緣，從磁極表面垂直保持一定距離的點為磁性傳感器測量的起點； 在被磁化的磁通密度較低的磁極邊緣，與磁極表面垂直保持與起點相等距離的點為磁性傳感器測量的終點； 沿著與磁極表面平行的直線(連接起點與終點的線)，在上述起點到終點中測量磁通密度的線性； 從磁極表面垂直保持一定距離的上述終點，通過反復操作，使終點絕對距離達到起點的高度，増加磁場來測量磁通密度的線性，找出具有線性的終點，然后，在連接上述起點和終點的直線上放置磁性傳感器。
9.根據權利要求書第5至8項任何一項所述的精確的壓カ傳感器，其特征在干，壓カ傳感器包括隔膜支撐架、磁鐵、磁性傳感器、彈簧、隔膜、正壓連接部、負壓連接部；隔膜支撐架與隔膜進行連接；上述隔膜支撐架上，磁鐵N極或者S極的磁極表面垂直置于隔膜工作方向； 檢測上述磁鐵位置的磁性傳感器與磁鐵N極或者S極的磁極表面相互平行，并垂直置于下殼下表面； 彈簧安裝在上述隔膜支撐架下端和下殼下表面之間； 隔膜將上述下殼和上殼之間的內部空間分為兩個隔間；在上述兩個隔間中，正壓連接部與上隔間進行連接，而負壓連接部與下隔間進行連接； 根據隔膜的上下移動，測量與隔膜支撐架進行連接的磁鐵相對位移，并檢測壓力。
10.ー種精確的壓カ傳感器，其特征在干， 壓カ傳感器包括隔膜支撐架、磁鐵、磁性傳感器、彈簧、隔膜、正壓連接部、負壓連接部; 隔膜支撐架與隔膜進行連接；在上述隔膜支撐架上，磁鐵的磁通密度與N極或者S極的磁極表面保持一定距離，而具有長方形或者梯形結構的磁鐵磁極表面垂直置于隔膜工作方向； 檢測上述磁鐵位置的磁性傳感器與磁鐵N極或者S極的磁極表面相互平行，并垂直置于下殼下表面； 彈簧安裝在上述隔膜支撐架下端和下殼下表面之間； 隔膜將上述下殼和上殼之間的內部空間分為兩個隔間；在上述兩個隔間中，正壓連接部與上隔間進行連接，而負壓連接部與下隔間進行連接； 根據隔膜的上下移動，準確測量與隔膜支撐架進行連接的磁鐵相對位移，并檢測壓力。
全文摘要
本發(fā)明是關于壓力傳感器的技術，它可以精確檢測壓力，更詳細地說，磁鐵為四邊形，如正方形結構，或者右邊高于左邊，而上面為傾斜的梯形結構，在與N極或者S極的磁極表面保持一定距離的位置上，沿著從磁極表面任意點形成的直線移動距離時，相應產生線性磁通密度。該壓力傳感器使用上述磁鐵準確地檢測距離(位置)變化，并根據距離的變化，準確地測量壓力差異。本發(fā)明包括連接正負壓的管；根據正負壓差異移動的隔膜；裝在隔膜一側的隔膜支撐架；安裝在隔膜支撐架，并產生線性磁通密度的磁鐵；支撐隔膜的彈簧；容納所有構件的上下殼。在通過檢測壓力并完成精確控制的精密控制裝置中，由于現有的磁鐵位置傳感器的不能準確檢測準確的位置信息，不可避免出現控制問題。本發(fā)明的壓力傳感器根據距離的變化，檢測準確的壓力差異，從而完成更加精確的控制。
文檔編號G01L1/00GK102706508SQ20121010262
公開日2012年10月3日 申請日期2007年1月9日 優(yōu)先權日2006年1月10日
發(fā)明者金時煥 申請人:(株)慶東Network