本實用新型涉及一種壓力傳感器，尤其涉及一種將均勻分散力集中作用于彈性體的、靈敏度高、非線性誤差小的高精度薄膜壓力傳感器。

背景技術(shù)：

薄膜壓力傳感器是一種性能優(yōu)良的壓力傳感器，它具有量程大、綜合精度高、工作溫度范圍寬、穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)點，在航空航天、武器裝備、石油化工、能源、冶金、汽車、工業(yè)過程自動控制等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

現(xiàn)有的薄膜壓力傳感器彈性體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由于薄膜壓力傳感器的彈性體是不銹鋼材料制成，當(dāng)它受到均勻分布的壓力作用時，彈性體應(yīng)變部位的變形量小，傳感器的靈敏感度較低。同時傳感器的非線線誤差比傳感器的重復(fù)性誤差和遲滯誤差大，導(dǎo)致傳感器的綜合精度不能進一步提高。

因此，開發(fā)一種靈敏度高、非線線誤差小、能適用更加嚴(yán)苛環(huán)境的高精度薄膜壓力傳感器極其重要。

采用不銹鋼、鈦或非晶材料作膜片，同時將分散力集中作用在彈性體上的方法制造的高精度薄膜壓力傳感器能解決上述存在的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種高精度薄膜壓力傳感器，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決薄膜壓力傳感器靈敏度不高、非線性誤差大等問題，實現(xiàn)在嚴(yán)苛環(huán)境下對壓力的精確測量以及在民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的目的。

為解決以上技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是：一種高精度薄膜壓力傳感器，包括開口呈淺“U”形的圓形膜片，下端焊接所述圓形膜片、中心開圓孔、上端焊接彈性體的支撐座，下端焊接在所述支撐座的上部邊緣、帶有中心梁的“E”形彈性體，穿過所述支撐座的中心圓孔、下端焊接在所述圓形膜片中心、上端焊接在所述彈性體的中心梁處的傳力柱和外殼組成，其特征在于：所述彈性體外周焊接有支撐電路板的電路板支架，所述電路板支架上固定有電路板；所述彈性體是采用濺射薄膜技術(shù)在彈性體上表面上制造有四個應(yīng)變電阻并形成惠斯電橋，當(dāng)所述圓形膜片受到壓力作用時，均勻分布的壓力通過所述傳力柱集中并傳遞到所述彈性體的中心梁上，所述彈性體上表面上的所述四個應(yīng)變電阻阻值發(fā)生變化，惠斯電橋失去平衡，通過一端焊接在焊盤、另一端焊接在所述電路板的內(nèi)引線輸出與所受壓力成比例的電信號；所述電信號通過焊接在所述電路板上的外引線向外輸出。

所述圓形膜片采用不銹鋼、鈦、非晶材料中的一種制成。

所述電路板上方灌注有保護所述電路板、所述內(nèi)引線和所述外引線的質(zhì)軟保護膠。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型所具有的有益效果為：由于采用了將分散力集中作用在彈性體上，傳感器的靈敏度系數(shù)提高，非線性誤差減小，傳感器綜合精度得到提高。

另外，除可采用不銹鋼材料做與介質(zhì)接觸的膜片外，還可采用耐溫和耐腐蝕性能更好的鈦或非晶材料做與介質(zhì)接觸的膜片，能適用更加嚴(yán)苛環(huán)境。

同時，受力膜片與彈性體之間通過傳力柱接觸，彈性體對溫度的敏感性降低，傳感器能在更低溫或更高溫的環(huán)境下工作，拓展了傳感器的工作溫度范圍。

通過上述工藝后，薄膜壓力傳感器的靈敏度提高、非線性誤差減小、工作溫度范圍擴寬、耐腐蝕性能提高，而其它薄膜壓力傳感器的優(yōu)良性能得到保留。

本實用新型的高精度薄膜壓力傳感器的主要性能指標(biāo)如下：

測量范圍：0～0.05～150MPa 綜合精度：0.02％FS～0.2％FS

介質(zhì)溫度范圍：-200℃～400℃ 靈敏度系數(shù)：≥4mV/V

零點溫度漂移：≤±0.001％FS/℃ 長期穩(wěn)定性：≤±0.1％FS/年

本實用新型解決了現(xiàn)有薄膜壓力傳感器靈敏度低、非線性誤差大、抗干擾能力不強、不適應(yīng)惡劣環(huán)境下對壓力進行精確測量的問題。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的薄膜壓力傳感器的彈性體結(jié)構(gòu)及其受力情況示意圖。

圖2為本實用新型的高精度薄膜壓力傳感器的彈性體結(jié)構(gòu)及其受力情況示意圖。

圖3為本實用新型的高精度薄膜壓力傳感器的圓形膜片結(jié)構(gòu)及其受力情況示意圖。

圖4為本實用新型的高精度薄膜壓力傳感器的剖視圖。

圖5為本實用新型的高精度薄膜壓力傳感器的彈性體應(yīng)變電阻布置圖。

具體實施方式

如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的薄膜壓力傳感器彈性體3，受到壓力作用時，由于壓力均勻分散作用于彈性體3上，所述彈性體3發(fā)生形變量小，靈敏度系數(shù)小，同時傳感器的非線性誤差大，在小量程范圍時尤其突出。

如圖2、3、4、5所示，本實用新型的高精度薄膜壓力傳感器，包括圓形膜片1、支撐座2、彈性體3、傳力柱4、外殼5組成。所述圓形膜片1是一個開口呈淺“U”形的圓形膜片，根據(jù)不同的工況選用不銹鋼、鈦、非晶材料中的一種制成，鈦或非晶材料制成的產(chǎn)品更加適用腐蝕性、高低溫環(huán)境下使用。

所述支撐座2呈圓柱形，中心開有圓孔，上端面加工有凸臺，與所述彈性體3的下端面吻合并牢固焊接。所述支撐座2下端面與所述圓形膜片1吻合并密封焊接。所述支撐座2的中心圓孔用以通過所述傳力柱4。

所述彈性體3是不銹鋼材料加工而成的“E”形彈性體，中心帶有中心梁31。所述彈性體3外周焊接有支撐電路板的電路板支架33，所述電路板支架33上固定有電路板34。所述彈性體3的上表面32經(jīng)研磨拋光后使用濺射薄膜技術(shù)制造有四個應(yīng)變電阻38，其中二個靠近中心并對稱分布，構(gòu)成內(nèi)電阻，另外二個靠近邊緣并對稱分布，構(gòu)成外電阻，所述四個應(yīng)變電阻38組成惠斯電橋。所述惠斯電橋的焊盤39上焊接有內(nèi)引線35，所述內(nèi)引線35的另一端焊接在所述電路板34的焊盤上。傳感器供電電源和輸出信號通過焊接在所述電路板34上的外引線36輸入輸出。

所述電路板34上方灌注有保護所述電路板34、所述內(nèi)引線35和所述外引線36的質(zhì)軟保護膠37。所述外殼5是一種圓柱形空殼，上端中心開孔用以穿過外引線36。所述外殼5下端密封焊接在所述支撐座2的邊緣凸臺上。

所述傳力柱4呈圓柱形，下端圓心與所述圓形膜片1的圓心對齊并牢固焊接。所述傳力柱4上端圓心與所述彈性體3的中心梁31的圓心對齊并牢固焊接。

通過這種結(jié)構(gòu)設(shè)計，當(dāng)所述圓形膜片1受到壓力作用時，均勻分布的壓力通過所述傳力柱4集中并傳遞到所述彈性體3的中心梁31上，引起彈性體3發(fā)生較大形變，傳感器的靈敏度系數(shù)增加，傳感器的非線性誤差減小。同時，所述圓形膜片1與所述彈性體3之間通過傳力柱4連接，所述彈性體3對溫度的敏感性降低，傳感器能在更低溫或更高溫的環(huán)境下工作，拓展了傳感器的工作溫度范圍。

傳感器工作原理：當(dāng)所述圓形膜片1受到壓力作用時，均勻分布的壓力通過所述傳力柱4集中并傳遞到所述彈性體3的中心梁31上，所述彈性體3上表面32上的四個應(yīng)變電阻38阻值發(fā)生變化，惠斯電橋失去平衡，通過內(nèi)引線35與外引線36向外輸出與壓力成比例的電信號，通過檢測該電信號就可獲得傳感器所受壓力大小。

下表為現(xiàn)有技術(shù)薄膜壓力傳感器與本實用新型的高精度薄膜壓力傳感器性能測試對比表。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施方式，不應(yīng)被視為對本實用新型范圍的限制，而且本實用新型所主張的權(quán)利要求范圍并不局限于此，凡熟悉此領(lǐng)域技藝的人士，依照本實用新型所披露的技術(shù)內(nèi)容，可輕易思及的等效變化，均應(yīng)落入本實用新型的保護范圍內(nèi)。