一種新型超高壓壓力傳感器及壓力檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種新型超高壓壓力傳感器及壓力檢測(cè)方法，其傳感器是在主體底部設(shè)有進(jìn)油口、回油口，主體上依次設(shè)有陶瓷芯、鋼桿芯、彈簧桿，彈簧桿上設(shè)有預(yù)壓彈簧，陶瓷芯、鋼桿芯插裝在陶瓷套中，主體頂部設(shè)有位移傳感器與彈簧桿接觸，在回油路中設(shè)有阻尼單元。其方法是將壓力作用于陶瓷芯的底部，通過(guò)鋼桿芯將產(chǎn)生的力傳到彈簧桿上，彈簧桿在力的作用下壓縮彈簧并產(chǎn)生一個(gè)位移，壓縮彈簧產(chǎn)生的彈簧力、重力、摩擦力、慣性力、粘性阻力和壓力達(dá)到一種平衡狀態(tài)，通過(guò)位移傳感器檢測(cè)出陶瓷芯位移后，再通過(guò)壓力補(bǔ)償即可得到所測(cè)壓力的具體數(shù)值。本發(fā)明可滿足超高壓液壓系統(tǒng)的壓力測(cè)量要求，而且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，可靠性高，受溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
-種新型超高壓壓力傳感器及壓力檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及測(cè)量流體壓力技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種新型超高壓壓力傳感器及壓力 檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓力傳感器是將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的用于檢測(cè)流體壓力的敏感器件。其一般 由彈性敏感元件和位移敏感元件(或應(yīng)變計(jì))組成，彈性敏感元件的作用是使被測(cè)壓力作用 于某個(gè)面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計(jì)金屬元素分析儀轉(zhuǎn)換為 與壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。
[0003] 目前，超高壓液壓系統(tǒng)(70MPaW上）已成為現(xiàn)代液壓技術(shù)發(fā)展的重要方向，在超高 壓液壓系統(tǒng)中，通常采用應(yīng)變片壓力傳感器，其具有量程大、精度高、抗沖擊、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu) 點(diǎn);但當(dāng)液壓系統(tǒng)油液溫度變化較大時(shí)，應(yīng)變片的形變特性會(huì)受到溫度的影響，從而帶來(lái)溫 漂及測(cè)量誤差等問(wèn)題;另外，應(yīng)變片的形變量與檢測(cè)的壓力并非呈線性關(guān)系，運(yùn)也會(huì)影響其 壓力測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述存在問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種新型超高壓壓力傳感器及壓力檢測(cè)方 法。
[0005] 本發(fā)明目的通過(guò)W下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種新型超高壓壓力傳感器，包括主體、位移傳感器，所述主體底部設(shè)有進(jìn)油口、 回油口，進(jìn)油口上設(shè)有流道一、與回油口相通的回油路上設(shè)有流道二，回油路內(nèi)設(shè)有阻尼單 元，所述流道一上方的主體上依次設(shè)有陶瓷忍、鋼桿忍、彈黃桿，彈黃桿上設(shè)有預(yù)壓彈黃，所 述陶瓷忍與鋼桿忍同徑，所述陶瓷忍、鋼桿忍插裝在陶瓷套中，所述陶瓷套通過(guò)外螺母固定 在主體上，所述陶瓷忍、鋼桿忍與陶瓷套之間形成環(huán)形管道，所述陶瓷忍、鋼桿忍、彈黃桿同 軸，所述彈黃桿底部與鋼桿忍頂部采用半球窩狀結(jié)構(gòu)相接，所述主體與彈黃桿底部之間形 成彈黃桿底部容腔，所述彈黃桿下部與主體配合處分別設(shè)有格蘭圈和導(dǎo)向環(huán);所述流道二 與回油口相通且與彈黃桿底部容腔處的主體孔徑相切，所述彈黃桿底部開(kāi)有多個(gè)矩形槽， 油液從環(huán)形管道溢流到彈黃桿底部容腔并通過(guò)多個(gè)矩形槽和流道二流向回油口；所述彈黃 桿頂部與蓋帽螺紋連接，所述位移傳感器和預(yù)壓彈黃通過(guò)蓋帽固定，所述位移傳感器頭部 與彈黃桿頂部相接觸。
[0007] 一種利用新型超高壓壓力傳感器的壓力檢測(cè)方法，包括W下步驟：
[000引a)將油液壓力作用于陶瓷忍的底部，通過(guò)鋼桿忍將產(chǎn)生的力傳到彈黃桿上，彈黃 桿在力的作用下壓縮彈黃并產(chǎn)生一個(gè)位移，最終，壓縮彈黃產(chǎn)生的彈黃力、重力、摩擦力、慣 性力、粘性阻力和壓力達(dá)到一種平衡狀態(tài)；
[0009] b)首先建立由步驟a)達(dá)到的平衡狀態(tài)下的平衡方程，然后根據(jù)平衡方程推導(dǎo)出檢 測(cè)壓力的表達(dá)式；
[0010] C)根據(jù)步驟b)獲得的壓力和陶瓷忍位移的關(guān)系后，再通過(guò)W下方法進(jìn)行壓力補(bǔ) 償，首先將由位移傳感器檢測(cè)出的陶瓷忍在油液壓力作用下產(chǎn)生的位移加上彈黃預(yù)壓縮量 后乘W彈黃的剛度，然后分別補(bǔ)償粘性阻尼力、摩擦力、慣性力和重力，最后將經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后 的力再除W陶瓷忍的截面積就得到所測(cè)系統(tǒng)油液的壓力。
[0011] 本發(fā)明設(shè)及的新型超高壓壓力傳感器采用預(yù)壓彈黃來(lái)平衡油液壓力，通過(guò)檢測(cè)陶 瓷忍的運(yùn)動(dòng)位移進(jìn)而計(jì)算油液的壓力。由于彈黃剛度大、受溫度的影響小，使得該傳感器的 測(cè)壓量程大，并克服了由于油液溫度變化而引起測(cè)量誤差的問(wèn)題；陶瓷忍提高了該傳感器 的抗腐蝕性及抗磨損性。
[0012] 本發(fā)明的一種新型超高壓壓力傳感器結(jié)構(gòu)及其壓力檢測(cè)方法，可滿足超高壓液壓 系統(tǒng)的測(cè)壓要求，而且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，可靠性高，受溫度影響小。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0014] 1、采用彈黃力平衡油液壓力，由于彈黃的剛度大且受溫度的影響小，使得該傳感 器的測(cè)壓量程大且克服了由于油液溫度變化引起測(cè)量誤差的問(wèn)題。
[0015] 2、可根據(jù)所需要測(cè)量壓力范圍的不同而選取不同剛度的彈黃，從而組成不同系列 及測(cè)量范圍的壓力傳感器產(chǎn)品，W提高該壓力傳感器的通用性。
[0016] 3、與其他壓力傳感器相比，在該壓力傳感器的主體上開(kāi)有回油口，油液從陶瓷套 和陶瓷忍之間形成的環(huán)形管道溢流到彈黃桿底部容腔，之后通過(guò)從彈黃桿底部開(kāi)的矩形槽 流向回油口，使彈黃桿底部容腔壓力始終為零，因此不會(huì)影響所測(cè)壓力的精度。
[0017] 4、在回油路上設(shè)有一個(gè)相當(dāng)于單向阻尼器的阻尼單元，當(dāng)所測(cè)流體的壓力發(fā)生突 變時(shí)，其能限制陶瓷忍的最大速度，能有效防止陶瓷忍與主體相撞而致使其破裂。
[0018] 5、本發(fā)明的壓力檢測(cè)方法可補(bǔ)償壓力傳感器中陶瓷忍的慣性、重力、運(yùn)動(dòng)阻尼、摩 擦力W及預(yù)壓彈黃的預(yù)壓縮量，從而進(jìn)一步提高了壓力傳感器的檢測(cè)精度。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的超高壓壓力傳感器結(jié)構(gòu)S維示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明的超高壓壓力傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3為本發(fā)明的超高壓壓力傳感器的主體結(jié)構(gòu)俯視圖及其A-A向剖視圖。
[0022] 圖4為本發(fā)明的超高壓壓力傳感器的彈黃桿結(jié)構(gòu)仰視圖及其B-B向剖視圖。
[0023] 圖5為本發(fā)明的超高壓壓力傳感器的鋼桿忍結(jié)構(gòu)主視圖。
[0024] 圖6為圖2中I部局部放大圖。
[0025] 圖7為本發(fā)明的超高壓壓力傳感器的蓋帽結(jié)構(gòu)左視圖及其C-C向剖視圖。
[0026] 圖8為本發(fā)明的壓力檢測(cè)方法的檢測(cè)原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0028] 如圖1~2所示，一種新型超高壓壓力傳感器，其結(jié)構(gòu)是由主體1，陶瓷忍2,鋼桿忍 3,陶瓷套4,外螺母5,格蘭圈6,導(dǎo)向環(huán)7,彈黃桿8,預(yù)壓彈黃9,蓋帽10,位移傳感器11，螺堵 12,阻尼單元，回油口 16、進(jìn)油口 17組成。其中，陶瓷忍2、鋼桿忍3與陶瓷套4之間形成環(huán)形流 道;預(yù)壓彈黃可采用圓柱彈黃或蝶形彈黃，當(dāng)壓力在70MPa-200MPa時(shí)采用圓柱彈黃，當(dāng)壓力 超過(guò)200MPa時(shí)采用碟形彈黃，本實(shí)施例中的液壓系統(tǒng)壓力不超過(guò)200M化，其預(yù)壓彈黃選用 圓柱彈黃。
[0029] 如圖1~3所示，主體1的內(nèi)螺紋20和外螺母5相旋合將陶瓷套4固定在孔徑19中，孔 徑21與彈黃桿8上的格蘭圈6配合形成動(dòng)密封，內(nèi)螺紋23和蓋帽10上的外螺紋32旋合給彈黃 9產(chǎn)生一個(gè)預(yù)壓縮力，流道二24和回油口 16相通且和孔徑21的底部相切。
[0030] 如圖3~5所示，彈黃桿8,其底部開(kāi)有4道均布的矩形槽27, W保證彈黃桿底部容腔 和流道二24相通，半球槽28與鋼桿忍3頂部的半球29相接，運(yùn)種結(jié)構(gòu)可W有效防止由于偏載 而導(dǎo)致鋼桿忍3的折斷；
[0031] 如圖6所示，阻尼單元是由彈黃13、阻尼件14、螺紋帽15組成的單向阻尼器，其依靠 在螺紋帽15上加工的外螺紋與內(nèi)螺紋26(見(jiàn)圖3)旋合，將其定位在回油路上，當(dāng)彈黃桿8(見(jiàn) 圖2)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，油液由油箱頂開(kāi)阻尼單元的閥口進(jìn)入彈黃桿底部容腔，當(dāng)彈黃桿向下運(yùn) 動(dòng)時(shí)，彈黃桿底部容腔油液必須經(jīng)過(guò)阻尼件的阻尼小孔30流回油箱。
[0032] 如圖2、圖7所示，蓋帽10的孔徑31對(duì)彈黃桿8有導(dǎo)向作用，內(nèi)螺紋33和位移傳感器 11外殼上加工的外螺紋旋合從而起到固定位移傳感器11的作用。
[0033] 本發(fā)明的新型超高壓壓力傳感器的工作流程如下：
[0034] 液壓系統(tǒng)油液經(jīng)由進(jìn)油口和流道一 18流至陶瓷忍2底部截面，當(dāng)壓力作用在陶瓷 忍2的底部時(shí)，壓力推動(dòng)陶瓷忍2,其再帶動(dòng)鋼桿忍3和彈黃桿8向上產(chǎn)生一定的位移量，與此 同時(shí)其會(huì)壓縮預(yù)壓彈黃9,當(dāng)壓縮預(yù)壓彈黃產(chǎn)生的彈黃力、重力、摩擦力、慣性力、粘性阻力 和壓力達(dá)到一種平衡狀態(tài)時(shí)，運(yùn)動(dòng)停止。此時(shí)，通過(guò)位移傳感器11檢測(cè)出陶瓷忍2運(yùn)動(dòng)的位 移量，再通過(guò)外部的補(bǔ)償即可得到所測(cè)壓力的具體數(shù)值。
[0035] 在正常情況下，阻尼件14在其自重和彈黃13的共同作用下會(huì)與螺紋帽15形成一個(gè) 封閉的閥口，但當(dāng)所測(cè)壓力上升時(shí)，彈黃桿8向上移動(dòng)導(dǎo)致其底部的封閉容腔變大而形成一 定的真空度，此時(shí)從油箱來(lái)的油液會(huì)頂開(kāi)由阻尼件14和螺紋帽15形成的閥口而進(jìn)入到彈黃 桿8底部容腔內(nèi)；再當(dāng)所測(cè)壓力突然降低時(shí)，在被壓縮預(yù)壓彈黃9的作用下會(huì)使得彈黃桿8和 陶瓷忍2產(chǎn)生一個(gè)很大的加速度(若無(wú)該阻尼單元，陶瓷忍2就很有可能與主體1相撞而破 裂），但此時(shí)回油路上的油液必須經(jīng)過(guò)阻尼小孔30流回油箱，從而在彈黃桿底部容腔和油箱 之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓差，從而可W有效控制彈黃桿8和陶瓷忍2的下降速度，進(jìn)而防止陶瓷忍2 與主體1相撞而破裂。
[0036] 如圖8所示，一種利用新型超高壓壓力傳感器的壓力檢測(cè)方法，該方法先通過(guò)位移 傳感器11檢測(cè)出陶瓷忍2在油液壓力作用下產(chǎn)生的位移，再加上彈黃9預(yù)壓縮量后乘W彈黃 9的剛度K，然后分別補(bǔ)償粘性阻尼力、摩擦力、慣性力和重力，最后，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)牧υ俪齏陶 瓷忍2的截面積后就得到所測(cè)系統(tǒng)油液的壓力。包括W下步驟：
[0037] a)將油液壓力作用于陶瓷忍2的底部，通過(guò)鋼桿忍3將產(chǎn)生的力傳到彈黃桿8上，彈 黃桿在力的作用下壓縮預(yù)壓彈黃9并產(chǎn)生一個(gè)位移Xp,最終，壓縮預(yù)壓彈黃產(chǎn)生的彈黃力、 重力、摩擦力、慣性力、粘性阻力和壓力達(dá)到一種平衡狀態(tài)；
[0038] b)首先建立由步驟a)達(dá)到的平衡狀態(tài)下的平衡方程：
[0039] Kx+M 巧+Ff+Bpv+M 化=PA,
[0040] 式中：K-彈黃剛度;X-預(yù)壓彈黃總壓縮量，其值等于預(yù)壓彈黃的預(yù)壓縮量Xb和陶 瓷忍的位移量Xp之和;Mt-等效質(zhì)量，其值等于陶瓷忍、鋼桿忍、彈黃桿和彈黃質(zhì)量之和;g- 重力加速度;Ff-摩擦力;Bp-粘性阻尼系數(shù);V-陶瓷忍速度，此速度與鋼桿忍和彈黃桿速 度相同;a-陶瓷忍加速度，此加速度與鋼桿忍和彈黃桿加速度相同;P-所測(cè)系統(tǒng)壓力;A- 陶瓷忍的截面積；
[0041] 然后根據(jù)平衡方程推導(dǎo)出檢測(cè)壓力的表達(dá)式：
[0042]
[0043] C)根據(jù)步驟b)獲得的壓力和陶瓷忍2位移的關(guān)系后，再通過(guò)W下的檢測(cè)補(bǔ)償方法 進(jìn)行壓力補(bǔ)償，首先將由位移傳感器11檢測(cè)出的陶瓷忍2在油液壓力作用下產(chǎn)生的位移量 Xp(通過(guò)對(duì)位移傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)去噪處理后得到）加上預(yù)壓彈黃9的預(yù)壓縮量Xb后 乘W預(yù)壓彈黃的剛度K，然后分別補(bǔ)償粘性阻尼力BpV(通過(guò)對(duì)陶瓷忍的位移量Xp進(jìn)行微分和 信號(hào)處理后乘W粘性阻尼系數(shù)Bp后得到）、摩擦力Ff、慣性力Mta(通過(guò)對(duì)陶瓷忍的位移量Xp 進(jìn)行兩次微分和信號(hào)處理后乘W等效質(zhì)量Mt后得到)和重力Mtg,最后將經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的力再 除W陶瓷忍的截面積A就得到所測(cè)系統(tǒng)油液的壓力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種新型超高壓壓力傳感器，包括主體、位移傳感器，其特征在于，所述主體底部設(shè) 有進(jìn)油口、回油口，所述進(jìn)油口上設(shè)有流道一，回油路上設(shè)有流道二，回油路內(nèi)設(shè)有阻尼單 元，所述流道一上方的主體上依次設(shè)有陶瓷芯、鋼桿芯、彈簧桿，彈簧桿上設(shè)有預(yù)壓彈簧，所 述陶瓷芯與鋼桿芯同徑，所述陶瓷芯、鋼桿芯插裝在陶瓷套中，所述陶瓷套通過(guò)外螺母固定 在主體上，所述陶瓷芯、鋼桿芯與陶瓷套之間形成環(huán)形管道，所述陶瓷芯、鋼桿芯、彈簧桿同 軸，所述彈簧桿底部與鋼桿芯頂部采用半球窩狀結(jié)構(gòu)相接，所述主體與彈簧桿底部之間形 成彈簧桿底部容腔，所述彈簧桿下部與主體配合處分別設(shè)有格蘭圈和導(dǎo)向環(huán);所述流道二 與回油口相通且與彈簧桿底部容腔處的主體孔徑相切，所述彈簧桿底部開(kāi)有多個(gè)矩形槽， 油液從環(huán)形管道溢流到彈簧桿底部容腔并通過(guò)多個(gè)矩形槽和流道二流向回油口；所述彈簧 桿頂部與蓋帽螺紋連接，所述位移傳感器和預(yù)壓彈簧通過(guò)蓋帽固定，所述位移傳感器頭部 與彈簧桿頂部相接觸。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超高壓壓力傳感器，其特征在于，所述阻尼單元為由 彈簧、阻尼件、螺紋帽組成的單向阻尼器，當(dāng)彈簧桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，油液由油箱頂開(kāi)阻尼單元 的閥口進(jìn)入彈簧桿底部容腔，當(dāng)彈簧桿向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧桿底部容腔油液必須經(jīng)過(guò)阻尼件 的阻尼小孔流回油箱。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超高壓壓力傳感器，其特征在于，所述彈簧桿底部開(kāi) 有四個(gè)均布排列的矩形槽。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超高壓壓力傳感器，其特征在于，所述主體外側(cè)設(shè)有 螺堵用于封閉所述流道二。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型超高壓壓力傳感器，其特征在于，所述預(yù)壓彈簧采用 圓柱彈簧或蝶形彈簧，當(dāng)壓力在70MPa-200MPa時(shí)采用圓柱彈簧，當(dāng)壓力超過(guò)200MPa時(shí)采用 碟形彈簧。6. -種利用如權(quán)利要求1所述超高壓壓力傳感器的壓力檢測(cè)方法，其特征在于，包括以 下步驟： a) 將油液壓力作用于陶瓷芯2的底部，通過(guò)鋼桿芯3將產(chǎn)生的力傳到彈簧桿8上，彈簧桿 在力的作用下壓縮預(yù)壓彈簧9并產(chǎn)生一個(gè)位移&，最終，壓縮預(yù)壓彈簧產(chǎn)生的彈簧力、重力、 摩擦力、慣性力、粘性阻力和壓力達(dá)到一種平衡狀態(tài)； b) 首先建立由步驟a)達(dá)到的平衡狀態(tài)下的平衡方程： Kx+Mtg+Ff+BpV+Mta = PA ? 式中：K 一彈簧剛度;X-預(yù)壓彈簧總壓縮量，其值等于預(yù)壓彈簧的預(yù)壓縮量Χ0Ρ陶瓷芯 的位移量知之和;Mt-等效質(zhì)量，其值等于陶瓷芯、鋼桿芯、彈簧桿和彈簧質(zhì)量之和;g-重力 加速度;F f-摩擦力;BP-粘性阻尼系數(shù);v-陶瓷芯速度，此速度與鋼桿芯和彈簧桿速度相 同；a-陶瓷芯加速度，此加速度與鋼桿芯和彈簧桿加速度相同；P-所測(cè)系統(tǒng)壓力;A-陶瓷 芯的截面積； 然后根據(jù)平衡方程推導(dǎo)出檢測(cè)壓力的表達(dá)式：c) 根據(jù)步驟b)獲得的壓力和陶瓷芯2位移的關(guān)系后，再通過(guò)以下方法進(jìn)行壓力補(bǔ)償，首 先將由位移傳感器11檢測(cè)出的陶瓷芯2在油液壓力作用下產(chǎn)生的位移&加上預(yù)壓彈簧9的 預(yù)壓縮量Xb后乘以預(yù)壓彈簧的剛度K，然后分別補(bǔ)償粘性阻尼力BPv、摩擦力Ff、慣性力M ta和 重力Mtg，最后將經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后的力再除以陶瓷芯的截面積A就得到所測(cè)系統(tǒng)油液的壓力。
【文檔編號(hào)】G01L7/00GK105953968SQ201610361476
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】俞濱, 楊剛武, 朱琦歆, 趙華龍, 孔祥東
【申請(qǐng)人】俞濱