CN112097840B - 一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于高静压结构的温度‑压力差压传感器，属于机械技术领域。温度‑压力差压传感器包括：底座、两个感压组件以及至少一个感温元件。其中，底座沿其长度方向的两侧分别设置有进压口，两个感压组件对称设置在底座的两侧，每个感压组件对应一个进压口，以分别检测底座两侧进压口介质的压力信号，得到压力差数据。至少一个感温元件设置在底座的至少一侧，与相应的进压口相对应，以检测进压口介质的温度数据，以实现通过进压口把介质温度和外加压力转变为能够被感知的模拟信号，既可检测差压信号又能得到不同进压口的温度数据，该产品能同时测量温度和压力，还能根据顾客的要求互换低压和高压进压口，减少研发种类和节省时间和成本。

Description

一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器。

背景技术

当前，市场上用于测量温度与压差传感器，多以温度传感器和差压芯体分开单独封装来实现，一款型号对应一款结构设计，且多用于低压环境，无法同时对介质的温度和压力差进行测量，这对使用造成极大的不便。

因此，基于上述技术问题，本发明提出了一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器，以实现测量压力差的同时还能测量不同进压口的温度数据。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器。

本发明提供一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器，包括：底座、两个感压组件以及至少一个感温元件；其中，

所述底座沿其长度方向的两侧分别设置有进压口；

所述两个感压组件对称设置在所述底座的两侧，每个所述感压组件对应一个所述进压口，以分别检测所述底座两侧进压口介质的压力信号，得到压力差数据；

至少一个所述感温元件设置在所述底座的至少一侧，与相应的所述进压口相对应，以检测所述进压口介质的温度数据。

可选的，所述感压组件包括感压膜片、感压芯片；其中，

所述感压芯片设置在所述底座中，所述感压膜片设置在所述感压芯片和所述进压口之间；并且，所述感压膜片和感压芯片之间填充有硅油。

可选的，所述温度-压力差压传感器包括一个感温元件，所述感温元件设置在任一个所述感压芯片沿所述底座宽度方向的第一侧，并且，所述感温元件位于所述硅油中。

可选的，所述温度-压力差压传感器包括两个感温元件，所述两个感温元件对称设置在所述底座的两侧，且每个所述感温元件设置在对应的所述感压芯片沿所述底座宽度方向的第一侧；以及，所述感温元件位于所述硅油中。

可选的，所述感温元件采用PT1000铂电阻。

可选的，每个所述感压芯片沿所述底座宽度方向的第二侧设置有硅油填充腔与密封件；其中，

所述硅油填充腔的一端穿设在所述底座中，并连通所述硅油，所述硅油填充腔的另一端延伸至所述底座的外部，并且，所述密封件位于所述硅油填充腔的另一端，以密封所述硅油填充腔。

可选的，每个所述感压芯片沿所述底座宽度方向的第一侧和第二侧均设置有应力释放环；其中，

两侧的所述应力释放环均夹设在所述硅油与所述底座中，以及，第二侧的所述应力释放环连通所述硅油填充腔以及所述硅油，以释放硅油膨胀产生的应力。

可选的，每个所述感压芯片沿所述底座宽度方向的两侧还设置有引脚和引线，各所述引脚穿设在所述底座中；其中，

各所述引脚的第一端穿过所述应力释放环位于所述硅油中，并通过各所述引线与所述感压芯片和/或所述感温元件连接；

各所述引脚的第二端延伸至所述底座的外部。

可选的，所述底座内设置有多个绝缘套筒，各所述引脚穿设在所述绝缘套筒中。

可选的，所述温度-压力差压传感器还包括多个连接件，每个所述连接件分别连接所述底座与对应的所述感压膜片。

本发明提供一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器，包括：底座、两个感压组件以及至少一个感温元件。其中，底座沿其长度方向的两侧分别设置有进压口，两个感压组件对称设置在底座的两侧，每个感压组件对应一个进压口，以分别检测底座两侧进压口介质的压力信号，得到压力差数据。至少一个感温元件设置在底座的至少一侧，与相应的进压口相对应，以检测进压口介质的温度数据，以实现通过进压口把介质温度和外加压力转变为能够被感知的模拟信号，既可检测差压信号又能得到不同进压口的温度数据。因此本发明的产品能测量温度和压力，还能根据顾客的要求互换低压和高压进压口，减少研发种类和节省时间和成本。

附图说明

图1为本发明一实施例的基于高静压结构的温度-压力差压传感器的结构示意图；

图2为本发明另一实施例的基于高静压结构的温度-压力差压传感器的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

在本发明的一些描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“相连”或者“固定”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是通过中间媒体间接连接，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的互相作用关系。以及，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1和图2所示，本发明提供一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器100，包括：底座110、两个感压组件120以及至少一个感温元件130。其中，底座110沿其长度方向的两侧分别设置有进压口111/112，即位于底座左侧的进压口111和位于底座右侧的进压口112。两个感压组件120对称设置在底座110的两侧，每个感压组件120对应一个进压口111/112，以分别检测底座两侧进压口介质的压力信号，得到压力差数据。至少一个感温元件130设置在底座110的至少一侧，与相应的进压口111/112相对应，以检测进压口介质的温度数据。

本实施例将底座对称性设计有进压口，以实现测量不同进压口的温度数据，并在底座的两侧对称设置有两个感压组件，以及在底座的任一侧或者两侧均设置感温元件以实现通过进压口把介质温度和外加压力转变为能够被感知的模拟信号，既可检测差压信号又能得到不同进压口的温度数据，以实现本实施例的产品能测量温度和压力，还能根据顾客的要求互换低压和高压进压口。

具体的，如图1和图2所示，两侧的感压组件120均包括感压膜片121、感压芯片122；其中，感压芯片122设置在底座110中，感压膜片121设置在感压芯片122和进压口111/112之间，例如，位于底座110左侧的感压膜片121设置在相应侧的感压芯片122和进压口111之间，位于底座110右侧的感压膜片121设置在相应侧的感压芯片122和进压口112之间。并且，两侧的感压膜片121和感压芯片122之间均填充有硅油。

需要说明的是，本实施例的感压膜片可采用不锈钢膜片，以及底座也可以采用不锈钢底座，以形成密封的不锈钢腔体。

应当理解的是，为了更好的密封性，可以在不锈钢膜片和底座之间设置连接件，示例性的，如图1和图2所示，在一些实施例中，温度-压力差压传感器100还包括多个连接件140，每个连接件140分别连接底座110与对应的感压膜片121，起到隔离介质，保护内部感压芯片的作用。

需要说明的是，本实施例对于连接件不作具体限定，例如，可以采用焊环，基于底座和感压膜片均是不锈钢材质，将不锈钢膜片位于焊环和底座之间，三者采用金属焊接方式固定，以隔离介质，形成密封的腔体。

本实施例的感压组件在工作时，进压口施加压力通过不锈钢膜片、内部密封的硅油传递到感压芯片上，该感压芯片不直接接触被测介质，即外界物质不直接作用于感压芯片上，即可形成压力测量差值。其利用芯片惠斯顿电桥压阻效应，即材料的电阻率随外加压力变化而改变的原理制成的。

进一步需要说明的是，本实施例对于感温元件的数量及位置不作具体限定，可以设置一个感温元件，该感温元件可以设置在底座的任何一侧，即左侧或者右侧均可，以检测任一侧的进压口介质温度数据。当然，还可以设置两个感温元件，分别对称设置在底座的两侧，以同时检测两侧进压口介质的温度数据。

具体的，如图1所示，在一些实施例中，温度-压力差压传感器100包括一个感温元件130，该感温元件130设置在底座110的左侧，即与左侧的感压组件相对应，位于感压芯片122沿底座110宽度方向的第一侧，并且，该感温元件130位于硅油中，以将左侧进压口111介质温度通过感压膜片121、内部密封的硅油传递到感温元件，以实现检测左侧进压口介质的温度数据。

应当理解的是，在另一些实施例中，温度-压力差压传感器包括一个感温元件时，该感温元件还可以设置在底座的右侧，即与右侧的感压组件相对应，同样位于感压芯片沿底座宽度方向的第一侧，并且，该感温元件位于硅油中，以将右侧进压口介质温度通过感压膜片、内部密封的硅油传递到感温元件，以实现检测右侧进压口介质的温度数据。

还应当理解的是，在另一些实施例中，温度-压力差压传感器包括两个感温元件时，两个感温元件对称设置在底座的两侧，如图2所示，两个感温元件130分别与左侧和右侧的感压组件120相对应，同样每个感温元件130设置在对应的感压芯片122沿底座110宽度方向的第一侧；以及，每个感温元件130均位于硅油中，以将两侧进压口介质温度通过感压膜片、内部密封的硅油传递到感温元件，以实现同时检测两侧进压口介质的温度数据。

需要说明的是，对于上述实施例中的感温元件不作具体限定，例如，可以采用PT1000铂电阻，并且，该铂电阻不直接接触被测介质，即外界物质不直接作用于PT1000铂电阻上，具体工作原理如下：当PT1000在0摄氏度的时候，它的阻值为1000欧姆，其阻值随温度呈线性变化，以实现检测温度数据。

更进一步的，如图1和图2所示，本实施例的每个感压芯片122沿底座110宽度方向的第二侧设置有硅油填充腔151与密封件152；其中，硅油填充腔151的一端穿设在底座110中，并连通硅油，硅油填充腔151的另一端延伸至底座110的外部，并且，密封件152位于硅油填充腔151的另一端，以密封硅油填充腔。也就是说，本实施例的硅油填充腔一端位于底座的外部，一端连通感压芯片和感压膜片之间的硅油，以通过硅油填充腔朝向底座外部的端口将硅油注入至底座中，并将硅油密封在底座内部，以传递进压口介质的压力信号和温度信号。

本实施例采用的硅油具有膨胀系数低，传感器温漂小，温度特性稳定等优点，可有效提高传递信号效率。

需要说明的是，本实施例对于密封件不作具体限定，例如，可以采用钢珠对硅油填充腔进行密封，当然，对于本领域技术人员来说，还可以选择其他密封件。

进一步的，为了提高差压传感器的灵敏度，目前简单的增大感压面的厚度或者增加纹路数量都会影响差压传感器内的硅油量平衡，油量的不平衡会导致差压传感器在不同的环境工作温度，硅油发生膨胀，对感压芯片的打压力度不一样，这样会造成差压传感器精度的偏差，基于此问题，本实施例还设置了应力释放环，以对硅油量进行限定。

具体的，如图1和图2所示，在一些实施例中，每个感压芯片122沿底座110宽度方向的第一侧和第二侧均设置有应力释放环160；其中，两侧的应力释放环160均夹设在硅油与底座110中，以及，第二侧的应力释放环160连通硅油填充腔以及硅油，以释放硅油膨胀产生的应力。不难理解的是，由于硅油膨胀体积增大，产生较大的应力，对感压芯片等敏感部件会造成一定的损坏，因此，本实施例在感压芯片两侧分别设置有应力释放环，以将感压芯片和感压膜片之间的硅油体积限定至最小体积，只要能实现传递压力和温度信号即可，以避免产生较大的应力。

需要说明的是，本实施例对于应力释放环不作具体限定，例如，可以采用瓷环，该瓷环为中空结构，以将硅油从硅油填充腔注入至感压芯片和感压膜片之间。

可选的，如图1和图2所示，每个感压芯片122沿底座110宽度方向的两侧还设置有引脚171和引线172，各引脚171穿设在底座110中；其中，各引脚171的第一端穿过应力释放环160位于硅油中，并通过各引线172与感压芯片122和/或感温元件130连接，各引脚171的第二端延伸至底座110的外部，以连接外部电连接器。也就是说，本实施例中由于应力释放环是中空结构，引脚可以穿过应力释放环***至硅油中，这样，各引脚的第一端位于硅油中，通过引线与感压芯片连接，或者，通过引线同时与感压芯片以及感温元件连接。

进一步的，在另一些实施例中，如图1和图2所示，底座110内设置有多个绝缘套筒180，各引脚171穿设在绝缘套筒180中。

需要说明的是，本实施例对于绝缘套筒不作具体限定，可以采用电子绝缘玻璃，即各引脚均通过电子绝缘玻璃烧结的方式固定在底座上。

进一步需要说明的是，本实施例对引线也不作具体限定，例如，与采用金丝，即PT1000铂电阻与引脚通过金丝相连，输出温度信号，以及，感压芯片与引脚通过金丝相连，输出压力信号。

应当理解的是，由于底座上对称设置有两个感压组件、两个硅油填充腔、两个钢珠密封件以及引脚，这样，引脚与钢珠在底座宽度方向上相对应，呈均匀分布结构。

基于上述结构，本实施例将PT1000铂电阻和感压芯片以及瓷环封装在底座的左端，另一个感压芯片和瓷环封装在底座的右端，底座内注入硅油，整体采用全不锈钢焊接结构，实现额定工作压力60MPa管路的温度及高压和低压差值的测量。因为底座独特的对称性设计，亦可将PT1000铂电阻封装在底座的右端，以实现测量不同进压口的温度数据。当然，还可以在右侧封装PT1000铂电阻，或者两端均封装PT1000铂电阻，对此不作具体限定。

本发明提供一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器，相对于现有技术而言，本发明的温度-压力差压传感器具有以下有益效果：本发明将PT1000铂电阻和感压芯片封装在不锈钢腔体中，通过压力端口，把介质温度和外加压力转变为能够被感知的模拟信号，同时外界物质不直接作用于PT1000铂电阻和感压芯片上，采用全不锈钢结构封装，实现额定工作压力60MPa管路的温度及高压和低压差值的测量。其次，由于本发明底座独特的对称性设计，亦可将PT1000铂电阻封装在底座的右端或者两端，以实现测量不同进压口的温度数据，该产品能同时测量温度和压力，还能根据顾客的要求互换低压和高压进压口，减少研发种类和节省时间和成本。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于高静压结构的温度-压力差压传感器，其特征在于，包括：底座、两个感压组件以及至少一个感温元件；其中，

所述底座沿其长度方向的两侧分别设置有进压口；

所述两个感压组件对称设置在所述底座的两侧，每个所述感压组件对应一个所述进压口，以分别检测所述底座两侧进压口介质的压力信号，得到压力差数据；其中，所述感压组件包括感压膜片、感压芯片；其中，

所述感压芯片设置在所述底座中，所述感压膜片设置在所述感压芯片和所述进压口之间；并且，所述感压膜片和所述感压芯片之间填充有硅油，每个所述感压芯片沿所述底座宽度方向的第一侧和第二侧均设置有应力释放环，两侧的所述应力释放环均夹设在所述硅油与所述底座中；

至少一个所述感温元件设置在所述底座的至少一侧，所述感温元件位于所述硅油中，与相应的所述进压口相对应，以检测所述进压口介质的温度数据。

2.根据权利要求1所述的基于高静压结构的温度-压力差压传感器，其特征在于，所述温度-压力差压传感器包括一个感温元件，所述感温元件设置在任一个所述感压芯片沿所述底座宽度方向的第一侧。

3.根据权利要求1所述的基于高静压结构的温度-压力差压传感器，其特征在于，所述温度-压力差压传感器包括两个感温元件，所述两个感温元件对称设置在所述底座的两侧，且每个所述感温元件设置在对应的所述感压芯片沿所述底座宽度方向的第一侧；以及，所述感温元件位于所述硅油中。

4.根据权利要求2或3所述的基于高静压结构的温度-压力差压传感器，其特征在于，所述感温元件采用PT1000铂电阻。

5.根据权利要求4所述的基于高静压结构的温度-压力差压传感器，其特征在于，每个所述感压芯片沿所述底座宽度方向的第二侧设置有硅油填充腔与密封件；其中，

所述硅油填充腔的一端穿设在所述底座中，并连通所述硅油，所述硅油填充腔的另一端延伸至所述底座的外部，并且，所述密封件位于所述硅油填充腔的另一端，以密封所述硅油填充腔。

6.根据权利要求5所述的基于高静压结构的温度-压力差压传感器，其特征在于，所述感压芯片第二侧的所述应力释放环连通所述硅油填充腔以及所述硅油，以释放硅油膨胀产生的应力。

7.根据权利要求6所述的基于高静压结构的温度-压力差压传感器，其特征在于，每个所述感压芯片沿所述底座宽度方向的两侧还设置有引脚和引线，各所述引脚穿设在所述底座中；其中，

各所述引脚的第一端穿过所述应力释放环位于所述硅油中，并通过各所述引线与所述感压芯片和/或所述感温元件连接；

各所述引脚的第二端延伸至所述底座的外部。

8.根据权利要求7所述的基于高静压结构的温度-压力差压传感器，其特征在于，所述底座内设置有多个绝缘套筒，各所述引脚穿设在所述绝缘套筒中。

9.根据权利要求5至8任一项所述的基于高静压结构的温度-压力差压传感器，其特征在于，所述温度-压力差压传感器还包括多个连接件，每个所述连接件分别连接所述底座与对应的所述感压膜片。

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