CN113340516A - 压力测量单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了压力测量单元，涉及压力测量领域，包括压力传感器、前置放大电器和多个接口滤波电路模块，前置放大器的每个输入端和输出端均与接口滤波电路模块连接，压力传感器的电源入口与前置放大器的电源出口连接，压力传感器的信号输出端与前置放大器的信号输入端连接；通过前置放大器的每个输入端和输出端均接入接口滤波电路模块，滤除输入前置放大器信号中的高频干扰和前置放大器输出信号中的高频干扰，从压力测量单元主电路上抑制空间电磁场的干扰。

Description

压力测量单元
技术领域
本发明涉及压力测量领域，尤其涉及一种压力测量单元。
背景技术
在处于高压、大电流脉冲形成的强空间电磁场干扰环境，以及在试验中方向随机、量值随机的振动、冲击的动态工作环境中，其内部高压气体压力变化的实时测量值又是分析被测产品工作状态的重要数据，需通过压力传感器和其配套的前置放大器进行压力测量；传统的测量高压气体的应变式、金属圆膜片式压力传感器的典型原理分应变片粘贴式压力传感器和溅射薄膜压力传感器；两种压力传感器输出信号特点都是灵敏度小，一般灵敏度大不于2mV/V，该毫伏级的小信号极易被外界干扰覆盖，为解决压力测量单元的抗干扰问题，传统的方法是将前置放大器电路嵌入在压力传感器壳体内部，希望通过缩短压力传感器与前置放大器之间的传输距离避开干扰，再通过电路、电缆的屏蔽措施，达到产品的电磁兼容性，该方式虽提高了压力测量单元的电磁兼容性，但没能从电路上根本解决压力测量单元对高压、大电流脉冲形成的空间电磁场环境下工作的电磁兼容性，同时由于做成一体的压力测量单元较独立的压力传感器体积大很多，不利于有限安装空间环境下使用。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种压力测量单元。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
压力测量单元，包括压力传感器、前置放大电器和多个接口滤波电路模块，前置放大器的每个输入端和输出端均与接口滤波电路模块连接，压力传感器的电源入口与前置放大器的电源出口连接，压力传感器的信号输出端与前置放大器的信号输入端连接。
本发明的有益效果在于：通过前置放大器的每个输入端和输出端均接入接口滤波电路模块，滤除输入前置放大器信号中的高频干扰和前置放大器输出信号中的高频干扰，从压力测量单元主电路上抑制空间电磁场的干扰。
附图说明
图1是本发明压力测量单元中前置放大器的电路框图；
图2是本发明压力测量单元中双通道前置放大器的俯视结构示意图；
图3是本发明压力测量单元中双通道前置放大器的主视结构示意图；
图4是本发明压力测量单元中接口滤波电路模块的示意图；
图5是本发明压力测量单元中前置放大器的示意图；
图6是本发明压力测量单元中压力传感器的结构示意图；
图7是本发明压力测量单元中压力传感器的安装结构示意图；
图8是本发明压力传感器中弹性体的结构示意图；
图9是本发明压力传感器中应变计组件的示意图；
图10是本发明压力传感器的电路图；
其中相应的附图标记为：
1-屏蔽电缆线，101-导线,2-电连接器，3-弹性体，301-金属圆膜片，302-螺纹安装孔，303-第一台阶，304-安装台阶，4-接嘴基座，5-沉头螺钉，6-应变计组件，7-硅凝胶，8-电桥转接板，9-密封垫，10-上盖，11-被测产品，12-前置放大器，1201-第一连接接口，1202-第二连接接口，1203-采编器接口，13-金属安装壳。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，压力测量单元，包括压力传感器、前置放大电器12和多个接口滤波电路模块，前置放大器12的每个输入端和输出端均与接口滤波电路模块连接，压力传感器的电源入口与前置放大器12的电源出口连接，压力传感器的信号输出端与前置放大器12的信号输入端连接；在前置放大器12的每个信号输入和输出(I/O)端口均接入接口滤波电路模块，滤除每组信号的高频干扰，信号通过接口滤波电路模块再进入前置放大电器12和前置放大电器12通过接口滤波电路模块再输出信号的方式，抑制了空间电磁场的干扰。
如图4所示，接口滤波电路模块均包括铁氧体磁珠、电感器件和非线性器件，传输信号依次通过铁氧体磁珠、电感器件和非线性器件，铁氧体磁珠选用片式铁氧体磁珠吸收信号线上的电磁辐射干扰；电感器件选用片式共模电感器可隔离信号线上传导的共模电流干扰；非线性器件选用瞬态抑制二极管，可吸收信号线引入的浪涌电流干扰，同时也可对主要集成电路起到保护的作用，铁氧体磁珠型号MLCB2B2012-00B、共模电感器件型号CMT0707-101/101D和瞬态电压抑制二极管型号SMAJ5.0A～SMAJ36A，接口滤波电路模块达到了只滤除干扰，不会对正常信号衰减的目的。
如图1所示，前置放大器12还包括降压稳压电路、二次稳压电路和放大电路，降压稳压电路的输入端为前置放大器12的电源入口，二次稳压电路的输出端为前置放大器12的电源出口，降压稳压电路的输出端分别与二次稳压电路的工作电源输入端和放大电路的工作电源输入端接通，二次稳压电路的输出端与压力传感器的电源入口连接，压力传感器的输出端与放大电路的输入端接通，放大电路的信号输出端与用于采集信号的采编器的信号输入端连接，工作电源依次经过铁氧体磁珠、电感器件和非线性器件传输至降压稳压电路，二次稳压电路输出的电源依次经过铁氧体磁珠、电感器件和非线性器件传输至压力传感器，压力传感器输出的信号依次经过铁氧体磁珠、电感器件和非线性器件到达放大电路，放大电路输出的信号依次经过铁氧体磁珠、电感器件和非线性器件传输至采编器。
前置放大器12的PCB板包括电源层、地层、2层信号线，总共是四层，放大电路布局在PCB板上表面，接口滤波电路模块器件布局在PCB板下表面并安装在距电连接器最近处，PCB板采用四层设计，做到了电源层独立、地层独立，使用表贴元器件，信号线布局在元器件表面并少用过孔的方式，有效的提高了PCB板的抗干扰能力。
压力传感器的信号输出端依次通过接口滤波电路模块和三端电容与放大电路的输入端连接，在放大电路的输入端直接接入三端电容并选择合适的电容值，以此对高频共模干扰滤波。
如图2、图3所示，压力测量单元还包括金属安装壳13，前置放大器12安装在金属安装壳13内，与前置放大器12电路连通的电气接口均安装在金属安装壳13的外侧面，前置放大器12的采编器接口1203与采编器通过连接电缆线接通，前置放大器12的第一连接接口1201和第二连接接口1202通过屏蔽电缆线1与压力传感器的输入接口和输出接口连通，屏蔽电缆线1的两端分别与压力传感器和金属壳体360°短接导通，屏蔽电缆线1与金属安装壳13短接并导通的方式实现电路的全屏蔽，以此切断电磁场磁路；将前置放大器12的电气接口全部设计在金属安装壳13侧面，抑制来自电缆屏蔽层、金属安装壳13上的共模电流流经PCB板，保证正常信号进入PCB板。
压力传感器包括接嘴基座4、弹性体3、应变计组件6、电桥转接板8、密封垫9和上盖10，弹性体3固定安装在接嘴基座4的上端，应变计组件6安装在弹性体3内，上盖10与弹性体3的上端固定连接，密封垫9位于上盖10与弹性体3的上端之间，弹性体3的侧壁上端设置有螺纹安装孔302，屏蔽电缆线1的第一端过盈配合安装在螺纹安装孔302内，屏蔽电缆线的屏蔽层和屏蔽电缆线1内的四根导线分别焊接在电桥转接板8的不同位置。
安装压力传感器时，将接嘴基座4直接焊接在被测产品11的容器上，取消了传统结构中的螺套和接嘴，减小了压力传感器的径向尺寸，降低了压力传感器对使用空间的限制，保证了传感器在使用空间有限的情况下照样可以正常使用；
弹性体3的侧壁上端设计了M3.5的螺纹安装孔302，螺纹安装孔302有效深度约为0.19mm，可与外径φ3.8mm的屏蔽电缆线1过盈配合，装配中屏蔽电缆线1慢慢旋入弹性体3的螺纹安装孔302内，屏蔽电缆线1的屏蔽层焊接在电桥转接板8上，屏蔽电缆线1的内部四根导线101与应变计组件6的银丝线均焊接在电桥转接板8上，传感器工作电源、输出信号均通过该屏蔽电缆线1引出，通过将压力传感器电路信号由屏蔽电缆线1从弹性体3侧壁引出的方式，进一步减小了压力传感器轴向尺寸，同时也减轻了压力传感器的总体质量，提高了压力传感器在振动、冲击工作环境下的可靠性；
屏蔽电缆线1为四芯屏蔽电缆线，压力传感器通过屏蔽电缆线1传输电路信号，屏蔽电缆线1的屏蔽层与弹性体3连接，实现压力传感器电路的全屏蔽，达到屏蔽瞬间高压、大电流形成的空间电磁场干扰的目的；
如图8所示，弹性体3中金属圆膜片的第一侧面与被测产品连通，应变计组件粘接在金属圆膜片的第二侧面，金属圆膜片与弹性体3的中心轴线垂直，周边固支成圆筒的结构，如图9、图10所示，应变计组件6为四个应变电阻片集成，四个应变电阻片构成惠斯登电桥，惠斯登电桥的信号通过屏蔽电缆线1和电连接器2传输至前置放大器12。
弹性体3上设置有安装台阶304，电桥转接板8安装在安装台阶304内，应变计组件6引出的银丝线和导线101均焊接在电桥转接板上，屏蔽电缆线1第一端的导线101通过硅凝胶7与弹性体3固定连接，电桥转接板8安装在安装台阶304内。
弹性体3上设计了用于安装电桥转接板8的安装台阶304，采用银丝线与导线101均焊接在电桥转接板8上，应变计组件6引出的银丝线通过电桥转接板8与屏蔽电缆线1输入端的导线转接焊接，避开了导线101粗细不均直接焊接易折断的问题，对应变计组件6的银丝线和导线101部分存在悬空的问题，采用硅凝胶7灌封固定悬空导线101，从制作工艺上保证了压力传感器在振动、冲击的动态环境下工作的可靠性，将屏蔽电缆线1的屏蔽层直接焊接在电桥转接板上的方式，加固了屏蔽电缆线1安装的可靠性。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.压力测量单元，其特征在于：包括压力传感器、前置放大电器和多个接口滤波电路模块，前置放大器的每个输入端和输出端均与接口滤波电路模块连接，压力传感器的电源入口与前置放大器的电源出口连接，压力传感器的信号输出端与前置放大器的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的压力测量单元，其特征在于：接口滤波电路模块均包括铁氧体磁珠、电感器件和非线性器件，传输信号依次通过铁氧体磁珠、电感器件和非线性器件。
3.根据权利要求1所述的压力测量单元，其特征在于：前置放大器包括降压稳压电路、二次稳压电路和放大电路，降压稳压电路的输入端为前置放大器的电源入口，二次稳压电路的输出端为前置放大器的电源出口，降压稳压电路的输出端分别与二次稳压电路的工作电源输入端和放大电路的工作电源输入端接通，二次稳压电路的输出端与压力传感器的电源入口连接，压力传感器的输出端与放大电路的输入端接通，放大电路的信号输出端与用于采集信号的采编器的信号输入端连接。
4.根据权利要求3所述的压力测量单元，其特征在于：前置放大器的PCB板包括电源层、地层和两层信号线，前置放大器的放大电路布局在PCB板的上表面，接口滤波电路模块布局在PCB板的下表面。
5.根据权利要求4所述的压力测量单元，其特征在于：压力传感器的信号输出端依次通过接口滤波电路模块和三端电容与放大电路的输入端连接。
6.根据权利要求1所述的压力测量单元，其特征在于：压力测量单元还包括金属安装壳，前置放大器安装在金属安装壳内，与前置放大器电路连通的电气接口均安装在金属安装壳的外侧面，屏蔽电缆线的两端分别与压力传感器和金属壳体360°短接导通。
7.根据权利要求6所述的压力测量单元，其特征在于：压力传感器包括接嘴基座、弹性体、应变计组件和电桥转接板，弹性体固定安装在接嘴基座的上端，应变计组件安装在弹性体内，弹性体的侧壁上端设置有螺纹安装孔，屏蔽电缆线的第一端过盈配合安装在螺纹安装孔内，屏蔽电缆线的屏蔽层和屏蔽电缆线内的四根导线分别焊接在电桥转接板的不同位置，屏蔽电缆线的第二端安装在电连接器内，安装压力传感器时，接嘴基座焊接在被测产品的容器上。
8.根据权利要求7所述的压力测量单元，其特征在于：弹性体上设置有安装台阶，电桥转接板安装在安装台阶内，应变计组件引出的银丝线焊接在电桥转接板上，屏蔽电缆线第一端的导线通过硅凝胶与弹性体固定连接。
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