CN1546968A - 磁激励振动筒压力传感器 - Google Patents

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Abstract

一种磁激励振动筒压力传感器，属于谐振式压力传感器；其目的是测量精度高、且结构简单、尺寸和重量小、易于批量生产；本发明包括有敏感元件和激励电路；敏感元件包括有绝缘子、绝缘子座、薄壁圆筒、真空腔保护筒、导电芯体、弹簧压片、陶瓷电容、稀土永磁体、软磁体、底座、压力接引嘴、定位销及导线；真空腔保护筒两端分别与安装绝缘子的座和与薄壁圆筒连接的座焊接而形成真空腔；导电芯体置于薄壁圆筒内部，上部与压力接引嘴紧配在一起，稀土永磁体通过弹簧压片安装在软磁体两侧或四周；在薄壁圆筒的四周分布着对称的四个与薄壁圆筒有固定间隙的圆弧形陶瓷电容极板，陶瓷电容极板通过定位销、软磁体来固定。

Description

磁激励振动筒压力传感器
技术领域
本发明涉及一种振动筒压力传感器，属于谐振式压力传感器。
技术背景
振动筒压力传感器最早发明在英国，其工作原理是利用筒体谐振时磁间隙的微弱变换，改变了激、拾线圈的电流，经放大、闭环激励、输出，达到测量压力—频率的对应关系。这种传感器测量精度较高，但结构复杂，闭环调试困难，能耗大，不易于批量生产。
发明内容
本发明的目的就是克服上述已有技术的不足，提供一种测量精度高、且结构简单、尺寸和重量小、易于批量生产的磁激励振动筒压力传感器。
本发明对传统振动筒压力传感器的激励和拾取方式进行了改进，即采用一对或者两对稀土永磁体，分别放置在敏感元件薄壁圆筒的两侧或者四周，形成强恒定磁场，当薄壁圆筒本身通过交变的电流时，本身便产生交变的力，驱动薄壁圆筒发生形变；在薄壁圆筒的四周分布着对称的四个与薄壁圆筒有固定间隙的圆弧极板，薄壁圆筒发生形变而产生的位移，使极板上的电荷量发生变化，经电信号变换、放大等信号处理，输出信号的频率就是薄壁圆筒谐振的频率。另一部分信号被引入激励端，当反馈信号的频率与薄壁圆筒谐振的固有频率相同时，形成闭环正反馈，传感器闭环***便成为一个稳定的谐振***。
本发明磁激励振动筒压力传感器包括有敏感元件和激励电路；敏感元件包括有绝缘子、绝缘子座、薄壁圆筒、真空腔保护筒、导电芯体、弹簧压片、陶瓷电容、稀土永磁体、软磁体、底座、压力接引嘴、定位销及导线；绝缘子座上安装绝缘子，薄闭圆筒焊接在底座上，真空腔保护筒两端分别与绝缘子座和底座焊接而形成真空腔；导电芯体置于薄壁圆筒内部，上部与压力接引嘴紧配在一起，起导电作用；软磁体起导磁作用，稀土永磁体通过弹簧压片安装在软磁体两侧或四周；在薄壁圆筒的四周分布着对称的四个与薄壁圆筒有固定间隙的圆弧形陶瓷电容极板，陶瓷电容极板通过定位销、软磁体来固定。
激励电路包括有变换电路、一级放大、二级放大、电压—电流转化器和整形输出。
敏感元件薄壁圆筒电磁激励实现的谐振模态为(2，1)模式，即横向全波数为2，纵向半波数为1。且敏感薄壁筒对压力变化能产生敏感的谐振频率变换。陶瓷电容极板与薄壁圆筒之间的间隙为25μm～10μm。
本发明振动筒压力传感器主要用于测量动态或者静态的气体压力。该传感器解决了传统电磁线圈激励—拾取方式结构复杂、能耗大的问题，结构简单，易于批量生产。可制成直径为φ4mm电磁激励的振动筒压力传感器，比传统的直径为φ18mm的敏感元件薄壁圆筒的传感器的整体重量和体积均小很多，而且精度更高。
附图说明
图1为本发明敏感元件结构示意图。
图2为沿图1中A-A线的剖面图。
图3为本发明激励电路原理框图。
图中：1、绝缘子，2、绝缘子座，3、薄壁圆筒，4、真空腔保护筒，5、导电芯体，6、弹簧压片，7、陶瓷电容极板，8、稀土永磁体，9、软磁体，10、底座，11、压力接引嘴，12、定位销。
具体实施方式
激励电路是传感器的激励源。变换电路、一级放大、二级放大均采用高阻抗TL084运算放大器，电压—电流转化器采用转换变压器，整形输出是由微型三极管BC187-16和MC78L05三端稳压器及稳压管ZMM4V7构成。
变换电路是把陶瓷电容上的电荷量转化为电压量，通过一级、二级放大将此微弱电压量放大，一部分信号经整形电路后输出频率信号，此信号的频率就是薄壁圆筒谐振的频率，另一部分经过电压—电流转换器被引入激励端，当反馈信号的频率与薄壁圆筒谐振的固有频率相同时，形成闭环正反馈，传感器闭环***便成为一个稳定的谐振***。
本发明敏感元件的结构以真空电子束焊接形式固接。陶瓷电容极板7作为激励—拾取信号的器件；软磁体9起导磁作用和安装稀土永磁体8，绝缘子座2用于安装绝缘子1，底座10与薄壁圆筒3焊接在一起。
稀土永磁体8采用一对或者两对的对称磁路设计形式，均可以满足传感器工作要求。
本发明一个具体应用实例是已制成φ4mm磁激励振动筒压力传感器，用于测量大气压力；是国内目前尺寸最小的谐振筒压力传感器，其敏感元件——薄壁圆筒的典型尺寸为直径4mm、长度28～30mm、厚度0.03～0.05mm，传感器整体尺寸为60×30×17mm3。其测量范围为2kPa～600kPa，综合测量精度为0.01％～0.05％FSP，使用环境温度范围在-55℃～100℃。

Claims (6)

1、一种磁激励振动筒压力传感器，包括有敏感元件和激励电路，其特征是敏感元件包括有绝缘子、绝缘子座、薄壁圆筒、真空腔保护筒、导电芯体、弹簧压片、陶瓷电容、稀土永磁体、软磁体、底座、压力接引嘴、定位销及导线；真空腔保护筒两端分别与安装绝缘子的座和与薄壁圆筒连接的座焊接而形成真空腔；导电芯体置于薄壁圆筒内部，上部与压力接引嘴紧配在一起，稀土永磁体通过弹簧压片安装在软磁体两侧或四周；在薄壁圆筒的四周分布着对称的四个与薄壁圆筒有固定间隙的圆弧形陶瓷电容极板，陶瓷电容极板通过定位销、软磁体来固定。
2、如权利要求1所述的磁激励振动筒压力传感器，其特征是薄壁圆筒电磁激励实现的谐振模态为(2，1)模式，即横向全波数为2，纵向半波数为1。
3、如权利要求1所述的，其特征是陶瓷电容极板与薄壁圆筒之间的间隙为25μm～10μm。
4、如权利要求1所述的，其特征是激励电路包括有变换电路、一级放大、二级放大、电压—电流转化器和整形输出；变换电路、一级放大、二级放大均采用高阻抗TL084运算放大器，电压—电流转化器采用转换变压器，整形输出是由微型三极管BC187-16和MC78L05三端稳压器及稳压管ZMM4V7构成。
5、如权利要求1所述的磁激励振动筒压力传感器，其特征是敏感薄壁圆筒的典型尺寸为直径4mm、长度在28～30mm、厚度在0.03～0.05mm。
6、如权利要求1所述的磁激励振动筒压力传感器，其特征是敏感元件的结构以真空电子束焊接形式固接。
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