[實用新型]非水冷超高溫壓電式壓力傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820192140.3
• 申請日: 2008-11-05
• 公開（公告）號: CN201289420Y
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發(fā)明（設計）人: 夏志瀾
• 申請（專利權）人: 夏志瀾
• 主分類號: G01L23/10
• 分類號: G01L23/10
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所
• 代理人: 雷 速

技術領域

本實用新型涉及傳感器，具體說是一種非水冷超高溫壓電式壓力傳感器。

背景技術

大型內燃機的研究、設計、開發(fā)、管理、維修需要測量內燃機燃燒室內的氣體壓力變化過程，以判斷內燃機工作是否正常，防止不正常的工作過程導致的能耗和污染的增加。

內燃機燃燒室內的氣體壓力測量對壓力傳感器的要求主要集中在以下三個方面：

首先是傳感器的工作溫度。內燃機燃燒室內燃氣的最高燃燒溫度可高達1800℃，在壓力傳感器膜片處的氣體最高溫度也可達到1000℃(爆壓15Mpa時)，在非水冷條件下，待壓力傳感器工作溫度穩(wěn)定后，敏感元件的工作溫度一般在250℃到350℃之間，所以，用于測量內燃機燃燒室壓力的傳感器的額定工作溫度必須高于350℃。

其次是壓力傳感器頻率響應范圍。內燃機燃燒室壓力的變化的基頻最低為1Hz，燃燒過程中得高頻分量(如：爆震)可以達到30kHz以上，所以，用于測量柴油機示功圖的壓力傳感器的頻響范圍必需大于30kHz。

最后是壓力傳感器必須要有足夠長的壽命。按照普通壓力傳感器1×10⁶次循環(huán)的設計壽命，在轉速為500轉/分的四沖程中速船用柴油機上，只能連續(xù)工作不到三天；所以，用于內燃機燃燒室壓力測量的壓力傳感器(特別是用于在線式內燃機示功圖監(jiān)測系統(tǒng)的壓力傳感器)必須有足夠長的壽命。

目前壓力傳感器的主流產(chǎn)品是擴散硅(或濺射硅)壓阻式壓力傳感器，該類壓力傳感器敏感元件最高工作溫度不高于125℃，最高頻率響應一般不高于3kHz，完全不能滿足內燃機燃燒壓力的測試要求。

另一類壓力傳感為壓電式壓力傳感器。該類壓力傳感器頻率響應可高達幾百kHz，且根據(jù)不同的材料，最高工作溫度不同，最高的可以在高達600℃的環(huán)境中連續(xù)工作。

國內的壓電式壓力傳感器起步于上世紀七十年代，采用石英作敏感元件、聚四氟乙烯做絕緣材料、普通彈性材料作傳感器外殼制成的壓力傳感器最高工作溫度不高于200℃，為了滿足內燃機的測試要求，在傳感器內設冷卻水腔，用循環(huán)水對敏感元件進行冷卻，使敏感元件的溫度維持在200℃以下。該類技術和產(chǎn)品一直延續(xù)至今，沒有突破。

歐洲在上世紀末研制成功了GaPO₄單晶，以GaPO₄單晶為核心，通過一系列的技術進步，目前壓電式壓力傳感器的最高工溫度可以達到600℃，在-50℃到550℃范圍內靈敏度系數(shù)變化小于±2％，頻率響應高達130kHz，可靠性可以滿足大型船舶內燃機示功圖在線連續(xù)監(jiān)測的要求。

發(fā)明內容

本實用新型的目的是提供一種能夠滿足內燃機工作環(huán)境的非水冷超高溫壓電式壓力傳感器。

所述非水冷超高溫壓電式壓力傳感器，包括前端的本體、中部的連接套和尾端的TNC接頭，本體的前端有膜片將敏感元件封裝在本體內，敏感元件通過與之貼合的芯電極及焊接在芯電極上的芯電極線穿過連接套連接TNC接頭將信號線引出，其特征是：采用磷酸鎵單晶作為其敏感元件。

所述芯電極中心有孔，芯電極線穿過小孔并和芯電極焊接。

所述敏感元件四周用陶瓷或云母絕緣。

所述膜片、本體和芯電極制作材料采用耐熱鋼。

所述耐熱鋼為NI-PH1801、或NI-P96HT、或Nimonic90。

所述膜片的最小厚度大于0.5mm。

所述敏感元件為一片敏感元件時，芯電極采用陶瓷片，在該陶瓷芯電極的一面有鍍金，其中心有一個小孔，芯電極線穿過小孔并有金漿與之燒結為一體。

本實用新型壓力傳感器頻率響應范圍寬。且能夠耐高溫，在600℃以下保證傳感器的非線性度小于1％、靈敏度變化小于±3％。滿足大型內燃機在線式缸內示功圖測量的要求，提高大型內燃機的管理水平，降低能耗和排放，保護了環(huán)境。

附圖說明

圖1是本實用新型采用雙敏感元件實施例的結構示意圖，

圖2是芯線的結構示意圖，

圖3是本實用新型采用單敏感元件實施例的結構示意圖。

圖中：1—插針，2—連接套，3—接頭絕緣體，4—連接套瓷管，5—本體，6—敏感元件，7—膜片，8—陶瓷絕緣，9—芯電極，10—晶體墊片，11—前端瓷管，12—本體瓷管，13—芯電極線，14—TNC接頭。

具體實施方式