[發(fā)明專利]一種碳阻式高壓力傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210421830.2
• 申請日: 2012-10-30
• 公開（公告）號: CN102928134A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余尚江;陳晉央;楊吉祥;賈超;黃劉宏;張玉生;郭士旭
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍總參謀部工程兵科研三所
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18;G01L19/06
• 代理公司: 鄭州中民專利代理有限公司 41110
• 代理人: 郭中民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大量程的碳阻式高壓力傳感器。?

背景技術(shù)

在國民經(jīng)濟和國防建設(shè)領(lǐng)域，特別是軍工生產(chǎn)和戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器研制試驗方面，經(jīng)常需要對高壓力進行測量，高壓力尤其是動態(tài)高壓的測試關(guān)系到武器彈藥研制、航空航天器發(fā)射、材料抗爆及工程防護試驗、爆破施工、新型材料的高壓合成、材料本構(gòu)關(guān)系等相關(guān)領(lǐng)域的研究，因此倍受世界各國科研工作者的關(guān)注且成為長期以來的科研熱點，并且發(fā)展了相關(guān)的多種測量技術(shù)，如電測(如最廣泛的動態(tài)應(yīng)變測試)、光測(如高速攝影、動態(tài)云紋、光彈等)、光電綜合(如激光測速VISAR技術(shù)、光電引伸儀、X射線閃光攝影等)、電磁綜合(電磁環(huán)測速、探針)等。?

高壓力測量常用的方法有銅柱測壓法、壓電式傳感器測壓法、壓阻式傳感器測壓法，其中壓阻式傳感器是利用壓阻敏感元件在壓應(yīng)力的作用下電阻值的變化來確定被測壓力。許多金屬、合金以及半導(dǎo)體材料都具有壓阻性，即材料受到壓力作用后會產(chǎn)生電阻值的變化，其中電阻值的變化主要是由材料的電阻率變化引起的。硅是最常用的壓阻材料，由其制造的壓力傳感器得到廣泛應(yīng)用，但限于硅材料的特性，其不能用于高壓力的測量。可用作壓阻元件的材料有錳銅、鈣、鋰、鉍、碳、鐿等。錳銅是最早被用來測量靜態(tài)高壓力以及爆轟波壓力和材料內(nèi)應(yīng)力的壓阻材料，但錳銅的壓阻系數(shù)很低，在低壓力下（幾百兆帕以內(nèi)）電阻變化不靈敏。科研工作者對金屬鐿(Yb)的壓阻效應(yīng)進行了大量的研究，利用鐿制成壓阻式傳感器的優(yōu)點是靈敏系數(shù)高，鐿的壓阻系數(shù)約為錳銅的30倍，但鐿材料的純度是影響其壓阻系數(shù)重復(fù)性的重要因素，且鐿是一種稀土元素，化學(xué)性質(zhì)較活潑，易氧化，氧化后影響鐿的純度，因此鐿壓阻式傳感器的加工及重復(fù)性等性能指標(biāo)難以得到保證，這大大影響了鐿壓阻式傳感器的推廣應(yīng)用。碳壓阻式傳感器的敏感材料是石墨、碳黑、松油醇、酚醛樹脂、縮丁醇等的混合物，自從Watson首次證明碳電阻具有壓阻效應(yīng)并進行高壓校準(zhǔn)以來，很多研究者對這種碳電阻式壓力傳感器的性能進行了試驗研究，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同碳電阻式壓力傳感器有膜式和碳阻式兩種，其中膜式碳壓阻傳感器采用薄膜工藝制備成柵條式結(jié)構(gòu)，尺寸小、響應(yīng)快，但其加工工藝較復(fù)雜，限制了其大量應(yīng)用。碳阻式傳感器為圓柱形普通電阻式結(jié)構(gòu)，加工制作方便，成本低。碳阻式傳感器的特點是抗干擾能力強，熱特性好，靈敏度高（比錳銅的大一個數(shù)量級），是較理想的高壓測量傳感器。?

在爆炸力學(xué)、武器效應(yīng)試驗研究等領(lǐng)域，大量程壓力傳感器的使用需求較多，且在這些領(lǐng)域，試驗通常是破壞性的，傳感器通常是一次性使用，因此要求傳感器的成本低，但大量程壓力傳感器一般價格較高，因此開發(fā)低成本的大壓力傳感器十分必要。碳壓力傳感器具有降低高壓力傳感器成本的潛力，但目前，碳壓力傳感器在國內(nèi)的研究和應(yīng)用較少。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種碳阻式高壓力傳感器，使其具有結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，成本低等特點，適合于大量程、低成本的壓力測量。?

本發(fā)明的目的可采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：?

本發(fā)明的碳阻式高壓力傳感器是由殼體、膜片、碳阻式敏感元件、填料、引線管和引線構(gòu)成，碳阻式敏感元件通過填料和膜片密封埋置于殼體的腔體中，引線管設(shè)置在殼體內(nèi)，引線一端和碳阻式敏感元件連接，另一端從引線管引出，膜片密封在碳阻式敏感元件外部的殼體上。

????本發(fā)明所述殼體整體形狀為圓柱形，碳阻式敏感元件設(shè)置在殼體的前端，殼體前端外部設(shè)置有連接螺紋，中部突出部位設(shè)置有一環(huán)形溝槽，引線管設(shè)置在殼體的后部，引線從殼體的后部引出。?

本發(fā)明所述的殼體為扁平結(jié)構(gòu)，碳阻式敏感元件通過填料埋置于殼體中部的腔體內(nèi)，引線管設(shè)置在殼體的一側(cè)，引線從殼體側(cè)部引出。?

本發(fā)明所述的膜片與殼體之間由激光焊接。?

本發(fā)明所述的填料為棕剛玉微粉與膠形成的高強度混合體。?

本發(fā)明的有益效果如下：?

本發(fā)明所述的高壓傳感器主要由殼體、膜片和填料等組成，結(jié)構(gòu)簡單可靠，填料的主要成分為棕剛玉，強度高，對壓力的傳遞損失小，適合于高動態(tài)壓力的測量。采用此種封裝結(jié)構(gòu)，有利于傳感器的校準(zhǔn)和安裝使用。傳感器敏感元件采用低成本的碳阻元件，測量原理簡單，配套測量系統(tǒng)容易。本發(fā)明的高壓傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，成本低廉等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖2為實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖中：1、殼體，2、膜片，3、碳阻式敏感元件，4、填料，5、引線管，6、引線。?