[發明專利]用于測量物理量的測量裝置

在審

• 申請號: 201310757336.8
• 申請日: 2013-11-21
• 公開（公告）號: CN103837271A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: R·茲維澤;S·伯韋爾林;S·格倫胡伊岑;W·克萊森
• 申請（專利權）人: 森薩塔科技公司
• 主分類號: G01L1/18
• 分類號: G01L1/18
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 曹珂瓊

技術領域

本發明涉及一種用于測量諸如壓力和/或作用力這類物理量的測量裝置。更具體地，本發明涉及壓阻式測量裝置。

背景技術

上述類型的測量裝置可以從EP1790964A1中獲知。該壓力測量裝置包括圓形感測結構和附接至該檢測結構的應變計。該圓形感測結構包括膜片區段，該膜片區段由于作用到圓形感測結構上的流體壓力變化而變形。應變計測量膜片區段表面中的依賴于壓力的應變。第一應變計構造用于測量膜片區段的第一表面區域中的徑向應變。第二應變計構造用于測量膜片區段的第二表面區域中的徑向應變。隨著作用到檢測結構上的壓力增大，由第一應變計測量的第一表面區域縮(＝負應變)而由第二應變計測量的第二表面區域攔伸(＝正應變)。第一和第二應變計整合在感測電元件中。兩個這種感測電元件附接至圓形感測結構。一個感測元件可在半惠斯通電橋中。各包括一對應變計的兩個感測電元件可用在全惠斯通電橋中。

應變計由硅制成，并且其電阻與在表面中測得的應變相關。通過減小感測電元件的尺寸可減少感測電元件的成本。減小尺寸意味著減小兩個應變計之間的徑向距離，并且兩個應變計下方表面區域中的徑向應變差將減小。這樣降低了感測電元件的靈敏度。

此外，壓阻應變計的電阻值非常依賴于溫度。感測元件的兩個電阻器之間的0.2℃的溫差已經導致了1％的全量程誤差。在目前的設計中，溫差可以達到2℃，這樣會導致非常大的誤差。通過減小兩個應變計之間的徑向距離可以減小溫差，并且因此可以減小誤差。但這以減小靈敏度為代價，因為兩個電阻器之間在壓力作用下的徑向應變會減小。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種改進的用于測量物理量的測量裝置，其克服了至少一個上述缺點。物理量可以是壓力、作用力或壓力和作用力的組合。本發明的另一個目的在于，提供一種測量裝置，其具有至少一個以下優點：可靠、制造較便宜、對苛刻的壓力介質具有耐久性和堅固性、耐受內燃機中典型的高溫和振動。

根據本發明的第一方面，該目的通過具有權利要求1特征的測量裝置來達到。實施本發明的有利實施例和進一步方式可通過附屬權利要求中提及的措施得到。

根據本發明的測量裝置其特征在于，第一應變計測量膜片區段中的徑向應變，而第二應變計測量膜片區段的切向應變。

本發明基于這種見解，即當作用到圓形感測結構上的作用力增大時，圓形感測結構上存在拉伸的區域(＝正應變)并且圓形感測結構上還存在收縮的區域(＝負應變)。這種作用力可以具有作用到圓形感測結構上的壓力的形式。已發現徑向方向上的應變可能會不同于切向方向上的應變。這種見解增加了設計圓形感測結構的自由度和在圓形感測結構上定位應變計的自由度，從而當作用力增加時，一個應變計測量正應變(即拉伸)，而另一個應變計測量負應變(即收縮)。

在一個實施例中，第一應變計中由作用力的預定增加所導致的電阻變化通過以下方程式限定：

ΔR₁＝GF₁×ε^一×R₀

其中，GF₁是應變計靈敏系數，ε-是第一表面中的負應變，并且R₀是應變計的無應變電阻。第二應變計中由作用力的預定增加所導致的電阻變化通過以下方程式限定：

ΔR₂＝GF₂×ε⁺×R₀

其中，GF₂是應變計靈敏系數，ε⁺是第二表面的負應變，并且R₀是應變計的無應變電阻。第一應變計和第二應變計具有以下相互關系：

GF₁×ε^一＝GF₂×ε⁺。

這些特征使得能夠提供一對應變計，盡管在表面中的應變可能不同，但卻具有可比較的電阻變化。這樣可以提高從這對應變計的電阻值中得到的電信號的準確度。

在實施例中，第一應變計以及第二應變計與圓形感測結構的柱軸線具有相等距離。這可以在膜片區段上的表面區域上實現，使得徑向方向上的應變與切向方向上的應變相反。圓形結構使得能夠從圓形結構的中心軸線以相同的距離附接兩個應變計，其中一個應變計在徑向方向上測量，而另一個應變計在切向方向上測量。這樣還進一步使得兩個應變計之間的距離能夠最小化，從而在不降低應變計靈敏度的情形下減小兩個應變計之間的可能溫差。