[發明專利]一種管式壓力傳感器彈性體優化方法

在審

• 申請號: 201911230135.6
• 申請日: 2019-12-04
• 公開（公告）號: CN111177955A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 李君;曾婷;胡紫陽;譚旭;魏興亞;殷參;王曉陽
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

本發明一種管式壓力傳感器彈性體優化方法，通過有限元分析方法計算具有不同結構參數的彈性體的應變，得到應變與結構參數間的變化關系，通過變量代換，將關系變換為線性關系，通過最小二乘法擬合得到線性關系的方程，進而通過得到的方程構建一個平面，不同結構參數對應的應變都位于此平面上，在平面上找到滿足要求的結構參數作為彈性體的設計參數。

技術領域

本發明涉及一種管式壓力傳感器彈性體優化方法，屬于壓力傳感器設計領域。

背景技術

高精度超高壓液相泵(以下簡稱“液相泵”)是超高效液相色譜分析(UHPLC)儀器的關鍵部件，是UHPLC分析中的動力源，具有超高壓、高精度、低脈動、小死體積等特點。

在串聯式液力端的液相泵中，主缸與副缸內分別設計由缸內壓力檢測元件，其檢測壓力的準確性和一致性決定了液相泵輸出壓力、流量的準確性和穩定性，所以壓力傳感器是液相泵的核心元器件之一。

在UHPLC分析中，超高壓下的精度要求高，死體積的要求極為嚴格，脈動率要求很高，對管路的光滑度要求高，且要求壓力的動態響應足夠高，在市場上現有的壓力傳感器不能滿足液相泵的技術要求。為此，須特別研制一種具有小口徑、高精度、快速響應、高穩定性等技術特點的超高壓管式壓力傳感器(以下簡稱“管式壓力傳感器”)，以滿足液相泵的超高壓、高精度、低脈動、小死體積的技術要求。

管式壓力傳感器的研制是一種全新的設計，其內徑d須同時滿足流通量的前提下做到最小，厚度h滿足承壓能力足夠的前提下，微應變ε又能滿足應變片的響應，在超高壓(120～150MPa)工作壓力下滿足超高精度(±0.2％FS)。因此，需要對管式壓力傳感器彈性體的結構參數進行優化設計。

彈性體的一組結構參數(d，h)對應一個應變片測得的應變ε，彈性體的優化就是要找到最優的(d，h)組合，為此，需要對不同的d與h進行交叉計算，從中找到所需應變ε對應的(d，h)值。如果有m個d和n個h，那么總共需要進行m×n次計算，這一過程計算工作量很大。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種管式壓力傳感器彈性體優化方法，采用平面應變方法對彈性體進行有限元分析，通過傳感器表面貼應變片處各節點的位移，計算得到應變片的應變ε。

本發明的技術方案是：一種管式壓力傳感器彈性體優化方法，步驟如下：

(1)設管式壓力傳感器彈性體的軸向為Z向，寬度方向為X向，厚度方向為Y向；取管式壓力傳感器彈性體的1/4橫截面進行有限元分析，在管式壓力傳感器彈性體對稱面上施加對稱邊界條件，在管式壓力傳感器彈性體內孔壁上施加均布壓強，大小為實際液體壓強；

(2)彈性體表面粘貼應變片，粘貼應變片的區域對應有限元模型中的一組節點，通過有限元分析得到這些節點的位移，根據每個節點i在X和Y方向的位移UX_i和UY_i，以及相鄰節點間的距離d_i，計算得到應變片的應變．：

其中，n為區域內節點的個數；

(3)根據步驟(2)計算得到的應變片的應變．，使彈性體的厚度h和內徑d的比h/d保持不變，計算不同內徑d對應的應變.，得到應變.相對于內徑d的變化曲線A；取變量ξ＝d^-2/3，得到應變.相對于變量.的線性曲線B，通過最小二乘法擬合得到曲線B的方程I；

(4)采用步驟(2)的方法，使彈性體的內徑d保持不變，計算不同厚度內徑比h/d對應的應變ε，得到應變.相對于厚度內徑比h/d的變化曲線C；取變量得到應變.相對于變量.的線性曲線D，通過最小二乘法擬合得到曲線D的方程II；