[發明專利]應變計型壓力感測

在審

• 申請號: 202080048324.6
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN114521233A
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 霍世宏;馬克·麥克布林;埃里克·A·沃爾夫;帕桑特·安巴迪;王玉
• 申請（專利權）人: 森薩塔電子技術有限公司
• 主分類號: G01L15/00
• 分類號: G01L15/00;G01L17/00;G01L9/00;G01L9/06
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 朱亦林

在特定實施例中，公開了一種用于應變計型壓力感測的壓力傳感器裝置，包括多個應變計，該多個應變計包括第一應變計和第二應變計。壓力傳感器裝置還包括隔膜，該隔膜耦合在多個應變計和物體之間，該物體被配置為向隔膜施加壓力。隔膜具有第一部分和第二部分。第一部分在物體和第一應變計之間具有第一厚度。第二部分在物體和第二應變計之間具有第二厚度。在未壓縮狀態下，第二厚度大于第一厚度。

技術領域

本公開涉及壓力傳感器，更具體地，涉及應變計型壓力感測。

背景技術

壓力傳感器在數千種應用中用于控制和監測，并且在技術、配置和成本方面可能有很大差異。在典型的應變計壓力傳感器中，具有箔圖案的應變計被施加到隔膜，隔膜在應變計和施加待測力(壓力)的物體之間具有均勻厚度。當從物體施加到隔膜的力導致隔膜變形時，應變計的箔圖案也會變形，從而導致箔圖案的電阻發生變化。應變計的這個新電阻可以被測量并且與特定壓力值相關聯。

在該配置中，隔膜的厚度越大，壓縮隔膜所需的壓力越大，并且壓力傳感器能夠測量的壓力越大。然而，隔膜厚度越大且壓力傳感器能夠測量的壓力范圍越大，與隔膜的每個增量壓縮量相關聯的壓力量就越大。即，對于通常固定分辨率的傳感器，隔膜厚度越大，壓力傳感器對物體施加的壓力的每個增量變化的靈敏度或精度越低。隨著壓力的每次增量增加，先前壓力量和新壓力量之間的變化百分比減小。例如，壓力從100巴增加到101巴代表壓力增加1％，而從1000巴增加到1001巴代表壓力增加0.1％。該原理會影響壓力傳感器的精度，尤其是導致較低壓力范圍的精度(或分辨率)較差。例如，對于100巴滿量程應用報告典型1％FS誤差的壓力傳感器僅偏離1巴，但對于1000巴滿量程應用報告典型1％FS誤差的壓力傳感器實際上偏離10巴。顯然，由于分辨率低，高壓滿量程傳感器的準確度對于低壓范圍并不良好。因此，設計對高壓范圍敏感的壓力傳感器通常會涉及犧牲低壓范圍準確度。但是，有許多應用需要低壓范圍的嚴格準確度，并需要高壓滿量程輸出。

發明內容

在本公開的特定實施例中，公開了一種用于應變計壓力感測的壓力傳感器裝置，包括在施加力的物體和多個應變計之間的單個隔膜，該單個隔膜具有兩個不同厚度的兩個部分。每個部分耦合到特定的應變計，使得該部分的應變計的電阻響應于該部分厚度的變化而改變。由于每個應變計耦合到具有不同隔膜厚度的特定部分，因此每個應變計對壓力的靈敏度是不同的。在特定實施例中，隔膜的第二部分比隔膜的第一部分更厚，使得耦合到第一隔膜部分的第一應變計對低壓范圍敏感并且對于較低壓力范圍提供比第二應變計更好的準確度，同時第二隔膜部分可以提供更高的壓力輸出。因此，通過使壓力傳感器裝置具有包括兩種不同厚度的單個隔膜，壓力傳感器裝置能夠測量高壓范圍而不必犧牲低壓范圍的靈敏度和準確度。

在特定實施例中，公開了一種用于應變計壓力感測的壓力傳感器裝置，包括多個應變計，包括第一應變計和第二應變計。壓力傳感器裝置還包括耦合在多個應變計和物體之間的隔膜，物體被配置為向隔膜施加壓力。隔膜具有第一部分和第二部分。第一部分在物體和第一應變計之間具有第一厚度。第二部分在物體和第二應變計之間具有第二厚度。在未壓縮狀態下，第二厚度大于第一厚度。第一應變計被配置為響應于隔膜的第一部分的厚度變化而改變電阻，并且第二應變計被配置為響應于隔膜的第二部分的厚度變化而改變電阻。因為每個應變計被配置為響應具有兩種不同厚度的隔膜的兩個不同部分的厚度變化，所以壓力傳感器裝置能夠具有兩種不同的壓力范圍靈敏度。

在特定實施例中，公開了一種用于應變計壓力感測的方法，包括耦合到包括第一應變計和第二應變計的多個應變計的電子模塊接收與第一應變計的電阻相關聯的第一輸出。該方法還包括電子模塊接收與第二應變計的電阻相關聯的第二輸出。此外，該方法還包括電子模塊基于第一輸出和第二輸出而輸出一個或多個壓力值。在該特定實施例中，多個應變計耦合到隔膜，并且隔膜耦合在多個應變計和被配置為向隔膜施加壓力的物體之間。隔膜具有第一部分和第二部分。隔膜的第一部分在物體和第一應變計之間具有第一厚度。隔膜的第二部分在物體和第二應變計之間具有第二厚度。在未壓縮狀態下，第二厚度大于第一厚度。第一應變計被配置為響應于隔膜的第一部分的厚度變化而改變電阻。第二應變計被配置為響應于隔膜的第二部分的厚度變化而改變電阻。