專利名稱：柱塞式錳銅壓阻傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬機電傳感器領域。
目前在國內能制作高壓傳感器的單位不多，而能制作動高壓測量用的傳感器的單位更少。成都傳感器技術研究所制作的FYC系列防爆型壓力傳感器，最高量程為250MPa，其敏感部分是由在壓力作用下能發生變形的彈性構件與粘接在此構件上的應變片組成。在外力作用下應變片阻值發生變化時，使測量電橋失去平衡并形成一個壓力模擬信號。但是測量高速模擬信號時，由于該測量電橋的外接橋臂電阻(即傳感器電阻)與常用的同軸電纜不匹配，會引起傳輸畸變，所以它不宜用于高速脈沖壓力的測量。另一方面，該傳感器受內部的彈性構件自振頻率的限制，其響應時間較長，在10μs左右。與FYC系列類似的其它動高壓傳感器，如德國HBM公司生產的P8～P42型壓力傳感器等，也都存在類似問題。另一類能測量動高壓的壓電壓力傳感器，如西安近代化學研究所制作的OPT膜片式壓電壓力傳感器，其量程也高達400MPa。雖然壓電壓力傳感器具有較高的頻響，響應時間約為1－5μs，但上限壓力量程受其敏感元件屈服極限的約束，很難進一步提高；該傳感器也受到壓電晶體居里點的限制，工作溫度小于100℃；當采用電荷放大器作為壓電傳感器的二次儀表時，該測試系統的頻響只能在100KHz左右；當采用電壓放大器作為二次儀表時，其增益和響應速率是電纜長度的函數，更換傳感器或放大器時系統必須重新標定，因而使用不方便。
本實用新型的目的是要克服上述傳感器的缺點，以實現更高的性能指標響應快，沖擊壓力響應時間要達到微秒級或亞微秒級，明顯小于上述各種傳感器的響應時間；傳感器的阻值為50Ω，可與50Ω同軸電纜匹配，使壓力模擬信號的傳輸畸變減至最小程度；工作溫度大于100℃；量程達500MPa以上。與其它一次性使用的動高壓傳感器相比，本實用新型的另一目標是要能多次重復使用。
為實現上述目的，本實用新型采用下述實施方案本實用新型采用片狀50Ω錳銅壓阻元件作為敏感元件，其片厚不大于0.1mm(包括絕緣層)，敏感元件結構如附圖2所示。此壓力敏感元件安裝在鋼制殼內的柱塞上，并通過50Ω同軸電纜將測到的壓力模擬信號引出殼外，以便進一步處理。錳銅壓阻元件的壓力響應時間小于0.1μs，用它作敏感元件使本實用新型的響應時間也為0.1μs左右，因而可用于爆炸與沖擊過程中壓力脈沖的測量。本實用新型采用片狀50Ω錳銅壓阻元件和50Ω的同軸電纜，它們的阻抗是匹配的，因此本實用新型輸出阻抗能滿足高速壓力模擬信號傳輸的需要。錳銅壓阻元件的溫度系數小，因此本實用新型的正常工作溫度可大于100℃。由于本實用新型的敏感元件安裝在鋼制殼內高強度的柱塞上，該敏感元件在這種結構條件下處在準一維應變狀態下工作，具有較高的屈服極限，因而其上限壓力量程可大于500MPa，并能多次重復使用。
本實用新型的附圖如下
圖1柱塞式錳銅壓阻傳感器結構圖圖2雙螺旋形錳銅壓阻元件圖3柱塞式錳銅壓阻傳感器元件分解圖圖4柱塞式錳銅壓阻傳感器的典型輸出波形下面結合實施例和附圖進一步說明本實用新型的工作原理。
實施例1柱塞式錳銅壓阻傳感器的一種結構如圖1所示。在一個鋼制傳感器殼體3內的一端裝有用合金工具鋼或其它高強度合金鋼制成的柱塞6。柱塞6為園柱體，在柱塞6的上端面銑一個一定寬深的槽，以便將50Ω雙螺旋形錳銅壓阻元件8嵌入其中，在柱塞6園柱側面銑一個平面，以便粘接錳銅壓阻元件8的引線部分，錳銅壓阻元件其余部分也用膠粘接在柱塞6上，在此錳銅壓阻元件8引線部分的兩端部，焊接兩條耐高溫塑料導線4，兩焊點及導線4的裸露部分不應與殼體3接觸，以免發生短路。柱塞的下端面也要銑一定寬深的槽，以便讓導線4通過此槽進入殼體3的中心孔，導線4穿過殼體3的中心孔后進入殼體3的接線空腔內，與50Ω同軸電纜1相連，同軸電纜1又穿過堵頭9，傳送出錳銅壓阻元件的探測信號。該堵頭9用固定螺釘2緊固在殼體3上。為防止載荷直接作用于錳銅壓阻元件8的引線部分而使其斷裂，用墊圈7蓋住錳銅壓阻元件8的引線部分。柱塞6與墊圈7、墊圈7與傳感器殼體3之間用環氧樹脂類粘接劑粘接。傳感器殼體3除保護錳銅壓阻元件8、傳感器引線4和同軸電纜1在高壓環境中不遭破壞以實現多次重復使用外，還要完成與被測構件之間的連接與密封。傳感器殼體3上的外螺紋是用來擰入被測構件中。傳感器與被測構件之間采用O形膠圈5密封。50Ω雙螺旋形錳銅壓阻元件8由0.02mm厚的錳銅箔制成，在此箔的兩側涂有高強度絕緣層。柱塞6的屈服強度直接與傳感器上限量程相關，因此柱塞6要用合金工具鋼或其它高強度合金鋼制成。傳感器殼體3要承受較大的沖擊壓力，故殼體3材料的屈服強度必須足夠大，螺紋的尺寸必須滿足強度設計要求。
本實用新型在測量壓力時，由于錳銅的壓阻效應使錳銅壓阻元件8產生與此壓力相應的電阻變化，測量電橋又將元件8的電阻變化轉變成電橋輸出端的電壓變化，此電壓變化信號經傳輸線送到與它相連的儀器去放大并記錄。
通過反復試用，證明本實用新型具有量程寬、結構簡單、制造方便，成本較低、溫度系數小、線性好以及動態響應速率高等特點，因此本實用新型有較寬廣的應用前景。
權利要求1.一種柱塞式錳銅壓阻傳感器的特征在于它包含有50Ω錳銅壓阻元件、高強度柱塞、50Ω同軸電纜和鋼制殼體，其中50Ω錳銅壓阻元件被粘接在高強度柱塞上，并與50Ω同軸電纜相連，然后被安裝在鋼制殼體中。
2.根據權利要求1所述的柱塞式錳銅壓阻傳感器，其特征在于該傳感器的敏感元件采用帶絕緣層的50Ω錳銅壓阻元件，并將它粘接在一個高強度柱塞塊6上，并通過耐高溫塑料導線4與同軸電纜1相連。
3.根據權利要求1和2所述的柱塞式錳銅壓阻傳感器，其特征在于該傳感器的殼體3外部有可連接被測對象的螺紋，并設有可安裝O形密封膠圈5的密封槽。
4.根據權利要求1所述的柱塞式錳銅壓阻傳感器，其特征在于該傳感器的50Ω錳銅壓阻元件8上蓋有一墊圈7，墊圈7用膠粘接在柱塞6和傳感器殼體3內。
專利摘要本實用新型屬機電傳感器領域。它用50Ω錳銅壓阻元件做敏感元件，安裝在鋼制殼體內有一個鋼制柱塞上。該敏感元件通過耐高溫導線與50Ω同軸電纜相連。本傳感器可多次重復使用，具有量程寬、結構簡單、制造方便，成本較低、溫度系數小、線性好以及響應速率高等特點，因此本實用新型有較寬廣的應用前景。
文檔編號G01L1/18GK2112146SQ9220295
公開日1992年8月5日 申請日期1992年2月25日 優先權日1992年2月25日
發明者黃正平, 張漢萍 申請人:北京理工大學