[实用新型]柱塞式锰铜压阻传感器

说明书

本实用新型属机电传感器领域。

目前在国内能制作高压传感器的单位不多，而能制作动高压测量用的传感器的单位更少。成都传感器技术研究所制作的FYC系列防爆型压力传感器，最高量程为250MPa，其敏感部分是由在压力作用下能发生变形的弹性构件与粘接在此构件上的应变片组成。在外力作用下应变片阻值发生变化时，使测量电桥失去平衡并形成一个压力模拟信号。但是测量高速模拟信号时，由于该测量电桥的外接桥臂电阻（即传感器电阻）与常用的同轴电缆不匹配，会引起传输畸变，所以它不宜用于高速脉冲压力的测量。另一方面，该传感器受内部的弹性构件自振频率的限制，其响应时间较长，在10μs左右。与FYC系列类似的其它动高压传感器，如德国HBM公司生产的P8～P42型压力传感器等，也都存在类似问题。另一类能测量动高压的压电压力传感器，如西安近代化学研究所制作的OPT膜片式压电压力传感器，其量程也高达400MPa。虽然压电压力传感器具有较高的频响，响应时间约为1－5μs，但上限压力量程受其敏感元件屈服极限的约束，很难进一步提高；该传感器也受到压电晶体居里点的限制，工作温度小于100℃；当采用电荷放大器作为压电传感器的二次仪表时，该测试系统的频响只能在100KHz左右；当采用电压放大器作为二次仪表时，其增益和响应速率是电缆长度的函数，更换传感器或放大器时系统必须重新标定，因而使用不方便。

本实用新型的目的是要克服上述传感器的缺点，以实现更高的性能指标：响应快，冲击压力响应时间要达到微秒级或亚微秒级，明显小于上述各种传感器的响应时间；传感器的阻值为50Ω，可与50Ω同轴电缆匹配，使压力模拟信号的传输畸变减至最小程度；工作温度大于100℃；量程达500MPa以上。与其它一次性使用的动高压传感器相比，本实用新型的另一目标是要能多次重复使用。

为实现上述目的，本实用新型采用下述实施方案：

本实用新型采用片状50Ω锰铜压阻元件作为敏感元件，其片厚不大于0.1mm（包括绝缘层），敏感元件结构如附图2所示。此压力敏感元件安装在钢制壳内的柱塞上，并通过50Ω同轴电缆将测到的压力模拟信号引出壳外，以便进一步处理。锰铜压阻元件的压力响应时间小于0.1μs，用它作敏感元件使本实用新型的响应时间也为0.1μs左右，因而可用于爆炸与冲击过程中压力脉冲的测量。本实用新型采用片状50Ω锰铜压阻元件和50Ω的同轴电缆，它们的阻抗是匹配的，因此本实用新型输出阻抗能满足高速压力模拟信号传输的需要。锰铜压阻元件的温度系数小，因此本实用新型的正常工作温度可大于100℃。由于本实用新型的敏感元件安装在钢制壳内高强度的柱塞上，该敏感元件在这种结构条件下处在准一维应变状态下工作，具有较高的屈服极限，因而其上限压力量程可大于500MPa，并能多次重复使用。

本实用新型的附图如下：

图1    柱塞式锰铜压阻传感器结构图

图2    双螺旋形锰铜压阻元件

图3    柱塞式锰铜压阻传感器元件分解图

图4    柱塞式锰铜压阻传感器的典型输出波形

下面结合实施例和附图进一步说明本实用新型的工作原理。

实施例1