[发明专利]精确的压力传感器

说明书

技术领域

本发明是关于压力传感器的技术，它可以精确检测压力，更详细地说，磁铁为图4所示的长方形结构，或者如图5所示，右边高于左边且上面为倾斜的梯形结构，在与N极或者S极的磁极表面保持一定距离的位置上，沿着从磁极表面任意点形成的直线移动的距离变化相对应，通过使用产生线性磁通密度准确地检测距离（位置）变化（位移），并根据距离的变化，准确地导出压力差异。

背景技术

 在介绍压力传感器之前，先介绍在本发明中使用的磁铁总体特性。

磁通密度（magnetic flux density）指考虑在磁场任意一点到磁场的垂直面时，单位面积的磁通量，单位使用磁通量单位Wb(韦伯)。穿过单位面积的磁通量称为磁通量密度（磁通密度），其单位使用高斯（G）或者特斯拉（T）。磁通量密度表示磁场强度，垂直穿过面积为S的截面的磁通量Φ和磁场强度B的关系如下（公式1）。磁力线越密，磁场越强。磁铁两侧磁极的磁力线的密度大，而离磁极越远，磁力线密度越低。

（公式1）。

磁铁（magnet）指吸引铁粉，带磁力的物质体，工业生产的强磁称为永久磁铁，通常称为磁铁。

磁铁会吸引周边的铁块。受磁力影响的空间称为磁场。换句话说，磁铁创造磁场。在磁铁表面上放厚厚的白纸，在其白纸上面均匀洒下铁粉，可以看到磁力线的形状。在其上面放小指南针，便可看到指针顺着磁力线方向从N极指向S极。

根据库仑定律，两极间的磁力与距离平方成反比，与磁极强度成正比。磁极强度乘于两极间距离称为磁矩。磁极必须有一对相同强度N极和S极，相比磁极强度，磁矩为本质上的物理量。磁矩表示为，从S极到N极方向的矢量。两个磁矩之间的磁力以距离的4次方成反比。这是因为两个磁铁靠近时引力大，分离时引力急速下降。

磁化通过磁场区域的形状、排列、方向等切换过程来进行。这些切换过程具有不容易变化的结构是由于一旦磁化后即使磁场为0，也不会回到原来状态，剩下磁矩。这些残留磁化大的就是永久磁铁。

磁通（magnetic flux）将磁通密度或者磁感应对其方向垂直的截面积进行积分的量，也称为磁通量。在CGS单位制中的单位是麦克斯韦（符号Mx），而在MKS单位制或者SI单位制中的单位是韦伯（符号Wb）。如在线圈中穿过的磁通量随时间变化时，按其变化率的比例在线圈两端会产生电压(法拉第电磁感应定律)。通过电流产生的磁场阻碍磁通变化的方向为该电压的方向，这就是楞次定律。磁通是根据在永久磁铁或者线圈中通过的电流产生的。

根据磁场检测的方法，检测用传感器的种类繁多，但是使用最广泛的是霍尔传感器(hall sensor)。霍尔传感器工作模式是，先在半导体（磁敏）的电极中通过电流，然后在垂直方向施加磁场，这样便产生与电流方向和磁场方向垂直的电位差（electric potential）。

在通常情况下，作为测量最简单的距离的装置，采用可以检测永久磁铁和磁通的传感器，根据远离或者靠近永久磁铁，测量磁通密度的变化，通过在磁性传感器中产生的电位差测量距离。

但是，由于在永久磁铁中产生的磁通密度不会随距离线性产生，为了有效地将其作为测量距离的传感器来使用，应具备可以补偿非线性的程序或者电路，这样才能更加准确地测量距离。此外，为了补偿在一块磁铁上随距离产生的非线性性磁通密度的分布，并组合多种磁铁和多块磁铁来获得线性磁通密度结构，进行了不断的研究。

关于线性范围或者角度范围，为了检测待测物体绝对位置，并测量形成线性角度的位移，最近开发了多种非接触距离测量装置。

非接触测量位置检测有多种形式。最具代表性的有滑动式记录位移计（potentiometer），但还是达不到要求。光学位移计具有读取如slit等光学范围的光学传感器，但其结构更加复杂。还有其他如用于磁媒体的磁性传感器读取的磁力范围，其结构也是复杂，甚至无法检测绝对位置。

即，只能测量任意两个点之间的距离。本发明可以检测待测物体的绝对位置，如采用具有非常简单的结构和广泛的测量范围以及可靠性高，而且具有线性磁通密度的磁铁，那么就不需要使用补偿非线性的程序或者电路，只使用低廉的传感器，也能准确测量距离。