专利名称：无位移及变形器件的压力、差压传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测试技术领域，更进一步涉及一种不依赖于位移及变形器件和原理的压力传感器。
迄今为止，用于压力、差压和液位测量变送器的传感器均是靠器件微位移或微变形的原理获取信号，测量压力。比如膜盒式压力传感器(美国罗斯蒙德公司专利，国际公布号W095/08757)，就是靠活动电极板受液体压力后产生微小位移，改变了与固定电极板间的间隙，以致改变了极板间的电容量。扩散硅式传感器则是靠扩散硅电阻桥的变形造成的电阻变化来感知压力。这些传感器的精度主要靠工艺和材料来保证。比如膜盒式压力传感器的精度要依赖于极板材料的尺寸、成分、弹性、极板间距、硅胶质量等。扩散硅式传感器的精度则主要依赖于半导体工艺。显然，这些问题在批量生产中是很难求得一致的，而且在以后的使用中难以保证长期稳定性。
本实用新型的目的在于提供一种不依赖于位移及变形器件和原理，而利用由压电晶体组成的压电谐振力传感器作为基础元件，通过刚性杠杆机构，将液体、气体等介质在压力腔体内的面积压力转换为作用于由压电晶体组成的压电谐振力传感器上的点压力，从而可以测量介质单向压力及双向压力(差压)的传感器。
本实用新型包括一个单压力腔或有相对压差的两个压力腔，腔体内一端面通过一环行金属薄膜片与一带有球面或圆锥面触头的刚性圆板连接，形成封闭面，刚性圆板的触头通过一可变支点距离的刚性杠杆与一个由压电晶体组成的压电谐振力传感器的受力点相接触或与两个相同的压电谐振力传感器的受力点在同一轴线上双侧相接触，压力腔内介质的压力通过刚性圆板、刚性杠杆无位移地作用于压电谐振力传感器的受力点。
以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。


图1为本实用新型典型结构示意图。
图2为本实用新型实施例1结构图。
图3为本实用新型实施例2结构图。
由图1可见，本实用新型的压力腔13内的一个端面由压力腔本体9、表面呈凸弧面的环行金属薄膜片8及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板7焊接形成密封面。压力腔13只有一个开放通道可与管道接通。刚性圆板7在压力腔13外部的一面有一突起的带有球面或圆锥面的触头，触头与刚性杠杆4一端的一面相接触，刚性杠杆4此端的另一面与弹簧6相接触，弹簧6提供给刚性圆板7的触头与刚性杠杆4的接触点适当的预紧力。支点刀口5与刚性杠杆4以刀口方式接触，支点刀口5的另一端为柱面，可与基体板12上与刚性杠杆4长度平行的方向均布的一组孔相对接，使支点刀口5沿刚性杠杆4长度方向位置可调，达到改变杠杆比以致改变本实用新型的量程范围的目的。刚性杠杆4的另一端通过一球体或圆锥体3与由压电晶体组成的压电谐振力传感器2的受力点相接触。压电谐振力传感器2与预紧定位板10安装在一起，并可由穿过基体板12和预紧定位板10的调整螺杆11调节预紧力。信号引线1穿过预紧定位板10引出。
本实用新型的原理是将压力腔13内的介质压力通过与表面呈凸弧面的环行金属薄膜片8相连的刚性圆板7上的球面或圆锥面触头传递给刚性杠杆4的一端，再由刚性杠杆4的另一端无位移地传递给由压电晶体组成的压电谐振力传感器2，以实现对压力腔13内的介质压力的测量。
图2为本实用新型实施例1结构图。它表示了本实用新型的一种可以测量两侧压力腔内压力差的结构。压力腔分为高压腔17和低压腔18两个压力腔。高压腔17内的一个端面由高压腔本体15、表面呈凸弧面的环行金属薄膜片8及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板7焊接形成密封面，低压腔18内的一个端面由低压腔本体16、表面呈凸弧面的环行金属薄膜片23及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板22焊接形成密封面。高压腔17和低压腔18均有一个开放通道分别可与管道接通。作为高压腔17内一个端面组成部分的刚性圆板7和作为低压腔18内一个端面组成部分的刚性圆板22外表面上的球面或圆锥面触头在同一轴线上与刚性杠杆4一端的两面相对接触，适当的预紧力由螺杆14提供。刚性杠杆4中部两侧面均布若干两两相对的V形槽，支点刀口5和支点刀口21在其中一对V形槽中以刀口方式将刚性杠杆4夹持。支点刀口5和支点刀口21在沿刚性杠杆4长度方向的位置可以通过与基体19和基体20上不同的孔位对接而调节，达到改变杠杆比以致改变本实用新型的量程范围的目的。刚性杠杆4的另一端的一面通过一球体或圆锥体3与由压电晶体组成的压电谐振力传感器2的受力点相接触，另一面与弹簧15接触，两块预紧定位板10通过调整螺杆11将弹簧15和压电谐振力传感器2夹住，并可通过调整螺杆11调节预紧力。信号引线1穿过预紧定位板10引出。
图3为本实用新型实施例2结构图。它表示了本实用新型可以测量两侧压力腔内压力差的另一种结构。压力腔分为高压腔17和低压腔18两个压力腔。高压腔17内的一个端面由高压腔本体15、表面呈凸弧面的环行金属薄膜片8及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板7焊接形成密封面，低压腔18内的一个端面由低压腔本体16、表面呈凸弧面的环行金属薄膜片23及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板22焊接形成密封面。高压腔17和低压腔18均有一个开放通道分别可与管道接通。作为高压腔17内一个端面组成部分的刚性圆板7和作为低压腔18内一个端面组成部分的刚性圆板22外表面上的球面或圆锥面触头在同一轴线上与刚性杠杆4一端的两面相对接触，适当的预紧力由螺杆14提供。刚性杠杆4中部均布若干两两相对的V形槽，支点刀口5和支点刀口21在其中一对V形槽中以刀口方式将刚性杠杆4夹持。支点刀口5和支点刀口21在沿刚性杠杆4长度方向的位置可以通过与基体19和基体20上不同的孔位对接而调节，达到改变杠杆比以致改变本实用新型的量程范围的目的。刚性杠杆4的另一端的两面通过两个球体或圆锥体3与两个由压电晶体组成的相同的压电谐振力传感器2的受力点相接触，两块预紧定位板10通过调整螺杆11将两个压电谐振力传感器2夹住，并可通过调整螺杆11调节预紧力。信号引线1穿过预紧定位板10引出。
本实用新型应用于压力、差压和液位测量变送器中，其基本特征是将液体、气体等介质在压力腔体内的面积压力通过刚性杠杆构件无位移地转换为作用于压电谐振力传感器受力点的点压力，而压电谐振力传感器则是以刚性无变形的压电晶体为核心元件，从而可以测量介质单向压力及双向压力(差压)。本实用新型的优点在于其精度和稳定性主要取决于压电晶体物质本身的性质，从而可以得到高的精度和稳定性。
权利要求1．无位移及变形器件的压力、差压传感器，它包括压力腔，环行金属薄膜片，带有球面或圆锥面触头的刚性圆板，刚性杠杆，支点刀口，由压电晶体组成的压电谐振力传感器等。其特征在于压力腔13内的一个端面由压力腔本体9、环行金属薄膜片8及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板7焊接形成密封面，将压力腔内部介质与外部机构及压电谐振力传感器相隔离；刚性圆板7在压力腔13外部一面的球面或圆锥面触头与刚性杠杆4的一端的一面相接触，刚性杠杆4的另一端通过一球体或圆锥体3与由压电晶体组成的压电谐振力传感器2的受力点相接触；刚性杠杆4与支点刀口5以刀口方式接触，且支点刀口5距刚性杠杆4两个受力点的距离(即杠杆力臂比)可以通过支点刀口5的不同安装位置而可调。
2．如权利1所述的无位移及变形器件的压力、差压传感器，其特征在于压力腔分为高压腔17和低压腔18两个压力腔，高压腔17内的一个端面由压力腔本体15、环行金属薄膜片8及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板7焊接形成密封面，而低压腔18内的一个端面则由压力腔本体16、环行金属薄膜片23及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板22焊接形成密封面，将两个压力腔内部介质与外部机构及压电谐振力传感器相隔离；刚性圆板7和刚性圆板22在压力腔外部表面上的球面或圆锥面触头在同一轴线上与刚性杠杆4一端的两面相对接触；刚性杠杆4的另一端的一面通过一球体或圆锥体3与由压电晶体组成的压电谐振力传感器2的受力点相接触；支点刀口5和支点刀口21以刀口方式将刚性杠杆4夹持，且支点刀口5和支点刀口21距刚性杠杆4两个受力点的距离(即杠杆力臂比)可以通过支点刀口5和支点刀口21的不同安装位置而可调。
3．如权利1所述的无位移及变形器件的压力、差压传感器，其特征在于压力腔分为高压腔17和低压腔18两个压力腔，高压腔17内的一个端面由压力腔本体15、环行金属薄膜片8及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板7焊接形成密封面，而低压腔18内的一个端面则由压力腔本体16、环行金属薄膜片23及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板22焊接形成密封面，将两个压力腔内部介质与外部机构及压电谐振力传感器相隔离；刚性圆板7和刚性圆板22在压力腔外部表面上的球面或圆锥面触头在同一轴线上与刚性杠杆4一端的两面相对接触；刚性杠杆4的另一端的两面通过两个球体或圆锥体3与两个由压电晶体组成的压电谐振力传感器2的受力点相接触；支点刀口5和支点刀口21以刀口方式将刚性杠杆4夹持，且支点刀口5和支点刀口21距刚性杠杆4两个受力点的距离(即杠杆力臂比)可以通过支点刀口5和支点刀口21的不同安装位置而可调。
专利摘要本实用新型公开一种测试技术领域的无位移及变形器件的压力、差压传感器,它包括一个内端面由压力腔本体、环行金属薄膜片及带有球面或圆锥面触头的刚性圆板焊接形成密封面的压力腔、刚性杠杆、支点刀口和由压电晶体组成的压电谐振力传感器等。其原理是将压力腔内的介质压力通过与环行金属薄膜片相连的刚性圆板上的球面或圆锥面触头传递给刚性杠杆的一端。再由刚性杠杆的另一端无位移地传递给压电谐振力传感器,以实现对压力腔内的介质压力的测量。本实用新型应用于压力、差压和液位测量变送器中。
文档编号G01F23/14GK2432562SQ0022891
公开日2001年5月30日 申请日期2000年7月21日 优先权日2000年7月21日
发明者刘岩, 冯冠平, 敬刚, 金玉叶, 王德保 申请人:深圳清华大学研究院