应变管式超高压压力传感器设计(2)
3.3 壳体结构图 20
4 结构封装和老化试验 23
4.1 结构封装 23
4.2 老化工艺 24
5 传感器测试实验研究 25
5.1 非线性 26
5.2 误差分析 29
结 论 30
展 望 30
致 谢 31
参考文献32
1 引言
本论文的研制对象是一种超高压计量器具,其量程能达到1400MPa, 灵敏度1mv/v，非线性小于0.5%FS。论文主要论述了所研制的应变管式超高压压力传感器敏感元件的材料选择、壳体的结构设计、元件的制作工艺、测试结果、误差分析以及结论。本章节中，主要介绍应变式测压传感器的原理及应用，高压传感器的选材及原理，以及国内外的研究现状。
1．1 研究背景
压力传感器作为压力检测系统中的重要组成部分，由压力敏感元件将被测压力信号转换为容易测量显示的电信号作输出，在仪表中显示压力值。压力传感器的种类繁多，如应变式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器、压电式压力传感器、光纤压力传感器、差动变压器式压力传感器及谐振式压力传感器，压磁式压力传感器等。
本课题研究的是应变式压力传感器，其主要由弹性元件、应变片及各种辅助器件组成。它是一种以弹性变形为基础，被测压力作用在弹性元件上使其产生弹性变形，并且通过弹性变形的大小来测量压力的大小。经常使用的应变式压力传感器有以下几种。
1.1.1筒式应变压力传感器
筒式应变测压传感器由应变筒、应变片、本体等组成，如图1-1所示。
图1-1 筒式应变测压传感器
1—信号插座；2—本体；3—应变筒；4—工作应变片；5—测压油
筒式应变测压传感器的弹性元件是一只钻了盲孔的应变筒，在应变筒的外壁中心部位粘贴有两片工作应变片，在应变筒的实心部位粘贴有两片与工作应变片相同阻值、同一批次的温度补偿应变片。
为保证传感器有良好的工作特性，应变片需粘贴在应变筒的应力均匀分布段。应变筒的有效工作段长度L主要考虑端部效应的问题，由弹性力学圣文南原理，在物体表面的一小部分上作用以合力和合力矩等价于零的一个力系，在物体内与这小部分表面距离远远大于这小部分直径大小的地方所产生的变形，其大小可以忽略，综合考虑端部效应、应变片粘贴所需长度、堵头密封等因素，合适的应变筒工作长度可取在5-10倍应变筒内径的范围内。
测压前，将传感器拧到测压孔上，射击过程中，火药燃气压力作用在应变筒上，应变筒外表面的环向应变与所受压力关系为：
（1-1）
式中：E—应变筒材料的弹性模量；
、 —应变筒的内、外半径；
—应变筒内压。
应变筒在压力作用下产生环向应变后，粘贴在应变筒上的工作应变片同时发生变形。工作应变片的电阻值发生变化，压力到电阻的转换通过应变筒的变形完成。
应变管式压力传感器的结构简单、适用性强、制造方便，在火炮、炮弹和火箭弹的动态压力测量方面有广泛应用。在后面几章会详细介绍应变管式超高压压力传感器的设计。