三轴压力传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种三轴压力传感器，它是由圆筒形弹性体、外罩、上罩盖、底座、上压块、密封件、多组惠斯顿电桥、电缆及接插装置组成。弹性体可将同时承受纵向载荷Ｐ和侧面流体压力ｑ的三轴压力转换为应变，通过粘贴在弹性体内腔表面上的多组电桥网络，在外源的激励下，实现三轴作用时，由应变、电阻变化、电信号变化的相互转换及测量。其测量结果通过提供的专用数据处理软件来标定三轴压力载荷Ｐ与ｑ的数值。其结构紧凑、功能强大，标定测量简单准确。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种感测的数据转换装置，尤其是一种压力传感器。三轴试验机的主要功能是对试件提供三轴压力测量，是在三轴试验机的三轴缸内实现，由轴向活塞及相应端块提供轴向机械荷载，而由通入三轴缸内的压力流体提供围压。这两种压力是由三轴试验机相对独立的两个系统中获得的。前者在完全独立系统中(如单轴试验机)可用现有的荷重传感器标定。而在液压系统中，压力(强)可用压力传感器标定。但是在三轴试验机的三轴缸内，两种压力视三轴结构的合理程度，存在有不同程度的相互耦合作用和深层次的其它问题。至今尚无相应的本技术所称的三轴压力传感器能在三轴缸内标定两种压力同时作用时的真实轴向荷载和流体压力。人类生活和工业生产中也存在类似问题急需解决，如海上石油钻井平台的海底结构部分，其上部承受平台的巨大荷重，侧面同时承受海水深部的流体压力需要准确检测。本技术的目的是为克服上述现有技术中存在的不足之处而设计出一种新的能在三轴缸内标定两种压力同时作用时的真实轴向荷载和流体压力的三轴压力传感器，解决目前三轴试验机尚无相应传感器标定以及相应三轴压力场合的检测标定或自动装置问题。本技术的任务是以如下方式来实施的，一种适用于标定轴向机械荷载与侧面流体压力同时作用的三轴压力传感器，它包括弹性体，其外面有外罩，下端有底座与外罩螺纹连接，弹性体与底座的下端面的结合面上装有密封圈，弹性体上端面装有上压块，弹性体的上端面与上压块接触面上装有密封垫圈；上压块的外面装有上罩盖，上罩盖与外罩螺纹连接，在外罩上端面与上罩盖间装有垫圈，在弹性体内腔壁上粘贴有多组惠斯顿电桥，并从底座的孔中引出其导线电缆。所述的弹性体是圆筒形筒体，其两端面外有凸缘。本技术与现有技术比较具有如下优点它是一种集荷重传感器和压力传感器于一身的新型三轴压力传感器，它解决了目前三轴试验机尚无相应传感器标定以及相应三轴压力场合的检测标定或自动控制装置问题；它是机电一体化，软硬件相结合的新技术产品，其结构紧凑，功能强大，标定测量简单方便、准确；还将可成为自动控制领域的重要元件。 附图说明图1是本技术的方框图。图2是本技术的传感器的结构图。下面将结合附图对本技术的实施例作进一步的详细描述，如图1及图2所示，三轴压力传感器是由传感器、二次仪表和微机三个部分组成的测量仪器。传感器采用圆筒形各向同性弹性体为测力传感器元件，可将同时承受纵向载荷p和侧面流体压力q的三轴压力转换为应变；通过粘贴在弹性体内腔表面上以一定方式布置的若干组电阻应变计(花)组成多组电桥网络，在外加电源的激励下，实现三轴压力作用时，由应变、电阻变化、电信号变化的相互转换及测量。当轴向名义应力p=P/S(其中P为轴向荷载，S为圆环的截面积)，作用于弹性体轴线方向，流体压力q同时作用于弹性外圆柱面时，弹性体中间截面在理想情况下产生的三轴应力状态，σ1与σ2=σ3。但是(1)由于各向同性弹性体的变形特性具有两个独立的弹性常数，弹性模量和泊松比，因此，中间截面上引起的真实应力状态σ1、σ2和σ3与相互独立构成的三轴压力p与q没有直接对应相等的简单关系，σ1≠p，σ2=σ3≠q；(2)又由于弹性体为圆筒状的几何特征，中间截面上不同径向位置的应力状态不同。但是，理想情况下，同一径向位置圆周上又具有相同的应力状态σ1、σ2=σ3。设计者经过严格分析研究和实验校验，正确地解决了上述关系。利用弹性体内表面粘贴电阻应变计(花)，对这一最敏感表面不同方向的应变测量数据提供了专用数据处理软件，用于标定三轴压力荷载p(或者P)与q的数值。三轴压力传感器结构是由底座1、密封圈2、外罩3、弹性体4、垫圈5、密封垫圈6、上罩盖7、上压块8及电阻应变计(花)9组成的。其中底座1是个短圆柱体，其圆柱上端外圈有凸起圆环，其内侧有圆环形凹槽，密封圈2置于凹槽内，凹圆环外圆面上有外螺纹，短圆柱体中心有盲孔，并有径向通孔与中心孔相通，此孔为弹性体内腔电桥网络引出导线电缆的出口；外罩3是一个薄壁圆套筒，其四周均匀分布有长圆孔，上端有外螺纹，下端有内螺纹，与底座1螺纹连接，上端外螺纹与上罩盖7螺纹连接；弹性体4是圆筒形弹性体，它是三轴传感器的关键功能元件，要求它具有稳定的各向同性弹性常数、弹性模量和泊松比，对它的加工精度及表面光洁度均有较高的要求。它是用铬镍钼钢、铬锰硅(镍)钢、铍青铜、弹簧钢或钛合金材料制造成的，垫圈5是个圆环形圈，它装在外罩3与上罩盖7之间，起衬垫作用，密封垫圈6是个圆环形密封圈，它装在弹性体4与上压块8的接触面中，起密封弹性体内腔上口作用，上罩盖7是个阶梯形内孔的圆筒体，其内孔下部为螺纹孔，上压块8是一个外圆面为阶梯形的圆柱体，其下部端面有一环形凹槽与弹性体4上端面凸起的环形面相配合，电阻应变计(花)9组成全桥，也可采用半桥布置。粘贴在弹性体内壁的中间部位的多组惠斯顿电桥，是用于测量弹性体内腔中间截面处的轴向应变和环向应变。由弹性体内腔电桥网络引出的导线电缆与二次仪表连接，由二次仪表读出应变数据。利用微机中的专用数据处理软件处理，就可标定三轴压力荷载p(或者P)与q的数值。权利要求1．一种适用于标定轴向机械荷载与侧面流体压力同时作用的三轴压力传感器，其特征在于它包括弹性体(4)，其外面有外罩(3)，下端有底座(1)与外罩(3)螺纹连接，弹性体(4)与底座(1)的下端面的结合面上装有密封圈(2)，弹性体(4)上端面装有上压块(8)，弹性体(4)的上端面与上压块(8)接触面上装有密封垫圈(6)；上压块(8)的外面装有上罩盖(7)，上罩盖(7)与外罩(3)螺纹连接，在外罩(3)上端面与上罩盖(7)间装有垫圈(5)，在弹性体(4)内腔壁上粘贴有多组惠斯顿电桥(9)，并从底座(1)的孔中引出其导线电缆。2．根据权利要求1所述的三轴压力传感器，其特征在于所述的弹性体(4)是圆筒形筒体，其两端面外有凸缘。3．根据权利要求1或2所述的三轴压力传感器，其特征在于所述的弹性体(4)是用铬镍钼钢、铬锰硅(镍)钢、铍青铜、弹簧钢或钛合金材料制成的。专利摘要本技术提供了一种三轴压力传感器,它是由圆筒形弹性体、外罩、上罩盖、底座、上压块、密封件、多组惠斯顿电桥、电缆及接插装置组成。弹性体可将同时承受纵向载荷P和侧面流体压力q的三轴压力转换为应变,通过粘贴在弹性体内腔表面上的多组电桥网络,在外源的激励下,实现三轴作用时,由应变、电阻变化、电信号变化的相互转换及测量。其测量结果通过提供的专用数据处理软件来标定三轴压力载荷P与q的数值。其结构紧凑、功能强大,标定测量简单准确。文档编号G01L5/12GK2308089SQ97207189公开日1999年2月17日 申请日期1997年2月6日 优先权日1997年2月6日专利技术者吴振业 申请人:中国矿业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于标定轴向机械荷载与侧面流体压力同时作用的三轴压力传感器，其特征在于：它包括弹性体（４），其外面有外罩（３），下端有底座（１）与外罩（３）螺纹连接，弹性体（４）与底座（１）的下端面的结合面上装有密封圈（２），弹性体（４）上端面装有上压块（８），弹性体（４）的上端面与上压块（８）接触面上装有密封垫圈（６）；上压块（８）的外面装有上罩盖（７），上罩盖（７）与外罩（３）螺纹连接，在外罩（３）上端面与上罩盖（７）间装有垫圈（５），在弹性体（４）内腔壁上粘贴有多组惠斯顿电桥（９），并从底座（１）的孔中引出其导线电缆。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振业，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]