【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器领域，具体是一种高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器。
技术介绍
1、目前市面上差压(压力)传感器主要有如下三类：第一类为电容式传感器，压力推动金属极板，从而改变电容大小，再转化为电信号输出。第二类为单晶硅谐振式传感器，压力使谐振梁产生一定振动的频率，再将频率转化为电信号输出。第三类为单晶硅压阻式传感器，压力使单晶硅电阻阻值发生变化，通过惠斯通电桥转化为微小电压信号输出。
2、上述现有装置一般采用充油封装，为保证压力损失尽量小，封油隔离膜片应尽可能的薄，这就使得现有装置不能承受较高的静压，当温度超过150℃时，硅晶体逐渐失去半导体特性，从而失去测量功能，且现有装置测量精度较低，测量量程范围较窄。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，提升了整体的工作效率。
2、本专利技术所解决的技术问题为：
3、(1)现有装置不能承受较高的静压；
4、(2)现有装置的工作温度较低；
5、(3)现有装置测量精度较低，测量量程范围较窄。
6、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，包括连接环，连接环的一侧安装有高压腔体，连接环的另一侧安装有低压腔体，高压腔体位于连接环内侧的一端端面上设有弹性膜片，弹性膜片位于连接环内侧的一侧面上安装有桥臂，桥臂靠近低压腔体的一侧设有镀膜平面，镀膜平面
7、作为专利技术进一步的方案，高压腔体的内部设有高压腔室，低压腔体的内部设有低压腔室，高压腔室和低压腔室相对的一端均设有阶梯环，高压侧保护块通过阶梯环与高压腔室的侧壁摩擦限位，低压侧保护块通过阶梯环与低压腔室的侧壁摩擦限位。
8、作为专利技术进一步的方案，弹性膜片的中心处靠近桥臂的一侧与桥臂固定连接，弹性膜片中心处靠近高压腔室的一侧设有凸台，凸台的厚度比弹性膜片厚。
9、作为专利技术进一步的方案，高压侧保护块靠近弹性膜片的一侧面设有第一抵接面，第一抵接面的中部开设有第一凹槽，第一凹槽的内侧尺寸与凸台的外侧尺寸一致。
10、作为专利技术进一步的方案，高压腔体、弹性膜片和凸台为一体式结构。
11、作为专利技术进一步的方案，桥臂的两端靠近弹性膜片的位置处均设有第一桥墩，桥臂的中心靠近弹性膜片的位置处设有第二桥墩，桥臂靠近弹性膜片的一侧且位于第二桥墩的两侧均开设有桥洞，桥臂上位于桥洞的一侧设有弹性臂。
12、作为专利技术进一步的方案，桥臂的外侧套设有外接环体，镀膜平面的一侧开设有光刻定位孔，多层纳米薄膜内通过光刻制成敏感电阻与光刻电路，多层纳米薄膜的边缘处埋设有焊盘端头，敏感电阻、光刻电路和焊盘端头组成惠斯通电桥结构，敏感电阻分别对应设置在靠近每个弹性臂两端的位置处。
13、作为专利技术进一步的方案，焊盘端头用于向外输出电信号，连接环的外周安装有信号输出引针，连接环内壁上且靠近信号输出引针的位置处固定穿设有连接焊盘，连接焊盘与焊盘端头一一对应，信号输出引针通过连接焊盘与焊盘端头电性连接。
14、作为专利技术进一步的方案，高压侧保护块上开设有若干个均匀分布的第一通压孔，低压侧保护块上开设有若干个均匀分布的第二通压孔。
15、作为专利技术进一步的方案，低压侧保护块靠近弹性膜片的一侧设有第二抵接面，第二抵接面的中部开设有第二凹槽，第二凹槽的内部各处尺寸与桥臂保持一致。
16、本专利技术的有益效果：
17、(1)工作时，通过高压腔体承载高压流体，通过低压腔体承载低压流体，由于两侧流体压力的相差部分相对于高压流体的压力本身较小，因此本装置的桥臂和弹性膜片能够承受较高的静压，通过传感器安装位安装其他的传感器，通过两侧相差的压力使弹性膜片变形，变形时弹性膜片的中部向高压腔体的一侧或者低压腔体的一侧移动，同时弹性膜片的中部推动桥臂进行移动，使得桥臂变形，进而使得多层纳米薄膜感应桥臂的变形而产生电信号，多层纳米薄膜快速地将电信号输出，根据电信号并计算得出压差，再根据其中一侧流体的已知压力，计算得到另一侧的流体压力，从而测出高静压流体的压力，通过第一通压孔和第二通压孔导送流体，同时避免流体对弹性膜片过度冲击，只在一侧流通流体而另一侧不流通时，通过高压侧保护块对流通检测低压流体时的弹性膜片进行抵接保护，通过低压侧保护块对流通检测高压流体时的弹性膜片进行保护，从而避免弹性膜片受压过大而损伤，当弹性膜片承受高压侧过大压力时，弹性膜片与低压侧保护块的第二抵接面相抵接，第二桥墩推动多层纳米薄膜与第二凹槽的槽底相抵接，从而对弹性膜片和桥臂进行保护，极大地提高测量量程范围，可实现从5kpa到250mpa全域覆盖；
18、(2)工作时，桥臂通过第二桥墩与凸台焊接在一起，通过第一桥墩与高压腔体的端面焊接在一起，从而通过凸台防止弹性膜片在焊接时出现击穿现象，高压腔体通过高压腔室的阶梯环对高压侧保护块进行阻拦限位，低压腔体通过低压腔室的阶梯环对低压侧保护块进行阻拦限位，方便安装，当弹性膜片向高压腔体所在方向形变的形变量过大时，高压侧保护块通过第一抵接面与弹性膜片抵接，并通过第一凹槽与凸台抵接，从而通过高压侧保护块承受超限的压力，保护弹性膜片和桥臂以及多层纳米薄膜，避免受力过大而受损，同时多层纳米薄膜的温度影响小，长期测量稳定性好，工作温度宽，使用温度可达400℃；
19、(3)工作时，弹性膜片受压形变，推动凸台移动，凸台推动第二桥墩移动，第一桥墩配合第二桥墩共同对弹性臂产生力的作用，弹性臂受到力的作用后产生应变，多层纳米薄膜对弹性臂的应变进行感应产生电信号并输出，从而快速检测压力差值，通过对桥洞的尺寸进行修改，从而对弹性臂的应变性能进行修改和确定，进而所测压力的范围进行修改和确定，通过光刻定位孔对光刻过程进行定位，使得敏感电阻能够形成在弹性臂应变检测最佳的位置处，从而对弹性臂所产生的应变进行更快速准确地感应，使得敏感电阻随着弹性臂的不同应变而产生不同的电阻值，利用敏感电阻和光刻电路所组成的惠斯通电桥结构产生电信号，电信号依次通过焊盘端头、连接焊盘和信号输出引针向外输出，经过计算依次反推敏感电阻的阻值、弹性臂的应变、凸台的移动距离以及弹性膜片所承受的压力值，并缩短计算时间，从而准确、及时地获得所测流体的压力值，通过外接环体方便对桥臂进行精确定型，实现在高静压长期运行时传感器的稳定性和可靠性高，测量精度可达到0.05％fs。
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1.高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，包括连接环(2)，所述连接环(2)的一侧安装有高压腔体(1)，所述连接环(2)的另一侧安装有低压腔体(4)，所述高压腔体(1)位于连接环(2)内侧的一端端面上设有弹性膜片(7)，所述弹性膜片(7)位于连接环(2)内侧的一侧面上安装有桥臂(3)，所述桥臂(3)靠近低压腔体(4)的一侧设有镀膜平面(12)，所述镀膜平面(12)上设有多层纳米薄膜(16)，所述高压腔体(1)内靠近弹性膜片(7)的一侧设有高压侧保护块(8)，所述低压腔体(4)内靠近桥臂(3)的一侧设有低压侧保护块(9)，低压腔体(4)的外周开设有传感器安装位(11)。
2.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述高压腔体(1)的内部设有高压腔室(5)，所述低压腔体(4)的内部设有低压腔室(6)，高压腔室(5)和低压腔室(6)相对的一端均设有阶梯环，高压侧保护块(8)通过阶梯环与高压腔室(5)的侧壁摩擦限位，低压侧保护块(9)通过阶梯环与低压腔室(6)的侧壁摩擦限位。
3.根据权利要求1所述的高静压纳
4.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述高压侧保护块(8)靠近弹性膜片(7)的一侧面设有第一抵接面(26)，所述第一抵接面(26)的中部开设有第一凹槽(25)，所述第一凹槽(25)的内侧尺寸与凸台(10)的外侧尺寸一致。
5.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述高压腔体(1)、弹性膜片(7)和凸台(10)为一体式结构。
6.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述桥臂(3)的两端靠近弹性膜片(7)的位置处均设有第一桥墩(13)，所述桥臂(3)的中心靠近弹性膜片(7)的位置处设有第二桥墩(30)，所述桥臂(3)靠近弹性膜片(7)的一侧且位于第二桥墩(30)的两侧均开设有桥洞(14)，桥臂(3)上位于桥洞(14)的一侧设有弹性臂(15)。
7.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述桥臂(3)的外侧套设有外接环体(21)，所述镀膜平面(12)的一侧开设有光刻定位孔(20)，所述多层纳米薄膜(16)内通过光刻制成敏感电阻(17)与光刻电路(18)，所述多层纳米薄膜(16)的边缘处埋设有焊盘端头(19)，所述敏感电阻(17)、光刻电路(18)和焊盘端头(19)组成惠斯通电桥结构，所述敏感电阻(17)分别对应设置在靠近每个弹性臂(15)两端的位置处。
8.根据权利要求7所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述焊盘端头(19)用于向外输出电信号，所述连接环(2)的外周安装有信号输出引针(22)，连接环(2)内壁上且靠近信号输出引针(22)的位置处固定穿设有连接焊盘(23)，连接焊盘(23)与焊盘端头(19)一一对应，信号输出引针(22)通过连接焊盘(23)与焊盘端头(19)电性连接。
9.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述高压侧保护块(8)上开设有若干个均匀分布的第一通压孔(24)，所述低压侧保护块(9)上开设有若干个均匀分布的第二通压孔(27)。
10.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述低压侧保护块(9)靠近弹性膜片(7)的一侧设有第二抵接面(29)，第二抵接面(29)的中部开设有第二凹槽(28)，第二凹槽(28)的内部各处尺寸与桥臂(3)保持一致。
...【技术特征摘要】
1.高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，包括连接环(2)，所述连接环(2)的一侧安装有高压腔体(1)，所述连接环(2)的另一侧安装有低压腔体(4)，所述高压腔体(1)位于连接环(2)内侧的一端端面上设有弹性膜片(7)，所述弹性膜片(7)位于连接环(2)内侧的一侧面上安装有桥臂(3)，所述桥臂(3)靠近低压腔体(4)的一侧设有镀膜平面(12)，所述镀膜平面(12)上设有多层纳米薄膜(16)，所述高压腔体(1)内靠近弹性膜片(7)的一侧设有高压侧保护块(8)，所述低压腔体(4)内靠近桥臂(3)的一侧设有低压侧保护块(9)，低压腔体(4)的外周开设有传感器安装位(11)。
2.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述高压腔体(1)的内部设有高压腔室(5)，所述低压腔体(4)的内部设有低压腔室(6)，高压腔室(5)和低压腔室(6)相对的一端均设有阶梯环，高压侧保护块(8)通过阶梯环与高压腔室(5)的侧壁摩擦限位，低压侧保护块(9)通过阶梯环与低压腔室(6)的侧壁摩擦限位。
3.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述弹性膜片(7)的中心处靠近桥臂(3)的一侧与桥臂(3)固定连接，所述弹性膜片(7)中心处靠近高压腔室(5)的一侧设有凸台(10)，凸台(10)的厚度比弹性膜片(7)厚。
4.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述高压侧保护块(8)靠近弹性膜片(7)的一侧面设有第一抵接面(26)，所述第一抵接面(26)的中部开设有第一凹槽(25)，所述第一凹槽(25)的内侧尺寸与凸台(10)的外侧尺寸一致。
5.根据权利要求1所述的高静压纳米薄膜电阻应变式差压传感器及变送器，其特征在于，所述高压腔体(1)、弹性膜片(7)和凸台(10)为一体式结构。
6.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：王玉贵，唐运军，徐冬苓，张福海，雷卫武，昌正科，蒲史鸣，黄元媛，林宇，张明晖，
申请(专利权)人：核电运行研究上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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