专利名称：一种微型压力传感器标定台的制作方法
技术领域：
本发明涉及压力传感器标定台，特别涉及一种接触点小的微型压力传感器静态标
定台o
二背景技术：
传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一，从宇宙开发到海底探秘， 从生产的过程控制到现代文明生活，几乎每一项技术都离不开传感器。压力传感器具有体 积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点，可广泛用于压力、高度、加
速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。 微型压力传感器具有精度可靠的力传感性能，该类传感器采用了已被证明的可靠 的传感技术，即使用专门设计的精度压敏电阻硅传感元件。小功率，无放大、无补偿的惠斯 顿桥电路设计可在力范围内提供内在稳定的毫伏级电压输出。 微型压力传感器根据埋入的压电电阻，在其受到任何外力时，其电阻会增加的原 理工作。微型压力传感器通过受力敏感接触部位，将施加的力直接集中到硅-传感元件上， 电阻值的变化是随施加的力的大小而成比例的变化。电路电阻的变化致使毫伏级输出电压 也作相应的变化。 传感器的测量精度是评定传感器最重要的性能指标之一，其误差包括随机误差和 系统误差。对于微型压力传感器而言，其随机误差主要由内部信号处理电路、量化误差、外 界干扰等因素引起；系统误差主要由标定系统的标定精度所决定。微型传感器本身结构精 密，受力接触点较小，因此传感器标定装置的设计研究至关重要，其标定精度将直接影响其 使用时的测量精度。
三
发明内容
技术问题本发明针对接触点小的微型压力传感器难以标定的问题，设计了一种
精度高、安装简单、操作方便、通用性强的微型压力传感器的静态标定台。 技术方案 一种微型压力传感器的静态标定台，包括标定台底座、安装支架、横梁
以及传感器触头，所述的安装支架设置在标定台底座上，所述的横梁中部通过一个轴承固
定在安装支架上，在所述的横梁一端装有一个粗调平调螺母和一个细调平螺母，在所述的
横梁的另一端通过细线悬挂一个砝码盘，在横梁的细线悬挂点与轴承之间设置有一紧固
夹，一垂直导向轴通过该紧固夹可上下调节地固定在横梁上，在垂直导向轴的下端可拆分
地连接所述的传感器触头。 所述的紧固夹设置在所述的横梁细线悬挂点与轴承的正中间。 所述的传感器触头与垂直导向轴的下端螺纹连接，旋转传感器触头可使其上下移
动并可更换该传感器触头。 有益效果 1 、采用悬挂砝码盘式结构，抗偏载能力强
传感器标定台结构设计是影响标定精度的重要因素。如果加载到砝码盘的砝码 的重力产生了其它方向的分力而不能全部转化为传感器所受竖直方向的压力，标定的结果 误差很大。本发明采用悬挂砝码盘式结构，通过细线把砝码盘悬挂在横梁上。在加载砝码 时，无论加载到砝码盘的哪个位置都能保证横梁受力沿细线竖直向下，避免有其它方向的 分力，从而保证对微型压力传感器压力沿导向轴和可调式传感器触头竖直向下。与采用其 它托盘式结构相比，本发明能有效地提高标定精度。
2、传感器标定台采用粗、细螺母配重 传感器标定台本身重量在标定过程中不能忽略，本发明中采用粗、细螺母配置，在 对压力传感器标定之前先对标定台横梁水平调平衡，以抵消标定装置本身重量对压力传感 器受力的影响。本发明在横梁右端采用一个粗调平螺母和细调平螺母对标定台进行水平调 平衡。在标定前，首先调节粗调平螺母使标定台横梁处于一个基本水平状态，然后再缓慢调 节细调平螺母，使横梁保持一个较好的平衡状态。采用粗细调平螺母配重，调节方便，同时 保证了传感器标定精度。3、可对受力接触点很小的微型压力传感器进行标定。 由于微型压力传感器结构精细，一般采用点接触方式接受外界的压力，接触点面 积较小，因而不能直接利用砝码对传感器进行标定。本发明采用传感器触头直接接触压力 传感器的受力敏感部位，通过导向轴与传感器触头将压力传递给微型压力传感器，有效地 解决了难以直接采用砝码对传感器进行标定的问题，实现了传感器的精确标定。
4、可对不同类型接触点的微型压力传感器进行标定 微型压力传感器种类繁多，感受压力变化的传感器接触部位形态各异，介质多样。 从接触部位的形状来分，有的采用点接触，有的采用面接触以及其它各类形状；从接触部位 的介质来分，有的采用金属球接受外界压力，有的采用按钮接受外界压力以及其它各种接 触介质。如何对各种不同接触部位形状以及不同接触介质的微型压力传感器进行标定是一 个急需解决的问题。本发明采用的可变换的传感器触头结构设计很好地解决了这一问题。 本发明采用的可调式传感器触头通过螺纹与导向轴耦合在一起，可以通过旋转使可调式传 感器触头上下移动，该可调式传感器触头可针对不同微型压力传感器的接触部位形状和介 质来更换，针对不同的微型压力传感器，设计相应合适的传感器触头，能保证有效、方便和 精确地对传感器进行标定。
四
图1是压力传感器标定台正面图。
图2是压力传感器标定台背面图。
图3是压力传感器标定台尺寸标注图。
五、 具体实施方案 图l是压力传感器标定台正面图，其中1是微型传感器标定台底座，2是标定台支 架，3是细调平螺母，4是粗调平螺母，5是轴承，6是轴承支架，7是紧固夹，8是导向轴，9是 横梁，10是砝码托盘，11是可调式传感器触头。 —种微型压力传感器的静态标定台，包括标定台底座l，在标定台底座1上设有安装支架2，安装支架2通过一个轴承5与横梁9中部相连，所述的横梁9 一端装有一个粗调 平调螺母4和一个细调平螺母3，所述的横梁9的另一端通过细线悬挂一个砝码盘10，在细 线悬挂点与轴承5之间的横梁部分的正中间安装一垂直导向轴8，所述的导向轴8通过一安 装在横梁9下边的紧固夹7固定在横梁9上，通过调节紧固夹7的松紧可使导向轴8上下 移动，所述的导向轴8的底部装有可调式传感器触头ll，可调式传感器触头11与导向轴8 通过螺纹耦合在一起。 下面参照附图，对本发明的具体实施方案做出更详细的说明
参照图1、图2，本发明涉及一种压力传感器标定台。包括标定台底座l，在标定台 底座1的中间偏右位置设有垂直的安装支架2，所述的安装支架2用于承载标定台的其它 零配件。所述的安装支架2通过一个轴承5与横梁9中部相连，所述的轴承5由安装在横 梁9上的轴承支架6连接。所述的横梁9 一端为细圆柱体，横梁9的细圆柱体端上装有一 个粗调平调螺母4和一个细调平螺母3，粗调调平螺母4靠近安装支架2 —端，细调平螺母 3远离安装支架2 —端，所述的横梁9的另一端为矩形扁平状，末端通过细线悬挂一个砝码 圆盘10，在细线悬挂点与轴承5之间的横梁部分的正中间安装一垂直圆柱导向轴8，所述的 导向轴8通过一安装在横梁9下面的紧固夹7固定在横梁9上，通过调节紧固夹7的松紧 可使导向轴8上下移动，所述的导向轴8的底部装有可调式传感器触头11 ，所述的可调式传 感器触头11与导向轴8通过螺纹耦合，可以通过旋转而上下移动，同时所述的可调式传感 器触头11可取下更换为其它形状的传感器触头。 参照图3，在所述的压力传感器标定台中，设粗调平衡螺母4的质量为rv细调平 衡螺母3的质量为m2，以轴承5中心为分界线，设其右侧矩形横梁部分质量为m3，圆柱形横 梁部分质量为nv垂直导向轴8、紧固夹7与可调式传感器触头11的质量之和为1115，砝码盘 10的质量为m6，以轴承5中心为分界线，左侧横梁部分质量为m7。 以轴承5中心为支点，设粗调平衡螺母4中心距支点距离为115细调平衡螺母3中 心距支点距离为12，支点右侧矩形横梁长度13，圆柱形横梁部分末端距支点长度为14，垂直 导向轴8中心距支点距离为15，砝码盘10细线悬挂点距支点距离为16，支点左侧横梁总长 17。 在没有放置砝码时，由力矩平衡条件，得
11 1附'g/！ + w2g/2 + 5 w3g/3 + 5附4《(/3 + /4) = w5g/5 + w6g/6 + 5附7< /7 (1 ) 其中 m, = ya(;^、) ， p为平衡螺母材料的密度，巧为粗调平衡螺母的半径，^为其厚度。
m2 = / (7T《/g ， p为平衡螺母材料的密度，r2为细调平衡螺母的半径，h2为其厚度。 g为重力加速度。 当在砝码盘放置总质量为M的砝码时，横梁右端受一个大小为Mg的竖直向下的拉 力，相对支点产生大小为Mgl6的力矩，方向沿逆时针；压力传感器的受力触点通过可调式传 感器触头11产生大小为N，方向沿导向轴8竖直向上的支持力，相对支点产生大小为Nl5的 力矩，方向沿顺时针。
5
此时，由力矩平衡条件得
柳iM +附2鴻+会附3威+1附4她+ /4) + M5 = w5g/5 + w6g/6 +会m7g/7 + Mg/6 ( 2 )
联立(1)(2)式，可得 Nl5 = Mgl6 (3) 由牛顿第三定律(作用力和反作用力)，压力传感器的受力触点通过可调式传感 器触头11产生大小为N，方向沿导向轴8竖直向上的支持力，则压力传感器将受到可调式传 感器触头ll对传感器产生的竖直向下的压力F与N大小相等，方向相反，互为作用力与反 作用力。即 F = N (4)
因而 F = Mg》 (5) 由于砝码盘10细线悬挂点到支点的距离是导向轴8中心到支点的距离的两倍，即
16 = 215，所以传感器受到的压力 F = 2Mg (6) 即传感器所受压力为砝码重力的两倍，方向竖直向下。
实施例 本发明涉及一种微型压力传感器标定台，特别涉及用于接触点小微型压力传感器 的静态标定台，具体的操作方案如下 首先，将本发明的标定台基座1放在水平桌面上，对标定台底座1进行水平校准， 确保整个标定装置处于水平状态，调节横梁9粗调平螺母4和细调平螺母3，使横梁9保持 水平。 其次，安装压力传感器，使得微型压力传感器的受力接触部位正对上方的可调式 传感器触头11。松开紧固夹7，缓慢调节导向轴8的高度位置，使得可调式传感器触头11 距离微型传感器接触点0. 5厘米左右，然后拧紧紧固夹7。 然后，连通传感器测量电路，观察微型传感器的输出信号数值，此时压力传感器没 有与可调式传感器触头11接触，输出值为传感器空载时的输出。缓慢旋转可调式传感器触 头11使其恰好接触到微型压力传感器的接触部位，且一旦再旋转，传感器输出信号数值立 即发生变化时停止旋转，此时为未加载砝码的临界状态，即受力为零的状态。检查装置中每 个零配件，确保每个零配件安装准确、牢靠，微型压力传感器标定装置调节完毕，等待标定。
最后，向砝码盘内加载砝码，根据需要完成对微型压力传感器的标定。
权利要求
一种微型压力传感器的静态标定台，其特征是包括标定台底座(1)、安装支架(2)、横梁(9)以及传感器触头(11)，所述的安装支架(2)设置在标定台底座(1)上，所述的横梁(9)中部通过一个轴承(5)固定在安装支架(2)上，在所述的横梁(9)一端装有一个粗调平调螺母(4)和一个细调平螺母(3)，在所述的横梁(9)的另一端通过细线悬挂一个砝码盘(10)，在横梁(9)的细线悬挂点与轴承(5)之间设置有一紧固夹(7)，一垂直导向轴(8)通过该紧固夹(7)可上下调节地固定在横梁(9)上，在垂直导向轴(8)的下端可拆分地连接所述的传感器触头(11)。
2. 根据权利要求l所述的微型压力传感器标定台，其特征是所述的紧固夹(7)设置 在所述的横梁(9)细线悬挂点与轴承(5)的正中间。
3. 根据权利要求l所述的微型压力传感器标定台，其特征是所述的传感器触头(11) 与垂直导向轴(8)的下端螺纹连接。
4. 根据权利要求1、2或3所述的微型压力传感器标定台，其特征是所述的传感器触 头(11)为可换式。
全文摘要
本发明公开了一种微型压力传感器的静态标定台，包括标定台底座、安装支架、横梁以及传感器触头，所述的安装支架设置在标定台底座上，所述的横梁中部通过一个轴承固定在安装支架上，在所述的横梁一端装有一个粗调平调螺母和一个细调平螺母，在所述的横梁的另一端通过细线悬挂一个砝码盘，在横梁的细线悬挂点与轴承之间设置有一紧固夹，一垂直导向轴通过该紧固夹可上下调节地固定在横梁上，在垂直导向轴的下端可拆分地连接所述的传感器触头；所述的紧固夹设置在所述的横梁细线悬挂点与轴承的正中间；所述的传感器触头与垂直导向轴的下端螺纹连接。标定实验结果证明本发明具有精度高、安装简单、操作方便、通用性强等优点。
文档编号G01L25/00GK101782449SQ20101010831
公开日2010年7月21日 申请日期2010年2月8日 优先权日2010年2月8日
发明者吴涓, 宋爱国, 张小瑞, 徐效农, 胡小科 申请人:东南大学