一种基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器，包括正交异性复合材料腰形筒弹性体元件、腰形支撑板、带加压口的腰形支撑板、特制专用电阻应变敏感元件、以及微型插座，所述腰形支撑板和带加压口的腰形支撑板分别装配于正交异性复合材料腰形筒弹性体元件的两端，4片所述特制专用电阻应变敏感元件黏贴在正交异性复合材料腰形筒弹性体元件上，在4片特制专用电阻应变敏感元件上按全桥接入微型插座，形成测试桥路。
【专利说明】
一种基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器
技术领域
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[0001 ]本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种流体压力传感器，具体为一种基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器。
【背景技术】
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[0002]随着科学技术的发展，传感器技术在国民经济各部门的作用和地位日益凸显，在国防科工、检测技术、生物化工、电子信息技术等领域具有广泛应用。作为传感器的一个重要分支，压力(工程测试中的压力，实际上就是物理学中的压强)传感器的发展与应用也日益受到人们的重视，已广泛应用于工业生产、智能建筑、航空航天、生物、医疗、油井、电力、船舶、管道等众多领域。电阻应变式压力传感器基于电阻应变效应工作，主要由弹性敏感元件和应变片组成，通过应变片电桥输出电压，具有精度高、体积小、重量轻、测量范围宽、固有频率高、动态响应快等优点。
[0003]电阻应变式压力传感器的弹性元件通常为薄壁圆管，在受内压后，其周向只有拉应变且各处相同。若用该型式制成微压(O?15Pa)传感器，圆筒的直径将很大，且壁很薄(会引起非线性和滞后误差)，这在使用上是不允许的。
[0004]研究表明，将圆形截面改为腰形，则会存在弯曲应变，表现为外表面的周向应变各处不同。当腰型的尺寸参数调整至某数值后，在外表面的周向应变将出现拉、压应变区域。通过在适当位置安装电阻应变敏感元件就可以制成高灵敏度的微压传感器。
[0005]然而，各向同性材料筒(管)型弹性元件受内压后，轴向应变虽然小于周向应变，但不可忽略。轴向应变的存在极大的影响了应变敏感元件的测试精度，进而影响了传感器的精度。而且，复合材料以其重量轻、强度高、加工成型方便、可设计性强、弹性优良、便于大面积整体成形、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。显然，由各向同性材料制成的弹性元件，因其固有缺陷，限制了电阻应变式压力传感器在复合材料结构中的应用。
【发明内容】
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[0006]本发明提供一种基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器，质量轻、精度高，用于流体微压力测试，还可以以其为基础制成测量高度、密度、流量、速度等仪表，尤其适用于复合材料结构。
[0007]本发明采用如下技术方案:一种基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器，包括正交异性复合材料腰形筒弹性体元件、腰形支撑板、带加压口的腰形支撑板、特制专用电阻应变敏感元件、以及微型插座，所述腰形支撑板和带加压口的腰形支撑板分别装配于正交异性复合材料腰形筒弹性体元件的两端，4片所述特制专用电阻应变敏感元件黏贴在正交异性复合材料腰形筒弹性体元件上，在4片特制专用电阻应变敏感元件上按全桥接入微型插座，形成测试桥路。
[0008]进一步地，所述正交异性复合材料腰形筒弹性体为碳纤维复合材料制成。
[0009]进一步地，所述专用电阻应变敏感元件包括纵栅和横栅，所述纵栅和横栅相垂直设置。
[0010]本发明具有如下有益效果:本发明以正交异性复合材料腰形筒作为弹性体元件，制成具有高精度、高灵敏度的应变式微压传感器;充分利用纤维复合材料的力学性能呈正交异性的特点，避免弹性元件轴向应变对周向应变的影响，进而提高测试精度;充分利用腰形筒受内压后周向应变出现拉、压应变交替的特点，选择合适的电阻应变敏感元件安装位置，进而提高传感器的灵敏度。本发明用于流体微压力测试，具有质量轻、精度高、灵敏度高的优点，尤其适用于复合材料结构。
【附图说明】
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[0011]图1为基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器结构示意图。
[0012]图2为正交异性复合材料腰形筒弹性体受内压后外表面周向应变云图。
[0013]图3为特制专用电阻应变敏感元件的结构示意图。
[0014]其中:
[0015]1-正交异性复合材料腰形筒弹性体；2-腰形支撑板；3-带加压口的腰形支撑板;4—特制专用电阻应变敏感元件;4-1—纵栅;4-2—横栅;5—微型插座。
【具体实施方式】
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[0016]请参照图1所示，本发明基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器包括正交异性复合材料腰形筒弹性体元件1、腰形支撑板2、带加压口的腰形支撑板3、特制专用电阻应变敏感元件4、以及微型插座5，其中腰形支撑板2和带加压口的腰形支撑板3分别装配于正交异性复合材料腰形筒弹性体元件1(纤维方向与周向一致)的两端，当从进压口充以内压后，腰形筒弹性体I可视为两端固支、承受内压的腰形柱壳。4片特制专用电阻应变敏感元件4黏贴在正交异性复合材料腰形筒弹性体元件I上，在4片特制专用电阻应变敏感元件4上按全桥接入微型插座5，形成测试桥路。
[0017]本发明中正交异性复合材料腰形筒弹性体I为碳纤维复合材料制成，纤维方向沿腰形筒周向。其力学性能呈正交异性，轴向形变响应远远小于周向形变响应，可以忽略不计。腰形支撑板2为正交异性复合材料腰形筒弹性体I 一端的封口元件，可视为固支撑。带加压口的腰形支撑板3为正交异性复合材料腰形筒弹性体I另一端的封口元件，当从加压口充以内压后可视为固支撑。特制专用电阻应变敏感元件4可以承受较高的桥压，从而得到较大的输出电压值。微型插座5为组成测试桥路的电阻应变敏感元件的引线接入端。
[0018]请参照图2正交异性复合材料腰形筒弹性体受内压后外表面周向应变云图选择特制专用电阻应变敏感元件4的黏贴位置。图2所示为有限元分析结果，所用算例中，正交异性复合材料腰形筒弹性体I的形状参数包括:长度L，凹、凸面曲率半径r1、r2，曲率圆心角Θ，两侧半圆曲率半径为(r2-ri)/2。正交异性复合材料腰形筒弹性体I所用复合材料为T700碳纤维复合材料，纤维方向沿正交异性复合材料腰形筒弹性体I的周向。图2分析结果显示，正交异性复合材料腰形筒弹性体I的凹面中间部位分别存在两组等值的正应变和负应变峰值，适合作为特制专用电阻应变敏感元件4的粘贴位置。
[0019]上述算例中，轴向应变为0，不会对周向应变的测量产生影响。
[0020]特制专用电阻应变敏感元件4的结构如图3所示，其包括纵栅4-1和横栅4-2，其中纵栅4-1和横栅4-2相垂直设置。
[0021]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器，其特征在于:包括正交异性复合材料腰形筒弹性体元件(I)、腰形支撑板(2)、带加压口的腰形支撑板(3)、特制专用电阻应变敏感元件(4)、以及微型插座(5)，所述腰形支撑板(2)和带加压口的腰形支撑板(3)分别装配于正交异性复合材料腰形筒弹性体元件(I)的两端，4片所述特制专用电阻应变敏感元件(4)黏贴在正交异性复合材料腰形筒弹性体元件(I)上，在4片特制专用电阻应变敏感元件(4)上按全桥接入微型插座(5)，形成测试桥路。2.如权利要求1所述的基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器，其特征在于:所述正交异性复合材料腰形筒弹性体(I)为碳纤维复合材料制成。3.如权利要求2所述的基于正交异性复合材料的腰形管应变式微压传感器，其特征在于:所述专用电阻应变敏感元件⑷包括纵栅(4-1)和横栅(4-2)，所述纵栅(4-1)和横栅(4-2)相垂直设置。
【文档编号】G01L9/04GK105953969SQ201610451237
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】熊克, 刘红光, 赵政, 马学仕, 宋丹
【申请人】南京航空航天大学