专利名称：:微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于压力测试的电子测压器，具体是一种微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器。技术背景电子测压器是适用火炮膛压测试的专用测试仪器，适用于火炮膛内具有高温、高压的特殊环境下进行瞬态压力测试的放入式压力测试设备，针对其使用环境的特殊性，电子测压器存在如下要求1、能承受膛内高压及伴随高压出现的瞬时高温的作用，高压可达800MPa级，瞬时高温可达3000°C，因此对电子测压器的环境适应性要求很高；2、电子测压器需和弹药一起保高、低温，高温可达6(TC，低温可达-40'C，保温持续时间可达72小时，保温后直接放入炮膛射击测试膛压，对高低温性能要求很高；3、对电子测压器的体积有严格的限制，根据"火炮内弹道测试方法"国家军用标准，电子测压器体积必须小于药室容积的2.0%，对于中口径火炮，这个要求是很苛刻的；4、电子测压器在炮膛内测试时要承受火药气体扰动时所造成的冲击，此冲击振动可达到5000g的加速度值。总之，火炮膛压测试的测试环境都极端恶劣，不仅要求电子测压器耐高温、抗高冲击振动、适应高低温环境，同时要求电子测压器具有微小体积、高可靠性、高精度的特点。而就目前国内的内置式电子测压器与国外同种类压力测试仪器相比，国内的内置式电子测压器的性能指标在体积方面低于国外产品，例如HPI公司600MPa的内置式电子压力测试仪，该测试仪体积仅为22cm3，而国内产品体积达60c附3;主要是由于配置的压力传感器体积较大，进而限制了内置式电子测压器的体积缩小的可能性，使它只能用于容积较大的测试环境(如大中口径以上火炮膛压测试)。此外，目前由于电子测压器所使用的压力传感器价格十分昂贵，造成电子测压器的成本难以降低，售价高昂，对于取代已经使用了百年的铜柱(铜球)测压器的电子测压器来说，这是当前限制电子测压器推广应用的主要瓶颈。我国是世界上第一个已经开始推广使用电子测压器的国家，降低电子测压器的价格将能使电子测压器能够全面推广使用，这对于我国国防建设将有重要意义。
发明内容本发明为了解决现有电子测压器配置的压力传感器体积较大，导致电子测压器整体体积过大，无法满足体积受限场合的使用要求(例如中小口径火炮膛压测试)的问题，提供了一种微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器。本发明是采用如下技术方案实现的微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器，包括采用弹性金属材料制成的、作为外壳的筒状动极板，和通过端盖固定于筒状动极板中央的、与筒状动极板构成检测电容的筒状固定极板，筒状固定极板内设置有与由筒状固定极板、筒状动极板构成的检测电容的输出端相连的测量电路。为保护火炮膛线，筒状动极板两端套固有护膛环。使用时，将本发明所述电子测压器置于火炮膛内，当火炮膛压发生变化，会引起筒状动极板应力"、应变e的变化，筒状动极板发生形变，筒状动极板与筒状固定极板之间距离发生变化，筒状动极板与筒状固定极板构成的检测电容的电容量发生变化，然后，通过连接于检测电容输出端的测量电路将表征膛压变化的电容变化处理、转换、存储。测量电桥以及后续信号转换、存储电路，所述测量电路为现有微小型化电容式传感器的测量电路，因此，本发明说明书中未对测量电路进行描述，仅提供电路原理方框图一份(如图3所示)。与现有技术相比，本发明以弹性金属材料制成的筒状外壳(即筒状动极板)，并在筒状动极板中设置内筒(即筒状固定极板)以构成变间隙式检测电容(可以测量微米数量级的筒状外壳变形)的结构，将被测量一压力转换成电容量的变化，这样的结构增大了板间面积，增加了初始电容量，便于后面的测量和提取；同时，将测量由压力引起的电容量变化的测量电路内置于作为固定极板的内筒中，使得压力传感器与测量电路结构一体化，结构紧凑，体积小，满足体积受限场合对体积大小的限制，使用范围广，进行压力测试时，能在承受高压的同时，实时实况地测取动态数据，掌握测试环境的压力变化规律。本发明具有结构简单、体积小、使用范围广(如能覆盖大、中、小各类口径火炮的膛压测试)、制作成本低等优点。还适用于石油井下射孔压力等多种具有高温、高压的特殊环境和一般环境下进行的瞬态压力测试。图1为本发明的结构示意图；图2为本发明在450MPa下壳体的微应变图；图3为本发明测量电路的电路原理方框图；图中l-筒状动极板；2、3-端盖；4-筒状固定极板；5-测量电路；6、7-护膛环。具体实施方式微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器，包括采用弹性金属材料制成的、作为外壳的筒状动极板l，和通过端盖2、3固定于筒状动极板1中央的、与筒状动极板1构成检测电容的筒状固定极板4，筒状固定极板4内设置有与由筒状固定极板4、筒状动极板1构成的检测电容的输出端相连的测量电路5。筒状动极板1两端套固有护膛环6、7。所述弹性金属材料采用马氏体实效钢，此种材料的屈服极限应力为=2000Mpa。其实，所有的金属材料都是弹性材料，只是各个的弹性范围不同，例如有的金属在100Mpa下就发生了塑性变形；因此，对于端盖、外壳选用的金属材料是能满足压力测试需要的金属材料即可。具体实施时，考虑到电子测压器对于体积的要求，我们取极板间距J=0.5wm，极板面积0.0016附2，电容初始电容量(:。=""=28.35/7尸。通过ANSYS仿真软件可得到因被测压力发生改变时，由筒状动极板和筒状固定极板构成的检测电容的电容量变化，如图2所示，在450MPa下，筒状动极板发生的微应变；依次在50MPa、150MPa、250MPa、350MPa、450MPa、550MPa下，对本发明所述电子测压器进行仿真，得到一组随压强变化的形变数值和电容变化差值，如下表所示。表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>经对表1的数据分析，可以看出，本发明所述电子测压器的线性度很好，每增加100MP的压力，筒状动极板的变形量大约增加0.03mm;同时，每增加lOOMPa的压力，由筒状动极板和筒状固定极板构成的检测电容的电容量大约增加1.76;xP。权利要求1、一种微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器，其特征在于包括采用弹性金属材料制成的、作为外壳的筒状动极板(1)，和通过端盖(2、3)固定于筒状动极板(1)中央的、与筒状动极板(1)构成检测电容的筒状固定极板(4)，筒状固定极板(4)内设置有与由筒状固定极板(4)、筒状动极板(1)构成的检测电容的输出端相连的测量电路(5)。2、根据权利要求l所述的微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器，其特征在于所述弹性金属材料采用马氏体实效钢。3、根据权利要求l所述的微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器，其特征在于筒状动极板(1)两端套固有护膛环(6、7)。专利摘要本发明涉及一种用于压力测试的电子测压器，具体是一种微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器。解决了现有电子测压器配置的压力传感器体积较大，导致电子测压器整体体积过大，无法满足体积受限场合的使用要求的问题，该微型电容式传感、承压结构一体化电子测压器包括采用弹性金属材料制成的、作为外壳的筒状动极板，和通过端盖固定于筒状动极板中央的、与筒状动极板构成检测电容的筒状固定极板，筒状固定极板内设置有与由筒状固定极板、筒状动极板构成的检测电容的输出端相连的测量电路。本发明具有结构简单、体积小、使用范围广、制作成本低等优点。文档编号F41A31/00GKCN101201229SQ200710185310公开日2008年6月18日申请日期2007年11月26日发明者张红艳,李新娥,沈大伟,裴东兴,鸿靳,马铁华,骥齐申请人:中北大学导出引文BiBTeX,EndNote,RefMan