金属基传感器静态性能测试装置及系统

本发明涉及微机电系统，尤其涉及金属基传感器静态性能测试装置及金属基传感器静态性能测试系统。

背景技术：

1、作为理想的新型清洁能源，氢的低成本制取、输送和安全储存是目前氢能源应用的重点课题。其中，氢的安全储运是氢能应用的关键难点之一，也是制约其实用化和普及化的关键。高压气态储氢具有罐体结构简单、能耗低、安全稳定等优点，是现阶段氢能储运的主要方式。为了提高氢气储运量，研究机构应用或试用的储氢罐最高压力已经达到了75mpa左右，如此高的压力一旦出现问题，后果不敢设想。并且，储氢罐在实际使用时，受环境高温天气等环境因素影响很大，极易出现压力过大等高风险问题，因而对储氢罐的压力实时监测刻不容缓。

2、目前，对于储氢罐压力实时监测主要通过压力传感器实现，而常见的金属基底薄膜压力传感器静态性能测试设备包括气体或者液体活塞压力计、静重式活塞压力计等。其中，气体或者液体压力计的计量范围一般在0至105pa左右，常用于微压和低压区的压力测量；且两者对压力传感器测试封装的密封性要求高，随着测量压力的增大，对测试装置的密封性要求越高。氢原子是自然界已知元素中，原子半径最小的，极易发生泄漏。因此，基于活塞原理的流体压力测试装置不再适用。硅基等材料的传感器，受制于材料的强度，压力芯片本身十分脆弱，无法满足大量程流体压力测量。

3、相比之下金属基传感器，即金属基底mems(micro-electro-mechanical system的缩写，微机电系统)薄膜流体电阻式压力传感器，其结构相对简单，可靠性高，更加适用于大载荷压力测量；同时尺寸小巧便于布置，不会对器件的工作环境造成流速或流量的扰动，具有很好的压力定点测量精度与响应速度，有着巨大的发展前景。

4、然而，由于涉及很高的压力，对于金属基底mems薄膜压力传感器的静态性能测试中，若直接采用高压液体或气体，均存在破裂、碎片等很大的危险性，并且通常需要专用防爆破装置，显著增加了实验的成本。。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服金属基底mems薄膜压力传感器性能测试装置安全性问题和成本问题，提供一种金属基传感器静态性能测试装置及系统，通过第一传递介质传递压头的压力并形成密封，对密封性要求低，具有更高的安全性，操作更简单、测试成本更低。

2、本发明提供了一种金属基传感器静态性能测试装置，用于金属基底mems膜流体电阻式压力传感器的静态性能测试，该金属基传感器静态性能测试装置包括第一套筒，所述第一套筒包括第一端面，所述第一端面上设置有容置孔，所述容置孔用于容纳所述金属基底mems膜流体电阻式压力传感器，所述容置孔的孔径与所述金属基底mems膜流体电阻式压力传感器的轮廓外径一致，所述容置孔的孔底设置有贯通所述第一套筒的第一筒孔，所述第一筒孔的孔径与所述金属基底mems膜流体电阻式压力传感器的封装外径一致；第二套筒，所述第二套筒包括第二端面，所述第二端面与所述第一端面抵接、形成所述金属基底mems膜流体电阻式压力传感器的限位；所述第二端面上开设有贯通所述第二套筒的第二筒孔，所述第二筒孔的孔径与所述金属基底mems膜流体电阻式压力传感器的封装外径一致，所述第二筒孔与所述第一筒孔同轴设置；压头，所述压头能够移动的设置在所述第二筒孔内，所述压头用于为所述金属基底mems膜流体电阻式压力传感器施加压力；第一传递介质，所述第一传递介质设置在所述第二筒孔内，所述第一传递介质用于传递所述压头的压力至所述金属基底mems膜流体电阻式压力传感器，并形成所述第二筒孔的密封。

3、在本发明的一个实施例中，所述第一传递介质的厚度为2-100mm。

4、在本发明的一个实施例中，还包括第二传递介质，所述第二传递介质设置在所述第一传递介质和所述压头之间，所述第二传递介质用于将所述压头的压力均匀的传递至所述第一传递介质，并形成所述第一传递介质的密封。

5、在本发明的一个实施例中，所述第二传递介质的厚度为3-50mm。

6、在本发明的一个实施例中，所述第二端面围绕所述第二筒孔的圆周方向设置有阳限位牙槽，所述容置孔围绕所述第一筒孔的圆周方向设置有适配所述阳限位牙槽的阴限位牙槽。

7、在本发明的一个实施例中，所述第一端面和第二端面上均设置有麻面，所述麻面由电火花放电加工而成。

8、在本发明的一个实施例中，还包括套筒限位组件，所述套筒限位组件用于所述第一套筒和第二套筒的限位；所述套筒限位组件包括第一限位座、盖板、第二限位座和底板；所述第一限位座设置有贯通的沉头孔，所述第二套筒设置在所述沉头孔内，且所述第二套筒远离所述第一端面的一端设置有适配所述沉头孔的法兰部，所述盖板能够拆卸的设置在第一限位座上、所述盖板用于对所述法兰部轴向限位，且所述盖板上开设有连通所述第二筒孔的冲压孔；所述第二限位座能够拆卸的与所述第一限位座相抵接，所述第二限位座设置有贯通的安装孔，所述第一套筒设置在所述安装孔内；所述底板能够拆卸的设置在所述第二限位座上、所述底板用于对所述第一套筒轴向限位，且所述底板上开设有连通所述第一筒孔的引线孔。

9、在本发明的一个实施例中，所述第一套筒靠近所述第一端面的一端沿自身轴向凸起、形成凸台，所述凸台至少部分伸入所述沉头孔内。

10、在本发明的一个实施例中，所述第一套筒远离所述第一端面的一端沿自身径向凸出、形成防转块，所述安装孔上开设有适配所述防转块的防转槽。

11、本发明还提供一种金属基传感器静态性能测试系统，包括万能试验机、信号处理部件、万用表、供电部件、以及上述任意一项所述的金属基传感器静态性能测试装置，所述第二套筒和第一套筒设置在所述万能试验机的载物台上，所述压头与所述万能试验机的加载端相连接，所述信号处理部件分别与所述万用表、供电部件和所述金属基底mems膜流体电阻式压力传感器电连接。

12、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

13、本发明所述的金属基传感器静态性能测试装置及系统，通过第一传递介质作为施加力的流体介质，取代高压液体或者气体，具有更高的安全性，从根本上避免了高压液体或气体带来的安全隐患。省去了专业防爆装置的需求，使得测试操作更简单、测试成本更低。橡皮泥能够在压头的作用力下，将压力传递给金属基底mems膜流体电阻式压力传感器；同时，由于第一传递介质具有一定流动特性，而其流动特性又相对较弱，在压头的作用力下能够自身形变、与第二筒孔的筒壁形成高压力的密封，保证整个测试结果的精度。

技术特征：

1.一种金属基传感器静态性能测试装置，用于金属基底mems膜流体电阻式压力传感器的静态性能测试，其特征在于，该金属基传感器静态性能测试装置包括：

2.根据权利要求1所述的金属基传感器静态性能测试装置，其特征在于：所述第一传递介质的厚度为2-100mm。

3.根据权利要求1或2所述的金属基传感器静态性能测试装置，其特征在于，还包括第二传递介质，所述第二传递介质设置在所述第一传递介质和所述压头之间，所述第二传递介质用于将所述压头的压力均匀的传递至所述第一传递介质，并形成所述第一传递介质的密封。

4.根据权利要求3所述的金属基传感器静态性能测试装置，其特征在于：所述第二传递介质的厚度为3-50mm。

5.根据权利要求1所述的金属基传感器静态性能测试装置，其特征在于：所述第二端面围绕所述第二筒孔的圆周方向设置有阳限位牙槽，所述容置孔围绕所述第一筒孔的圆周方向设置有适配所述阳限位牙槽的阴限位牙槽。

6.根据权利要求1所述的金属基传感器静态性能测试装置，其特征在于：所述第一端面和第二端面上均设置有麻面，所述麻面由电火花放电加工而成。

7.根据权利要求1所述的金属基传感器静态性能测试装置，其特征在于，还包括套筒限位组件，所述套筒限位组件用于所述第一套筒和第二套筒的限位；所述套筒限位组件包括第一限位座、盖板、第二限位座和底板；

8.根据权利要求7所述的金属基传感器静态性能测试装置，其特征在于：所述第一套筒靠近所述第一端面的一端沿自身轴向凸起、形成凸台，所述凸台至少部分伸入所述沉头孔内。

9.根据权利要求7所述的金属基传感器静态性能测试装置，其特征在于：所述第一套筒远离所述第一端面的一端沿自身径向凸出、形成防转块，所述安装孔上开设有适配所述防转块的防转槽。

10.一种金属基传感器静态性能测试系统，其特征在于，包括万能试验机、信号处理部件、万用表、供电部件，以及如权利要求1-9中任意一项所述的金属基传感器静态性能测试装置，所述第二套筒和第一套筒设置在所述万能试验机的载物台上，所述压头与所述万能试验机的加载端相连接，所述信号处理部件分别与所述万用表、供电部件和所述金属基底mems膜流体电阻式压力传感器电连接。

技术总结
本发明涉及金属基传感器静态性能测试装置及系统，包括第一套筒、第二套筒、压头和第一传递介质；第一套筒包括第一端面，第一端面上设置有容置孔，容置孔的孔底设置有贯通第一套筒的第一筒孔；第二套筒包括第二端面，第二端面与第一端面抵接；第二端面上开设有贯通第二套筒的第二筒孔，第二筒孔与第一筒孔同轴设置；压头能够移动的设置在第二筒孔内；第一传递介质设置在第二筒孔内。本发明所述的金属基传感器静态性能测试装置及系统，通过第一传递介质传递压头的压力并形成密封，对密封性要求低，具有更高的安全性，操作更简单、测试成本更低。

技术研发人员：王春举,钱达,陈立国,贺海东,孙立宁
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25