含有复位弹性件的气压传感器及应用器具的制作方法

本发明涉及一种用于感测气压变化的电感式传感器，特别涉及一种含有复位弹性件的气压传感器。所述复位弹性件属于所述气压传感器常见的核心零部件，对所述气压传感器的感测性能起到至关重要的作用。

背景技术：

1、在燃气采暖炉中往往应用有气压传感器。所述燃气采暖炉还包括有连通到室外的通风管、控制器以及分别与所述控制器信号连接的风扇和燃烧系统，所述风扇的出风端连通所述通风管的进风口。所述风扇用于将所述燃烧系统产生的废气抽入到所述通风管内进而排放到室外。当室外出现强对流天气，导致外部强气流倒灌入所述通风管时，所述气压传感器将感测到的压差信号发送给所述控制器，所述控制器向所述风扇发出提高排风量的控制信号，从而使所述风扇保持有效的排风量，防止室外高压气体倒冲破坏所述燃气采暖炉的燃烧系统。所述气压传感器的种类繁多，其中常见结构可以通过如下现有专利窥见一斑，获知气压传感器的常规结构特点。例如专利号为201420559817.8，专利名称为电子风压开关及燃气具的中国专利中公开了如下的一种电子风压开关（实质也是一种气压传感器），包括：将电子风压开关内的腔体分成正压腔和负压腔的风压隔膜，位于所述风压隔膜同一侧的感应线圈、磁环和细径弹簧。其中在所述风压隔膜的中间区域固定设置有支撑架，所述支撑架上设置有磁环固定部，所述磁环与所述磁环固定部套接固定。所述感应线圈固定在盖体上，所述细径弹簧的两端分别伸入到所述感应线圈和磁环的内圈空间内，并顶压于所述盖体与所述磁环固定部之间。当所述负压腔内形成负压并使所述风压隔膜变形带动所述磁环轴向下移动时，所述细径弹簧被压缩，所述磁环进入到所述感应线圈内触发所述感应线圈向处理电路输出变化的电信号。又或者专利号为202020334045.3，专利名称为一种小结构的风压传感器的中国专利中又公开另一种结构的风压传感器，其包括一种小结构的风压传感器，包括气盖和胶壳，所述气盖与胶壳之间设有隔膜和活塞片，所述胶壳上设有用于容纳磁环的容纳腔，所述容纳腔的外部设有线圈，所述磁环的外部设有大弹簧，所述大弹簧设置于所述活塞片与胶壳之间；磁环的内部设有小弹簧，所述小弹簧设置在所述活塞片与调节螺丝之间。当气压变化诱导所述隔膜变形而带动所述磁环进入到所述感应线圈内触发所述感应线圈向处理电路输出变化的电信号。类似的结构还可以从现有专利201410502702.x、201420559977.2中获知。

2、上述现有传感器皆属于电感传感器，通电后所述感应线圈产生磁场，当所述风压隔膜因压差变化而变形导致所述磁环靠近或远离所述感应线圈时，所述感应线圈的磁场会产生变化，进而改变所述感应线圈的电感值。通过控制电路测量变化的所述电感值并转换输出物理量信号，例如震荡频率信号f。从常规控制电路设计上，上述专利技术产品的输出控制一般采用lc震荡电路，例如电子工业出版社2009年2月出版的《传感器与检测技术》，出版号isbn978-7-121-08191-0第三章所介绍的控测技术，当我们选取输入压差信号δp与对应输出震荡频率信号f时，经过多次实验发现，上述现有气压传感器的δp-f的关系谱线图会出现高低起伏的强离散型特征（见图1中的频率与气压差关系谱线图中的连线a），也称之为非线性，利用此关系谱线图反推获得的气压差值与真实气压差值会存在一定的偏差，针对此偏差问题，已有的技术通过优化磁环的运动稳定性、电感线圈的电感灵敏特性、磁环的磁化特性控制偏差的范围等，在消除这种非线性偏差方面已经取得一定效果，但近年来随着国家对碳排放环保要求越来越高，当将上述现有气压传感器应用到燃气采暖炉等燃气产品上时，由于上述现有气压传感器的精度不高，所述控制器不能精准地调控所述风扇的排风量，所述燃烧系统在倒灌气流的影响下不能充分燃烧，排放的碳含量升高，无法满足国家对碳排放环保要求。可见有必要进一步提高气压传感器的感测与输出精确度。

技术实现思路

1、为了提高气压传感器的感测与输出精确度，人们提出了多种改进方向，主要还是从传统解决思路，即从优化磁环的运动稳定性、电感线圈的电感灵敏特性、磁环的磁化特性方面入手。现有气压传感器总体上可以分为两大类，单弹簧式气压传感器和双弹簧式气压传感器，它们具有相同结构特征，即为在膜片的同一侧皆设置有伸缩变形的金属弹簧、磁环和感应线圈，所述弹簧位于所述感应线圈内或附近，这样的气压传感器结构紧凑，有利于气压传感器的小型化。上述已经成为现有气压传感器的常规、固定的设计模式。

2、如何优化气压差值与所述气压传感器输出信号值的关系谱线图的离散型特征，从而进一步提高气压传感器的感测与输出精确度是本发明致力解决的技术问题之一。当本发明人对现有气压传感器进一步深入研究后，提出了另一种前所未有的改进方向。具体地说，本发明人研究发现，现有产品在气压变化，引发所述膜片变形带动所述磁环进入到所述感应线圈内的感测过程中，所述感应线圈中的复位弹簧会被逐步压缩并且压缩量越来越大，对所述感应线圈主磁场的电磁干扰也越来越大，引发所述感应线圈所输出的电磁信号不规则改变呈离散型特征。此正是导致气压差值与输出信号值的关系谱线图会出现高低起伏的波浪线，而非线性的主要原因之一。

3、鉴于此，本发明提出一种含有复位弹性件的气压传感器，包括气动膜及外壳体，所述气动膜的外周边固定到所述外壳体，所述气动膜的中部形变区域能够响应于其左右两侧之间的压差变化而变形；其特征在于，在所述气动膜的右侧设置有磁感应副，其中所述磁感应副的感应线圈固定到所述外壳体上，所述磁感应副的动铁芯与气动膜传动连接从而当所述气动膜左右摆动时能够带着所述动铁芯也轴向左右移动；在所述气动膜的左侧配置有能够驱动所述气动膜的中部形变区域复位的复位弹性件，在位于所述气动膜右侧的所述感应线圈的主磁路上没有配置用于伸缩或移动用途并且导电率大于104西门子/米（s/m，摄氏20°测试数据）的弹簧。

4、其中，所述气动膜为一种能够受压变形的膜片，常见为硅胶薄膜、橡胶薄膜等弹性胶质薄膜。

5、其中，所述气动膜的外周边是位于所述中部形变区域外周的固定部。可理解为：所述气动膜的外周边相对所述外壳体是固定的。相应地所述中部形变区域可相对所述外壳体轴向左右摆动的（所述“轴向”定义的方向为大致垂直所述气动膜宽幅面的方向，也可以理解为所述气动膜的厚度方向；相对应的，与所述“轴向”垂直的方向即为“径向”；没有特别说明的情况下，本文中的“轴向”、“径向”统一采用上述含义）。所述气动膜的外周边固定到所述外壳体上的方式是多样的，例如所述气动膜的外周边可以直接连接并夹持于所述外壳体的外沿上，具体结构可参见背景部分中提及的现有技术方案。又或者，在所述外壳体内固定连接有一对左右分置的固定环，利用一对所述固定环夹持所述气动膜的外周边。

6、其中，所述感应线圈固定到所述外壳体上，可理解为：所述感应线圈相对所述外壳体是固定的。相对地，所述动铁芯可相对所述外壳体轴向左右移动。所述感应线圈固定到所述外壳体上的方式是多样的，例如所述外壳体一体成型有线圈骨架，所述感应线圈缠绕在所述线圈骨架上。

7、其中，所述动铁芯与气动膜传动连接，具体的实现方式有多种，例如在所述气动膜上一体成型有铁芯安装部，所述动铁芯固定到所述铁芯安装部上；又或者所述动铁芯通过固定到下面将要论述到的支撑架上从而与所述气动膜传动连接。不管采用何种方式，所述动铁芯能够跟随所述气动膜的左右摆动而左右移动。

8、其中，所述复位弹性件是位于所述气动膜的左侧，所以不与所述感应线圈、动铁芯位于所述气动膜的同一侧，所述复位弹性件与所述感应线圈之间形成有一定间距。

9、其中，工作时，在所述感应线圈的附近形成有磁场，其中将磁力线经过的路径分为主磁路和漏磁路，所述主磁路为闭环，靠近并环绕所述感应线圈布置，此处磁场强度较强，下称为主磁场；所述漏磁路布置在所述主磁路的外侧，往往不能形成闭环，此处磁场强度较弱，下称为漏磁场。

10、其中，在位于所述气动膜右侧的所述感应线圈的主磁路上没有配置用于伸缩或移动用途并且导电率大于104西门子/米（s/m）的弹簧，可以理解为，第一，在位于所述气动膜右侧的所述感应线圈的主磁路上没有设置任何弹簧；第二，在位于所述气动膜右侧的所述感应线圈的主磁路上排斥的是一种在感测过程中用作伸缩功能件，或移动功能件，或用作既伸缩又移动的功能件，并且导电率为114s/m、134s/m等大于104s/m的弹簧，例如金属弹簧，金属材质的电导率通常在106~107s/m之间。据此，在所述气动膜右侧也就不会存在不可预知的、变化的干扰电磁信号影响所述感应线圈并引发磁场强度变化的导电弹簧。现有技术的产品由于其所述感应线圈的主磁路上配置有金属弹簧，其不仅移动（变形），而且弹簧导电率较大，在所述感应线圈的主磁场作用下形成的较大感应电流，形成较大的反向感应磁场从而会影响所述感应线圈的主磁场强度并且因移动而形成非常不稳定的反向磁场。

11、关于弹簧导电率的定义及其数值标准，按国家相关测试标准执行。例如摄氏20°测试数据是测试标准条件之一。

12、本发明方案并不排斥在所述气动膜右侧的其它地方配置导电弹簧，例如，在所述气动膜右侧的所述感应线圈的漏磁路上配置用于伸缩或移动用途的金属弹簧，但是此处所述感应线圈的磁场非常微弱，所述金属弹簧的伸缩或移动对所述感应线圈的主磁场干扰非常有限。亦不排斥在位于所述气动膜右侧的所述感应线圈的主磁路上配置任何自身具有可伸缩或可移动物理属性的金属弹簧但只是感测过程中，让金属弹簧不伸缩或变形，也不移动即可，此种情况下即使所述金属弹簧产生干扰磁场，但所述干扰磁场是稳定的，不会导致所述感应线圈输出的电磁信号不规则改变呈离散型特征。亦不排斥在位于所述气动膜右侧的所述感应线圈的主磁路上配置用于伸缩或移动用途并且导电率小于104西门子/米（s/m）的弹簧，例如导电率为10-30s/m的绝缘塑胶弹簧，由于导电率较小属于绝缘体，即使在其上形成反向电流但其干扰磁场也非常微弱甚至接近零。

13、根据上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：由于在位于所述气动膜右侧的所述感应线圈的主磁路上没有配置用于伸缩或移动用途并且导电率大于104西门子/米（s/m）的弹簧，这样，能够减少在所述感应线圈所在一侧产生变化的电磁干扰信号，优化所述气压传感器的气压差值与输出信号值的关系谱线图的离散型特征，提高线性度，进一步提高气压传感器的感测与输出精确度。

14、进一步的技术方案还可以是，所述复位弹性件为压缩弹簧，所述复位弹性件能够驱动所述气动膜的中部形变区域带着所述动铁芯向右移动，从而使所述动铁芯复位到最右极限位置上。其中，所述最右极限位置是所述动铁芯在轴向左右移动范围内的最右端位置，也是当气压差为零时，所述动铁芯的初始位置。此时所述复位弹性件处于最接近所述感应线圈的位置上，无论如何所述复位弹性件不可能越过此位置而继续向右移动。当所述气动膜的左侧为负压并使所述中部形变区域向左隆起变形时，所述复位弹性件被压缩并远离所述感应线圈的主磁路，随着负压的增大，所述复位弹性件的压缩量越大，与所述感应线圈的主磁路的间距越大，所以，即使所述复位弹性件在最接近所述感应线圈的位置上对所述感应线圈的存在的一定的电磁干扰，但随着负压的增大，所述复位弹性件对所述感应线圈的干扰反而会逐步减小甚至接近零。

15、进一步的技术方案还可以是，还包括有向左侧凸起设置的台阶部，所述台阶部结合于所述气动膜的左侧膜壁上，所述复位弹性件的右端设置在所述台阶部上。其中，所述台阶部可以一体成型于所述气动膜的左侧膜壁上，亦可以与所述气动膜之间为分体结构。这样，利用所述台阶部有拉大所述复位弹性件与所述感应线圈之间的间距，使所述复位弹性件远离所述感应线圈的主磁路，减少对所述感应线圈的电磁干扰。

16、进一步的技术方案还可以是，所述台阶部一体成型于所述气动膜的左侧膜壁上。

17、对现有气压传感器作进一步研究分析发现，所述磁环的重量往往是所述膜片的好几倍，而在所述弹簧的顶压作用下，移动或静止状态中的所述磁环大部分位于线圈骨架之外，所述磁环在缺少支撑的情况下大幅度地倾斜下坠。当被测气体出现紊流或工作环境存在剧烈振动时，所述磁环失控并剧烈地径向晃动，所述磁环与感应线圈之间的径向间距将发生大幅度、无规则的变化，导致所述气压传感器测量等压差的被测气体时，输出信号值却不一致、不稳定，并且所述磁环非常容易被卡滞在所述线圈骨架的入口处，难以进入到所述感应线圈内完成压差感测工作。为了解决上述技术问题，本发明对现有结构进行了改进，进一步的技术方案是，在所述外壳体上固设有线圈骨架，所述线圈骨架的内侧构建有中心通道，所述感应线圈缠绕在所述线圈骨架的外侧；所述动铁芯以径向间隙配合结构被径向限制在所述线圈骨架的中心通道中，但所述动铁芯在所述中心通道中可轴向移动；所述线圈骨架的中心通道为所述动铁芯提供全程轴向移动导向，当所述动铁芯处于向左移动到最左极限位置、移动过程中及向右移动到最右极限位置时，所述动铁芯的重心始终被保持在所述线圈骨架的中心通道中。

18、其中，所述线圈骨架可以与所述外壳体一体成型，亦可以与所述外壳体之间为分体结构并固定到所述外壳体上。其次，所述线圈骨架的中心通道为所述动铁芯提供全程轴向移动导向，可以理解为，所述动铁芯在整个轴向移动行程中皆在所述线圈骨架的中心通道的轴向导向下移动，但是并不排斥，所述动铁芯移动到极限位置时，小部分地移动到所述线圈骨架的中心通道之外。

19、其中，所述动铁芯的重心始终被保持在所述线圈骨架的中心通道中，例如所述动铁芯整体始终被保持在所述中心通道中；又或者，所述动铁芯的大部分始终被保持在所述中心通道中但仅小部分可以移动到所述中心通道之外。另外，所述动铁芯以径向间隙配合结构被径向限制在所述线圈骨架的中心通道中，所述动铁芯与所述线圈骨架的中心通道之间的径向间隙取值可以设置在+0.05㎜～+0.20㎜之内，具体可以参考国家公布的关于公差配合方面的国家标准（公差与配合gb1800～1804-79）的指引，根据所述中心通道的内径与所述动铁芯的外径大小合理取值。

20、如此，在所述线圈骨架的中心通道所提供的全程轴向导向以及径向限制的双重作用下，所述动铁芯能够平稳的轴向移动，并且径向摆动幅度限制在非常小的范围内，能够大大地提高所述气压传感器的输出信号值的一致性、稳定性，而且所述动铁芯也不容易被卡滞在所述中心通道的入口处。

21、进一步的技术方案还可以是，还包括有支撑架，所述支撑架包括用于提升所述气动膜刚性的平面支撑片，所述平面支撑片贴合安装在所述气动膜的形变区域的右侧壁上，在所述平面支撑片的右侧壁上还设置有安装柱，所述动铁芯固定到所述安装柱上。

22、进一步的技术方案还可以是，在所述气动膜的左侧还设置有用于调节所述复位弹性件压缩量的调节螺母以及左右贯通并固定到所述外壳体上的调节套筒，所述调节螺母可左右移动地设置在所述调节套筒内，所述复位弹性件的左端设置于所述调节螺母上；在所述调节螺母与调节套筒的内筒壁之间设置有密封圈。其中，按照常规技术手段，会采用胶水粘结的方式密封所述调节套筒，但是这样不便于后期的维修。而本技术方案能很好地解决了密封所述调节套筒以及后期维修的问题。

23、为了固定所述感应线圈，常规的方法是利用环氧树脂将所述感应线圈直接粘接在线圈骨架上，但会导致后期不便于更换所述感应线圈。为了解决上述技术问题，在所述外壳体上固设有线圈骨架，所述感应线圈缠绕在所述线圈骨架上；还包括有具有环形壁的弹性环，所述环形壁将所述感应线圈箍紧在所述线圈骨架上。其中所述弹性环可以是硅胶环、橡胶环等。这样，既便于减少所述感应线圈的径向松动，亦便于后期的更换。

24、进一步的技术方案还可以是，所述弹性环包括有从所述环形壁的一端向内折弯形成的内折边，所述内折边阻挡于所述感应线圈的一端上；还包括盖板以及与所述感应线圈信号连接的控制电路板，所述盖板不仅固定到所述外壳体上，还罩盖所述控制电路板并将其固定到所述外壳体上，所述控制电路板、盖板中的至少一个顶压所述弹性环的内折边。这样，所述弹性环的内折边被压紧于所述感应线圈与所述控制电路板、盖板中的至少一个之间，能够减少所述感应线圈的轴向松动，并能够阻挡所述感应线圈轴向脱离所述线圈骨架。具体实施方式中，可以是所述控制电路板或盖板中的一个顶压所述内折边，亦可以是所述控制电路板、盖板同时顶压所述内折边。

25、本发明还提出了一种应用器具，包括有所述含有复位弹性件的气压传感器、扇风装置和控制电路板，所述气压传感器的感应线圈、扇风装置分别信号连接所述控制电路板；所述外壳体上形成有左接口和右接口，所述左接口连通位于所述气动膜左侧的壳内左腔，所述右接口连通位于所述气动膜右侧的壳内右腔，所述左接口连通所述扇风装置的进风端从而能够使所述壳内左腔形成负压腔，所述右接口用于向所述壳内右腔补充外部气体；所述控制电路板用于根据所述感应线圈所传递过来的感应信号控制所述扇风装置的运作。其中所述应用器具可以为燃气热水器、燃气采暖炉等。

26、由于本发明具有上述特点和优点，为此可以应用到含有复位弹性件的气压传感器及应用器具中。