专利名称：电阻频率式压力传感器的制作方法
技术领域：
本发明是一种高精度、高分辨率R/f式压力传感器，它属于仪器仪表及传感器领域。
传统的电阻式压力传感器由于输出信号大多为毫伏级的模拟量，抗干扰能力很差，不便于长距离传输;对供电电压的稳定精度要求高，电源电压的波动直接影响到测量结果;精度和分辨率低，线性和稳定性也较差。具有频率输出的压力传感器，国内外近几年来已经问世的有各种谐振式压力传感器，如振弦式、振筒式、振膜式、压电谐振式等。这类压力传感器具有频率输出传感器的共同特点精度高、分辨力高、抗干扰能力强，其缺点是结构复杂、工艺要求高，压力-频率特性线性度较差。
本发明的目的是提供一种既结构简单，又具有高精度和高分辨率的压力传感器。
本发明提出了一种新型R/f式(即电阻-频率式)压力传感器，它可将压力引起的电阻变化直接变换成频率输出。
图1是R/f式压力传感器结构示意图。如图所示，该传感器主要由压力敏感元件〔1〕、R/f变换器(2)和壳体(3)三部分组成。箔式应变片粘贴于弹性构件一侧，构成压力敏感元件，R/f变换器由电子元件组装在一块小型印刷电路板上，外部是金属壳体。传感器通过螺纹接头与压力容器或管路连接，R/f变换器与压力敏感元件连接。
本发明由于采用了R/f变换器，从而改善了压力传感器的性能。图2是R/f变换器原理图。如图2所示，R/f变换器由测量电桥、差动放大器(4)、积分器(5)、零检测器(6)、定时器(7)和双向电子开关(8)组成。测量电桥由应变片(设R2为测量应变片)和电阻R1、R3、R4组成，由6V电源供电。电桥的输出与差动放大器(4)输入端连接，差动放大器(4)的输出端与积分器(5)连接，积分器的输出端与零检测器(6)连接，零检测器(6)的输出与定时器(7)的输入连接，定时器(7)的输出与双向电子开关(8)连接，该双向电子开关(8)与测量电桥连接。
本发明输出频率信号的脉冲幅度为8～10V，在放大和传输过程中基本不受漂移和噪声影响，远距离传输也可通过信号的再生放大环节来消除干扰。根据实测的压力-频偏特性分析，其非线性、滞后、重复性、零漂误差均小于0.1%，其实际测量精度优于0.3%，分辨率优于10-4F.S.。该传感器具有结构简单、精度和分辨率高，抗干扰能力强和便于远距离传输信号的优点。它可广泛应用于气体、液体的动、静态压力测量，特别适用于多点测量、集中检测、集中控制的测控系统，便于与微型计算机结合组成智能化测量仪表。
图3是本发明的一个实施例电路图。下面结合本发明的实施例对发明作进一步的说明。如图所示，测量电桥由电阻R1、R2、R3、R4(设R2为测量应变片)组成，6V电源供电，当电桥不平衡时，它输出一个反映压力变化的电压，输出给差动放大器进行放大。差动放大器采用AD521型高精度数据放大器，或由3个74I型运算放大器组成，放大后的信号送给积分器积分。积分器由高速运算放大器LM357(或LM318、F507)组成，其输出由零检测器进行检测。零检测器采用高速电速电压比较器(LM393或LM319、LM710)，当积分器过零点时，零检测器输出一个脉冲触发定时器，由LM555芯片构成的单稳定时器立即输出定时脉冲去控制双向电子开关，双向电子开关采用CMOS芯片CD4066或CD4016，它的切换使电桥输出电压改变极性。电路中电阻Ro和Rt按中心频率和频偏要求调整决定，本实施例中Ro为20K电阻，Rt为10K电阻。整个电路由±12V电源供电，在定时器输出端得到的是一个频率随压力变化而变化的脉冲信号。
权利要求
1.一种R/f式压力传感器，它主要由压力敏感元件[1]、壳体[3]和变换器构成，其特征是变换器采用R/f变换器[2]，R/f变换器[2]与压力敏感元件[1]连接。
2.根据权利要求1所述的R/f变换器，其特征是由测量电桥、差动放大器〔4〕、积分器〔5〕、零检测器〔6〕、定时器〔7〕和双向电子开关〔8〕构成，它们之间成电连接。
3.根据权利要求2所述的R/f变换器，其特征是测量电桥的输出与差动放大器〔4〕输入端连接;差动放大器的输出端与积分器〔5〕连接;积分器〔5〕的输出端与零检测器〔6〕的输入连接，零检测器〔6〕的输出端与定时器〔7〕的输入连接;定时器〔7〕的输出端与双向电子开关〔8〕连接;双向电子开关〔8〕与测量电桥连接。
4.根据权利要求2所述的R/f变换器，其特征是差动放大器〔4〕采用AD521型高精度数据放大器，或由3个741型运算放大器组成。
5.根据权利要求2所述的R/f变换器，其特征是积分器〔5〕由高速运算放大器LM357或LM318、F507组成。
6.根据权利要求2所述的R/f变换器，其特征是零检测器〔6〕采用高速电压比较器LM393或LM319、LM710。
7.根据权利要求2所述的R/f变换器，其特征是定时器〔7〕是由LM555芯片构成的单稳定时器。
8.根据权利要求2所述的R/f变换器，其特征是双向电子开关〔8〕采用CMOS芯片CD4066或CD4016。
全文摘要
一种R/f式压力传感器，它属于仪器仪表及传感器领域。本发明主要由压力敏感元件、R/f变换器和壳体三部分组成，其中R/f变换器由测量电桥、差动放大器、积分器、零检测器、定时器和双向电子开关构成。本发明具有很强的抗干扰能力，信号便于远距离传播，便于直接进行数字显示和用微机处理，具有较高的精度和分辨率。它可应用于气体、液体的动、静态压力测量，特别适用于多点测量、集中检测、集中控制的测控系统。
文档编号G01L9/02GK1042605SQ8910246
公开日1990年5月30日 申请日期1989年10月19日 优先权日1989年10月19日
发明者杨金锡 申请人:东南大学