CN103063356A

CN103063356A - 一种高精度差压变送器

Info

Publication number: CN103063356A
Application number: CN2012105753855A
Authority: CN
Inventors: 刘立君; 梁雅智
Original assignee: Tianjin Yuchang Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Yuchang Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2013-04-24

Abstract

本发明公开了一种高精度差压变送器，包括硅压力传感器芯片、测量电路板以及相互对接形成插槽的第一固定座和第二固定座，所述第一固定座内设第一通道，所述第二固定座内设第二通道；所述第一通道的出口和所述第二通道的出口位于所述插槽的侧面上并出口相对，所述硅压力传感器芯片位于所述第一通道的出口和所述第二通道的出口之间，并与所述第一通道的出口端面密封接合；所述测量电路板下部位于所述插槽内且开有孔，所述硅压力传感器芯片位于该孔内并与所述测量电路板通过引线焊接连接，所述第一通道出口端面和所述第二通道出口端面分别与所述测量电路板的对应表面密封接合。本发明测量精度高，体积小，检测压力范围宽，非常适用于气密性检漏。

Description

一种高精度差压变送器

技术领域

本发明涉及一种压力变送器，特别涉及一种高精度差压变送器。

背景技术

压力变送器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，压力变送器主要由测压元件传感器（也称作压力敏感元件）、测量电路和过程连接件三部分组成，它能将压力敏感元件感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表，进行测量、指示和过程调节，其中压力敏感元件是变送器的核心组成部分之一，常见的敏感元件为电阻应变片，是一种将被测件上的压力应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种，金属电阻应变片与半导体应变片相比，其灵敏度低，存在向效应、机械滞后以及零漂和蠕变，而且疲劳寿命低等不足，半导体应变片的显著优点是灵敏系数大，其灵敏度是金属电阻应变片的灵敏度25～100倍；缺点是电阻温度系数大，灵敏系数随温度而显着变化，应变和电阻之间的线性关系范围小。

目前，由于半导体应变片的高灵敏性，越来越多的压力变送器采用半导体应变片作为应变敏感元件，比较常见的半导体应变片为硅压力传感器芯片，应用中，多用硅压力传感器芯片测量绝对压力值，比如将半导体应变片安装在被测构件上，在构件承受载荷而产生应变时，检测其电阻率的变化，或者将半导体应变片通过特殊的粘和剂使其紧密地粘合在产生力学应变的基体上，单方向对应变的基体施加压力，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这些测量绝对压力变化的结构方式不能克服半导体应变片的缺点，当要求灵敏度较高时，一般需要增设温度补偿装置来提高灵敏度，这样使得机械结构以及电气电路变得复杂，变送器体积增大，而且被测介质的压力不能太高，否则，超过应变极限，使变送器受损，且绝对误差值大，不适于检测精度要求高以及被测介质压力大的场合。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构简单、体积小、检测精度高且检测压力范围大的高精度差压变送器。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种高精度差压变送器，包括硅压力传感器芯片、测量电路板以及相互对接形成插槽的第一固定座和第二固定座，所述第一固定座内设第一通道，所述第二固定座内设第二通道；所述第一通道的出口和所述第二通道的出口位于所述插槽的侧面上并出口相对，所述硅压力传感器芯片位于所述第一通道的出口和所述第二通道的出口之间，并与所述第一通道的出口端面密封接合；所述测量电路板下部位于所述插槽内且开有孔，所述硅压力传感器芯片位于该孔内并与所述测量电路板通过引线焊接连接，所述第一通道出口端面和所述第二通道出口端面分别与所述测量电路板的对应表面密封接合。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述测量电路板可设有可编程模拟信号调节器，所述可编程模拟信号调节器为PGA309型。

所述插槽的两个侧面与所述测量电路板的表面对应设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有密封圈，所述测量电路板的表面与所述插槽的两侧面之间通过所述密封圈密封接合。

所述硅压力传感器芯片的有效区域为正方形或圆形。

所述第一通道和所述第二通道均为L型。

所述第一通道、所述第二通道的入口和出口均为圆孔。

所述第一通道和所述第二通道的入口处端面均设有密封圈凹槽。

所述测量电路板设有焊盘，所述硅压力传感器芯片的引线焊接在所述焊盘上。

用金丝将所述硅压力传感器芯片的引线焊接在所述焊盘上。

所述第一固定座和所述第二固定座由金属加工而成，表面抗氧化性处理。

本发明具有的优点和积极效果是：采用高灵敏度的硅压力传感器芯片以及PGA309型可编程模拟信号调节器，提高了检测精度；采用差压式检测法，压力敏感元件感应的是被测压力和标准压力之间的压力差，由于参考标准压力腔室与被测件的压力腔室所处环境温度相同，减少了环境温度对测量结果的影响，所以可减少温度补偿装置以及相应的温度补偿电路，使得变送器结构简单、体积小；而且作用在硅压力传感器芯片的检测压力被参考标准压力所抵消，可检测较高压力，同时因总量程的大幅降低，可以选用一个微量程的硅压力传感器芯片进行测量，从而提高绝对分辨率及测量精度，且检测压力范围大。长期以来，国内的气密性检测领域都是被国外的同类技术产品所垄断，尤其是没有一款适合应用在高精度气密检测仪上的量程小、精度高、耐压高、体积小等特点的差压式变送器，使用本产品作为核心器件的气密性检测仪完全可以应用在国内绝大多数的高精度差压密封检测行业；本发明跟国外同类的产品相比，成本可降低40%以上；且性能稳定，使用寿命长，可完全替换进口同类产品。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的剖视图；

图3是本发明的未组装测量电路板的剖视图；

图4是本发明的未组装第二固定座的结构示意图。

图中：1、可编程模拟信号调节器；2、测量电路板；3、密封圈；4、硅压力传感器芯片；5、第二固定座；6、第二通道；7、第一通道；8、第一固定座；9、测量电路板下部的孔；10、测量电路板与第一固定座的连接螺丝；11、第一固定座上用于连接第二固定座的连接螺纹孔；12、插槽。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1～图4，一种高精度差压变送器，包括硅压力传感器芯片4、测量电路板2以及相互对接形成插槽12的第一固定座8和第二固定座5，所述第一固定座8内设第一通道7，所述第二固定座内5设第二通道6；所述第一通道7的出口和所述第二通道6的出口位于所述插槽12的侧面上并出口相对，所述硅压力传感器芯片4位于所述第一通道7的出口和所述第二通道6的出口之间，并与所述第一通道7的出口端面密封接合；所述测量电路板2的下部位于所述插槽12内且开有孔9，所述硅压力传感器芯片4位于该孔9内并与所述测量电路板2通过引线焊接连接，所述第一通道7的出口端面和所述第二通道6的出口端面分别与所述测量电路板2的对应表面密封接合。

本发明还可以进一步采用如下实施方案：

所述测量电路板2可设有可编程模拟信号调节器1，所述可编程模拟信号调节器1可为PGA309型。PGA309是专为压力桥接变送器设计的可编程模拟信号调节器，模拟信号通道扩大变送器的信号并且为零点测量范围、零点漂移、测量范围漂移和线性误差提供数字校准，这种校准通过一个单线串行，数字接口或双线可兼容的连接器进行。校准参数存储在外部非易失性的存储器中以避免手动微调并确保长时间的稳定性。PGA309是小型可编程的模拟信号调节器，专为电阻桥接传感器应用设计，它是一个全信号调节器，具有桥接激励，初始测量范围和偏移校准，对测量范围和偏移调整，输出超过上限和未到下限比例限制，故障检测以及数字校准等功能，校准传感器模块中的PGA309可以将误差减小到接近桥接传感器所固有的重复特性。

所述插槽12的两个侧面与所述测量电路板2的表面对应设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有密封圈3，所述测量电路板2的表面与所述插槽12的两侧面之间通过所述密封圈3密封接合。

所述硅压力传感器芯片4的有效区域可为正方形或圆形。可优选采用的硅压力传感器芯片4尺寸为：长2.45mm，宽2.45mm,高1.5mm，体积仅为0.009cm³，其分辨率为0.1Pa。

所述第一通道7和所述第二通道6均可为L型。所述第一通道7、所述第二通道6的入口和出口均可为圆孔。所述第一通道7和所述第二通道6的入口处端面均可设有密封圈凹槽。

所述测量电路板2可设有焊盘，可用金丝将所述硅压力传感器芯片4的引线焊接在所述焊盘上。

所述第一固定座8和所述第二固定座5由金属加工而成，表面抗氧化性处理

其中优选实施例封装结构特点：

本变送器外壳由金属加工而成，表面处理抗氧化性好，成本低；通道入口采用直孔式，底部采用端面密封，与相应的阀板配合、集成，使用、拆装简单易行；整体密封结构耐压900kPa，并经过长时间的耐压冲击试验，确保变送器在600kPa的单侧压力下的使用寿命超过10万次；变送器的最大的破坏压力可达2MPa；变送器的内容积小，小于0.1mL,由于差压引起的容积变化非常小，即传感系数非常小（小于10-6mL/Pa)；由于内部封装的空间小，所以整个变送器的整体体积非常小，占用空间只有50cm³，其中优选实施例的外形尺寸：宽32mm*深40mm*高40mm,非常适合应用在外形尺寸不大的仪器上做核心的检测器件。非常适用于气密性检漏仪的特殊应用场合。

其中优选实施例的技术参数如下：

外形尺寸：宽32mm*深40mm*高40mm,如图1所示

主要技术参数如下表

本发明的装配工艺简述：

1、将密封圈3安装到第一固定座8的环形槽中；

2、将硅压力传感器芯片4用专用胶粘接在第一固定座8的第一通道7的出口处；

3、将测量电路板2放置在第一固定座8凹陷处；

4、用连接螺丝10将测量电路板2与第一固定座8固定连接；

5、用极细的纯金（纯度为99.99%）焊丝（直径0.03mm）将硅压力传感器芯片4的焊点与测量电路板2上的焊盘焊接；

6、将密封圈3安装到第二固定座5的环形槽中；

7、用螺丝将第二固定座5与第一固定座8对接；

8、进行传感器标定，针对PGA309型可编程模拟信号调节器的特性，编写专用的标定软件；通过上位机运行标定软件对对变送器进行精确的零点值与满度值标定，将压力信号转换成标准的、精确的、稳定的电压信号输出。

Claims

1.一种高精度差压变送器，其特征在于，包括硅压力传感器芯片、测量电路板以及相互对接形成插槽的第一固定座和第二固定座，所述第一固定座内设第一通道，所述第二固定座内设第二通道；所述第一通道的出口和所述第二通道的出口位于所述插槽的侧面上并出口相对，所述硅压力传感器芯片位于所述第一通道的出口和所述第二通道的出口之间，并与所述第一通道的出口端面密封接合；所述测量电路板下部位于所述插槽内且开有孔，所述硅压力传感器芯片位于该孔内并与所述测量电路板通过引线焊接连接，所述第一通道出口端面和所述第二通道出口端面分别与所述测量电路板的对应表面密封接合。

2.根据权利要求1所述的高精度差压变送器，其特征在于，所述测量电路板设有可编程模拟信号调节器，所述可编程模拟信号调节器为PGA309型。

3.根据权利要求1所述的高精度差压变送器，其特征在于，所述插槽的两个侧面与所述测量电路板的表面对应设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有密封圈，所述测量电路板的表面与所述插槽的两侧面之间通过所述密封圈密封接合。

4.根据权利要求1所述的高精度差压变送器，其特征在于，所述硅压力传感器芯片的有效区域为正方形或圆形。

5.根据权利要求1所述的高精度差压变送器，其特征在于，所述第一通道和所述第二通道均为L型。

6.根据权利要求1所述的高精度差压变送器，其特征在于，所述第一通道、所述第二通道的入口和出口均为圆孔。

7.根据权利要求1所述的高精度差压变送器，其特征在于，所述第一通道和所述第二通道的入口处端面均设有密封圈凹槽。

8.根据权利要求1所述的高精度差压变送器，其特征在于，所述测量电路板设有焊盘，所述硅压力传感器芯片的引线焊接在所述焊盘上。

9.根据权利要求8所述的高精度差压变送器，其特征在于，用金丝将所述硅压力传感器芯片的引线焊接在所述焊盘上。

10.根据权利要求1至7任一所述的高精度差压变送器，其特征在于，所述第一固定座和所述第二固定座由金属加工而成，表面抗氧化性处理。