專利名稱：一種微型壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)，特別涉及一種接觸點(diǎn)小的微型壓力傳感器靜態(tài)標(biāo)
定臺(tái)o
二背景技術(shù)：
傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一，從宇宙開(kāi)發(fā)到海底探秘， 從生產(chǎn)的過(guò)程控制到現(xiàn)代文明生活，幾乎每一項(xiàng)技術(shù)都離不開(kāi)傳感器。壓力傳感器具有體 積小、重量輕、靈敏度高、穩(wěn)定可靠、成本低、便于集成化的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于壓力、高度、加
速度、液體的流量、流速、液位、壓強(qiáng)的測(cè)量與控制。 微型壓力傳感器具有精度可靠的力傳感性能，該類傳感器采用了已被證明的可靠 的傳感技術(shù)，即使用專門(mén)設(shè)計(jì)的精度壓敏電阻硅傳感元件。小功率，無(wú)放大、無(wú)補(bǔ)償?shù)幕菟?頓橋電路設(shè)計(jì)可在力范圍內(nèi)提供內(nèi)在穩(wěn)定的毫伏級(jí)電壓輸出。 微型壓力傳感器根據(jù)埋入的壓電電阻，在其受到任何外力時(shí)，其電阻會(huì)增加的原 理工作。微型壓力傳感器通過(guò)受力敏感接觸部位，將施加的力直接集中到硅-傳感元件上， 電阻值的變化是隨施加的力的大小而成比例的變化。電路電阻的變化致使毫伏級(jí)輸出電壓 也作相應(yīng)的變化。 傳感器的測(cè)量精度是評(píng)定傳感器最重要的性能指標(biāo)之一，其誤差包括隨機(jī)誤差和 系統(tǒng)誤差。對(duì)于微型壓力傳感器而言，其隨機(jī)誤差主要由內(nèi)部信號(hào)處理電路、量化誤差、外 界干擾等因素引起；系統(tǒng)誤差主要由標(biāo)定系統(tǒng)的標(biāo)定精度所決定。微型傳感器本身結(jié)構(gòu)精 密，受力接觸點(diǎn)較小，因此傳感器標(biāo)定裝置的設(shè)計(jì)研究至關(guān)重要，其標(biāo)定精度將直接影響其 使用時(shí)的測(cè)量精度。
三
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明針對(duì)接觸點(diǎn)小的微型壓力傳感器難以標(biāo)定的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種
精度高、安裝簡(jiǎn)單、操作方便、通用性強(qiáng)的微型壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定臺(tái)。 技術(shù)方案 一種微型壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定臺(tái)，包括標(biāo)定臺(tái)底座、安裝支架、橫梁
以及傳感器觸頭，所述的安裝支架設(shè)置在標(biāo)定臺(tái)底座上，所述的橫梁中部通過(guò)一個(gè)軸承固
定在安裝支架上，在所述的橫梁一端裝有一個(gè)粗調(diào)平調(diào)螺母和一個(gè)細(xì)調(diào)平螺母，在所述的
橫梁的另一端通過(guò)細(xì)線懸掛一個(gè)砝碼盤(pán)，在橫梁的細(xì)線懸掛點(diǎn)與軸承之間設(shè)置有一緊固
夾，一垂直導(dǎo)向軸通過(guò)該緊固夾可上下調(diào)節(jié)地固定在橫梁上，在垂直導(dǎo)向軸的下端可拆分
地連接所述的傳感器觸頭。 所述的緊固夾設(shè)置在所述的橫梁細(xì)線懸掛點(diǎn)與軸承的正中間。 所述的傳感器觸頭與垂直導(dǎo)向軸的下端螺紋連接，旋轉(zhuǎn)傳感器觸頭可使其上下移
動(dòng)并可更換該傳感器觸頭。 有益效果 1 、采用懸掛砝碼盤(pán)式結(jié)構(gòu)，抗偏載能力強(qiáng)
傳感器標(biāo)定臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響標(biāo)定精度的重要因素。如果加載到砝碼盤(pán)的砝碼 的重力產(chǎn)生了其它方向的分力而不能全部轉(zhuǎn)化為傳感器所受豎直方向的壓力，標(biāo)定的結(jié)果 誤差很大。本發(fā)明采用懸掛砝碼盤(pán)式結(jié)構(gòu)，通過(guò)細(xì)線把砝碼盤(pán)懸掛在橫梁上。在加載砝碼 時(shí)，無(wú)論加載到砝碼盤(pán)的哪個(gè)位置都能保證橫梁受力沿細(xì)線豎直向下，避免有其它方向的 分力，從而保證對(duì)微型壓力傳感器壓力沿導(dǎo)向軸和可調(diào)式傳感器觸頭豎直向下。與采用其 它托盤(pán)式結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明能有效地提高標(biāo)定精度。
2、傳感器標(biāo)定臺(tái)采用粗、細(xì)螺母配重 傳感器標(biāo)定臺(tái)本身重量在標(biāo)定過(guò)程中不能忽略，本發(fā)明中采用粗、細(xì)螺母配置，在 對(duì)壓力傳感器標(biāo)定之前先對(duì)標(biāo)定臺(tái)橫梁水平調(diào)平衡，以抵消標(biāo)定裝置本身重量對(duì)壓力傳感 器受力的影響。本發(fā)明在橫梁右端采用一個(gè)粗調(diào)平螺母和細(xì)調(diào)平螺母對(duì)標(biāo)定臺(tái)進(jìn)行水平調(diào) 平衡。在標(biāo)定前，首先調(diào)節(jié)粗調(diào)平螺母使標(biāo)定臺(tái)橫梁處于一個(gè)基本水平狀態(tài)，然后再緩慢調(diào) 節(jié)細(xì)調(diào)平螺母，使橫梁保持一個(gè)較好的平衡狀態(tài)。采用粗細(xì)調(diào)平螺母配重，調(diào)節(jié)方便，同時(shí) 保證了傳感器標(biāo)定精度。3、可對(duì)受力接觸點(diǎn)很小的微型壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定。 由于微型壓力傳感器結(jié)構(gòu)精細(xì)，一般采用點(diǎn)接觸方式接受外界的壓力，接觸點(diǎn)面 積較小，因而不能直接利用砝碼對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。本發(fā)明采用傳感器觸頭直接接觸壓力 傳感器的受力敏感部位，通過(guò)導(dǎo)向軸與傳感器觸頭將壓力傳遞給微型壓力傳感器，有效地 解決了難以直接采用砝碼對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了傳感器的精確標(biāo)定。
4、可對(duì)不同類型接觸點(diǎn)的微型壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定 微型壓力傳感器種類繁多，感受壓力變化的傳感器接觸部位形態(tài)各異，介質(zhì)多樣。 從接觸部位的形狀來(lái)分，有的采用點(diǎn)接觸，有的采用面接觸以及其它各類形狀；從接觸部位 的介質(zhì)來(lái)分，有的采用金屬球接受外界壓力，有的采用按鈕接受外界壓力以及其它各種接 觸介質(zhì)。如何對(duì)各種不同接觸部位形狀以及不同接觸介質(zhì)的微型壓力傳感器進(jìn)行標(biāo)定是一 個(gè)急需解決的問(wèn)題。本發(fā)明采用的可變換的傳感器觸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很好地解決了這一問(wèn)題。 本發(fā)明采用的可調(diào)式傳感器觸頭通過(guò)螺紋與導(dǎo)向軸耦合在一起，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)使可調(diào)式傳 感器觸頭上下移動(dòng)，該可調(diào)式傳感器觸頭可針對(duì)不同微型壓力傳感器的接觸部位形狀和介 質(zhì)來(lái)更換，針對(duì)不同的微型壓力傳感器，設(shè)計(jì)相應(yīng)合適的傳感器觸頭，能保證有效、方便和 精確地對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。
四

圖1是壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)正面圖。
圖2是壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)背面圖。
圖3是壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)尺寸標(biāo)注圖。
五、 具體實(shí)施方案 圖l是壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)正面圖，其中1是微型傳感器標(biāo)定臺(tái)底座，2是標(biāo)定臺(tái)支 架，3是細(xì)調(diào)平螺母，4是粗調(diào)平螺母，5是軸承，6是軸承支架，7是緊固夾，8是導(dǎo)向軸，9是 橫梁，10是砝碼托盤(pán)，11是可調(diào)式傳感器觸頭。 —種微型壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定臺(tái)，包括標(biāo)定臺(tái)底座l，在標(biāo)定臺(tái)底座1上設(shè)有安裝支架2，安裝支架2通過(guò)一個(gè)軸承5與橫梁9中部相連，所述的橫梁9 一端裝有一個(gè)粗調(diào) 平調(diào)螺母4和一個(gè)細(xì)調(diào)平螺母3，所述的橫梁9的另一端通過(guò)細(xì)線懸掛一個(gè)砝碼盤(pán)10，在細(xì) 線懸掛點(diǎn)與軸承5之間的橫梁部分的正中間安裝一垂直導(dǎo)向軸8，所述的導(dǎo)向軸8通過(guò)一安 裝在橫梁9下邊的緊固夾7固定在橫梁9上，通過(guò)調(diào)節(jié)緊固夾7的松緊可使導(dǎo)向軸8上下 移動(dòng)，所述的導(dǎo)向軸8的底部裝有可調(diào)式傳感器觸頭ll，可調(diào)式傳感器觸頭11與導(dǎo)向軸8 通過(guò)螺紋耦合在一起。 下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方案做出更詳細(xì)的說(shuō)明
參照?qǐng)D1、圖2，本發(fā)明涉及一種壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)。包括標(biāo)定臺(tái)底座l，在標(biāo)定臺(tái) 底座1的中間偏右位置設(shè)有垂直的安裝支架2，所述的安裝支架2用于承載標(biāo)定臺(tái)的其它 零配件。所述的安裝支架2通過(guò)一個(gè)軸承5與橫梁9中部相連，所述的軸承5由安裝在橫 梁9上的軸承支架6連接。所述的橫梁9 一端為細(xì)圓柱體，橫梁9的細(xì)圓柱體端上裝有一 個(gè)粗調(diào)平調(diào)螺母4和一個(gè)細(xì)調(diào)平螺母3，粗調(diào)調(diào)平螺母4靠近安裝支架2 —端，細(xì)調(diào)平螺母 3遠(yuǎn)離安裝支架2 —端，所述的橫梁9的另一端為矩形扁平狀，末端通過(guò)細(xì)線懸掛一個(gè)砝碼 圓盤(pán)10，在細(xì)線懸掛點(diǎn)與軸承5之間的橫梁部分的正中間安裝一垂直圓柱導(dǎo)向軸8，所述的 導(dǎo)向軸8通過(guò)一安裝在橫梁9下面的緊固夾7固定在橫梁9上，通過(guò)調(diào)節(jié)緊固夾7的松緊 可使導(dǎo)向軸8上下移動(dòng)，所述的導(dǎo)向軸8的底部裝有可調(diào)式傳感器觸頭11 ，所述的可調(diào)式傳 感器觸頭11與導(dǎo)向軸8通過(guò)螺紋耦合，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)而上下移動(dòng)，同時(shí)所述的可調(diào)式傳感 器觸頭11可取下更換為其它形狀的傳感器觸頭。 參照?qǐng)D3，在所述的壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)中，設(shè)粗調(diào)平衡螺母4的質(zhì)量為rv細(xì)調(diào)平 衡螺母3的質(zhì)量為m2，以軸承5中心為分界線，設(shè)其右側(cè)矩形橫梁部分質(zhì)量為m3，圓柱形橫 梁部分質(zhì)量為nv垂直導(dǎo)向軸8、緊固夾7與可調(diào)式傳感器觸頭11的質(zhì)量之和為1115，砝碼盤(pán) 10的質(zhì)量為m6，以軸承5中心為分界線，左側(cè)橫梁部分質(zhì)量為m7。 以軸承5中心為支點(diǎn)，設(shè)粗調(diào)平衡螺母4中心距支點(diǎn)距離為115細(xì)調(diào)平衡螺母3中 心距支點(diǎn)距離為12，支點(diǎn)右側(cè)矩形橫梁長(zhǎng)度13，圓柱形橫梁部分末端距支點(diǎn)長(zhǎng)度為14，垂直 導(dǎo)向軸8中心距支點(diǎn)距離為15，砝碼盤(pán)10細(xì)線懸掛點(diǎn)距支點(diǎn)距離為16，支點(diǎn)左側(cè)橫梁總長(zhǎng) 17。 在沒(méi)有放置砝碼時(shí)，由力矩平衡條件，得
11 1附'g/！ + w2g/2 + 5 w3g/3 + 5附4《(/3 + /4) = w5g/5 + w6g/6 + 5附7< /7 (1 ) 其中 m, = ya(;^、) ， p為平衡螺母材料的密度，巧為粗調(diào)平衡螺母的半徑，^為其厚度。
m2 = / (7T《/g ， p為平衡螺母材料的密度，r2為細(xì)調(diào)平衡螺母的半徑，h2為其厚度。 g為重力加速度。 當(dāng)在砝碼盤(pán)放置總質(zhì)量為M的砝碼時(shí)，橫梁右端受一個(gè)大小為Mg的豎直向下的拉 力，相對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生大小為Mgl6的力矩，方向沿逆時(shí)針；壓力傳感器的受力觸點(diǎn)通過(guò)可調(diào)式傳 感器觸頭11產(chǎn)生大小為N，方向沿導(dǎo)向軸8豎直向上的支持力，相對(duì)支點(diǎn)產(chǎn)生大小為Nl5的 力矩，方向沿順時(shí)針。
5
此時(shí)，由力矩平衡條件得
柳iM +附2鴻+會(huì)附3威+1附4她+ /4) + M5 = w5g/5 + w6g/6 +會(huì)m7g/7 + Mg/6 ( 2 )
聯(lián)立(1)(2)式，可得 Nl5 = Mgl6 (3) 由牛頓第三定律(作用力和反作用力)，壓力傳感器的受力觸點(diǎn)通過(guò)可調(diào)式傳感 器觸頭11產(chǎn)生大小為N，方向沿導(dǎo)向軸8豎直向上的支持力，則壓力傳感器將受到可調(diào)式傳 感器觸頭ll對(duì)傳感器產(chǎn)生的豎直向下的壓力F與N大小相等，方向相反，互為作用力與反 作用力。即 F = N (4)
因而 F = Mg》 (5) 由于砝碼盤(pán)10細(xì)線懸掛點(diǎn)到支點(diǎn)的距離是導(dǎo)向軸8中心到支點(diǎn)的距離的兩倍，即
16 = 215，所以傳感器受到的壓力 F = 2Mg (6) 即傳感器所受壓力為砝碼重力的兩倍，方向豎直向下。
實(shí)施例 本發(fā)明涉及一種微型壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)，特別涉及用于接觸點(diǎn)小微型壓力傳感器 的靜態(tài)標(biāo)定臺(tái)，具體的操作方案如下 首先，將本發(fā)明的標(biāo)定臺(tái)基座1放在水平桌面上，對(duì)標(biāo)定臺(tái)底座1進(jìn)行水平校準(zhǔn)， 確保整個(gè)標(biāo)定裝置處于水平狀態(tài)，調(diào)節(jié)橫梁9粗調(diào)平螺母4和細(xì)調(diào)平螺母3，使橫梁9保持 水平。 其次，安裝壓力傳感器，使得微型壓力傳感器的受力接觸部位正對(duì)上方的可調(diào)式 傳感器觸頭11。松開(kāi)緊固夾7，緩慢調(diào)節(jié)導(dǎo)向軸8的高度位置，使得可調(diào)式傳感器觸頭11 距離微型傳感器接觸點(diǎn)0. 5厘米左右，然后擰緊緊固夾7。 然后，連通傳感器測(cè)量電路，觀察微型傳感器的輸出信號(hào)數(shù)值，此時(shí)壓力傳感器沒(méi) 有與可調(diào)式傳感器觸頭11接觸，輸出值為傳感器空載時(shí)的輸出。緩慢旋轉(zhuǎn)可調(diào)式傳感器觸 頭11使其恰好接觸到微型壓力傳感器的接觸部位，且一旦再旋轉(zhuǎn)，傳感器輸出信號(hào)數(shù)值立 即發(fā)生變化時(shí)停止旋轉(zhuǎn)，此時(shí)為未加載砝碼的臨界狀態(tài)，即受力為零的狀態(tài)。檢查裝置中每 個(gè)零配件，確保每個(gè)零配件安裝準(zhǔn)確、牢靠，微型壓力傳感器標(biāo)定裝置調(diào)節(jié)完畢，等待標(biāo)定。
最后，向砝碼盤(pán)內(nèi)加載砝碼，根據(jù)需要完成對(duì)微型壓力傳感器的標(biāo)定。
權(quán)利要求
一種微型壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定臺(tái)，其特征是包括標(biāo)定臺(tái)底座(1)、安裝支架(2)、橫梁(9)以及傳感器觸頭(11)，所述的安裝支架(2)設(shè)置在標(biāo)定臺(tái)底座(1)上，所述的橫梁(9)中部通過(guò)一個(gè)軸承(5)固定在安裝支架(2)上，在所述的橫梁(9)一端裝有一個(gè)粗調(diào)平調(diào)螺母(4)和一個(gè)細(xì)調(diào)平螺母(3)，在所述的橫梁(9)的另一端通過(guò)細(xì)線懸掛一個(gè)砝碼盤(pán)(10)，在橫梁(9)的細(xì)線懸掛點(diǎn)與軸承(5)之間設(shè)置有一緊固夾(7)，一垂直導(dǎo)向軸(8)通過(guò)該緊固夾(7)可上下調(diào)節(jié)地固定在橫梁(9)上，在垂直導(dǎo)向軸(8)的下端可拆分地連接所述的傳感器觸頭(11)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微型壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)，其特征是所述的緊固夾(7)設(shè)置 在所述的橫梁(9)細(xì)線懸掛點(diǎn)與軸承(5)的正中間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的微型壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)，其特征是所述的傳感器觸頭(11) 與垂直導(dǎo)向軸(8)的下端螺紋連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的微型壓力傳感器標(biāo)定臺(tái)，其特征是所述的傳感器觸 頭(11)為可換式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種微型壓力傳感器的靜態(tài)標(biāo)定臺(tái)，包括標(biāo)定臺(tái)底座、安裝支架、橫梁以及傳感器觸頭，所述的安裝支架設(shè)置在標(biāo)定臺(tái)底座上，所述的橫梁中部通過(guò)一個(gè)軸承固定在安裝支架上，在所述的橫梁一端裝有一個(gè)粗調(diào)平調(diào)螺母和一個(gè)細(xì)調(diào)平螺母，在所述的橫梁的另一端通過(guò)細(xì)線懸掛一個(gè)砝碼盤(pán)，在橫梁的細(xì)線懸掛點(diǎn)與軸承之間設(shè)置有一緊固夾，一垂直導(dǎo)向軸通過(guò)該緊固夾可上下調(diào)節(jié)地固定在橫梁上，在垂直導(dǎo)向軸的下端可拆分地連接所述的傳感器觸頭；所述的緊固夾設(shè)置在所述的橫梁細(xì)線懸掛點(diǎn)與軸承的正中間；所述的傳感器觸頭與垂直導(dǎo)向軸的下端螺紋連接。標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本發(fā)明具有精度高、安裝簡(jiǎn)單、操作方便、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L25/00GK101782449SQ20101010831
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日
發(fā)明者吳涓, 宋愛(ài)國(guó), 張小瑞, 徐效農(nóng), 胡小科 申請(qǐng)人:東南大學(xué)