3-58 大温变速率压力测量传感器技术

张从和 孟念湘

　　按照特定的试验要求，压力测量使用的传感器应体积小、敏感元件尽量靠近被测容器的壳体内表面，特别要求传感器工作温度范围宽（＋70℃~－80℃）、在速变温度场（60℃/ s）中正常工作，实现大温变速率条件下的压力动态实时测量。分析压力传感器的多种结构形式，该传感器弹性元件采用膜片式结构形式较符合特定的技术要求。

　　分析平面膜片式压力传感器曾在变温场中使用失败的原因在于：平面膜片结构的平面圆形薄板，周边固支在较厚的壳体上。当温度急剧变化时，薄板很薄，升温快，受热膨胀快。薄板的热膨胀受到周边壳体的限制，必将引起薄板的凸凹变形，变形的方向是随机的。升温及恒温过程中，这种变形方向都将是不定的。据此分析得出,平面膜片结构在变温场中存在着失稳现象，使得传感器零点输出时正时负，零点温漂不确定，难以实现温度补偿，造成测试结果不可信。

图1 传感器外形结构示意图
1.四芯电缆线；2.插头座；3.盖；4.电阻应变计；5.弹性体；6.接嘴基座；7.接嘴；8.螺套

　　现突破常规平面膜片设计方法，将传感器弹性体膜片稍稍向工作变形方向凹陷成球壳状，设计成球壳状膜片结构。传感器外形结构示意图如图1。在变温场中，球壳状膜片随温度变化产生的变形，将叠加在初始凹陷方向上，不再是随机的，零点温漂可以较准确测定，保证了传感器温度补偿的实现。传感器精心设计、加工，选用耐高低温的特种2^＃应变胶和圆膜式电阻应变计，严格按粘贴工艺安装，进行温度补偿调试和温度性能考核，结合采取一系列技术措施，克服了失稳现象，减小了温度影响，经国家法定计量部门的计量检定，该传感器准确度均优于0.5% F× S。该传感器在数十次试验中一直工作正常，满足了使用需要，确保试验顺利进行，取得了大量有价值的测量数据。