航空用新型压力传感器敏感元件研制

航空用新型压力传感器敏感元件研制

田艳霞

太原航空仪表有限公司

摘要：压力传感器一般由信号处理系统和敏感元件组成。敏感元件的主要功能是将压力变化量转换为对应的位移变化量，或者将位移变化量转化为对应的压力变化量，最终通过信号处理系统完成压力或位移的测量。金属波纹管具有良好的灵敏度，常作为传感器的敏感元件。利用波纹管位移引起内腔压力变化，研制了一种气压式触觉传感器。运用有限元法，分析了波纹管膜片的厚度、波高等参数对压力传感器性能的影响。为了解决波纹管在较高压力下，波纹易被压扁的缺陷，设计了一种内置尼龙的新型压力传感器。运用波纹管感受井中压力变化产生的位移，同时借助杠杠对位移的放大作用，设计了一种高精度井中水压测量压力传感器。

关键词：沉积波纹管; 敏感元件; 稳定热处理; 压力传感器

引言

航空领域的动态取得了相当大的成就，随着技术的发展，被调查的物体数量朝着微米方向增加。在航空领域，越来越多的微型电子系统等微米级组件通常是独立、智能、低功耗、低重量(质量)和快速响应的系统。最终解决方案由与下拉和积分公式的平移和积分关系相关联的边界和附加约束方程确定。为了获得唯一的解，通过查找线性方程组的非零解，获得连续载荷和自由振动频率，并且不进行量化。在不同的边界条件下，您可以观察相对和一致的增大对大小的影响，即在不同的边界条件下，当非局部参数增大时，会减少挠曲并增加弯曲和振动频率。微尺度欧拉梁弯曲、屈曲和自由振动的变化规律将有助于MEMS空气压力传感器的结构设计和优化，提高测量精度，并有助于微系统各领域微气候损伤的结构力学研究。

1.压力传感器概述

压力传感器由压力接口、压敏元件和三个信号输出、主要由压敏桥、烧焦的管壳、陶瓷、金属板、焊接壳的五分之一部分组成的金属板，以及由输出信号和PCB板组成的信号输出。压力传感器被引导至压敏桥，当传感器电压阈值发生变化，桥不再平衡，金属箔产生与介质压力成比例的微位移，产生电压阻抗效应，电阻变化转化为电信号。当向桥添加恒定电压或供电电压时，桥输出与压力相匹配的电压信号，使传感器电压。

2.敏感元件结构设计

沉积波纹管灵敏度高、密封性能好，同时采用一体成型，与焊接波纹管对比有更高的安全可靠性，因此采用镍、钴合金成型的沉积波纹管(简称波纹管)作为敏感元件的核心零件。敏感元件工作时内部为真空环境。当波纹管几何尺寸确定后，其刚度大小直接影响自身的长度，需严格控制波纹管刚度分散度。波纹管刚度受壁厚的影响较大，波纹管成型的壁厚均匀性与沉积电流、模芯结构等有关。一般新型号产品设计都是拟定壁厚，基于经验公式初步进行波纹管刚度设计，根据样件性能调整成型参数及几何尺寸进行精确设计。采用该方法进行波纹管设计，会影响敏感元件的研制周期、成品合格率及研制成本。因此，采取波纹管内置弹簧与相关法兰件组合方案进行敏感元件设计。该设计方案的优点包括以下3个方面:首先，增大敏感元件的刚度，抵抗大气压强的压缩力，保证敏感元件的尺寸。与通过增加波纹管壁厚改变刚度的方法对比，相同位移下，波纹管应力水平更低、压缩比更大。其次，敏感元件的弹性滞后率是其性能的一项重要指标，弹簧与波纹管组合设计的敏感元件与无内置弹簧的方案对比，弹性滞后率更低。最后，敏感元件的刚度及尺寸要求严格，弹簧的设计方法成熟、制造工艺稳定，通过调整弹簧参数可以保证敏感元件刚度及自由长度。

3.压力传感器的可靠性

(1)为了纠正涡旋轴发动机防冰系统压力传感器的缺陷，设计了压力传感器的敏感元件，用于将一个内部真空沉降风与弹簧结合起来。文中详细介绍了压力传感器的工作原理、敏感元件的设计方案和关键零件的设计方法。(2)提出并采用了一种沉积液稳定热处理工艺，将沉积液稳定热处理前后的自由长度减少32%。沉积波纹管在高温条件下应用时，可采用文本技术方法进行稳定热处理。(3)沉积瓦楞管壁较薄，在与其它零件进行循环焊接时，控制同轴度和接触间隙可提高产品焊接质量。(4)在设计采用沉积气的真空薄膜箱产品时，设计元件的刚性和自由长度与弹簧协调，可缩短开发周期和研发成本，特别是在产品处于高温状态时，效果更明显。

4.压力变送器的安装与维护要点

(1)确认装配尺寸。安装压力换档装置之前，应使用孔直径等测量工具检查装配孔是否大小合适，并在通过膨胀孔装配孔时进行检查，以防止装配螺纹磨损。这可能会影响适配器(2)清洁安装孔。清洁紧固孔主要是为了防止污染，影响印刷变压器的正常运行。外部清洁完成前，应暂时拆下压力变压器缸上的压力传感器，以防止异物损坏。应注意，在扩大压力施工时，熔化的材料不会进入安装孔，安装时压力传感器过高。(3)选择安装位置。当传感器组件在压力处理程序中离线前端太近时，传感器顶部可能会因未熔化的材料而轻微损坏；当传感器组件太靠近线的背面时，可能会在压力变送器的固定螺栓和传感器组件之间产生熔化材料的积累和一定程度的损坏，也可能导致所采集的压力信号失真；如果选择的安装位置太深，则发射机正面的压力传感器末端可能会因压力而损坏。(4)清除。安装压力调节器之前，必须彻底清洗挤压缸。最常见的清洗方法通常是清洁剂或钢铁清洗。注意:内部传感器组件的减振器可能因使用钢丝刷或刷子而损坏，必须在清洁前拆卸传感器组件。此外，当气缸热时，必须先拆下传感器组件，然后用软布清洁气缸地板。必须使用适当的工具彻底清洁传感器孔。(5)注意密封。当前，大多数压力处理程序都考虑电路设计中的湿度影响。但是，由于打印注释记号本身具有湿度要求，因此在设计之前，请确保环境湿度不要太高。如果环境在某些条件下不够干燥，则必须选择具有正常湿度的特殊检测组件。(6)注意低温。虽然压力处理器中的某些传感器组件在低温下具有良好的强度，但如果环境温度过低，可能会损坏适配器中的传感器。所以可以由于冷凝而安装在非绝缘环境中的压力处理装置会导致进气孔内流动。(7)避免超过压力极限。为了提高运行可靠性，压力处理程序采用冗馀设计的概念，在这种设计中压力过大通常不会直接导致材料损坏。但是，如果使用过程中压力过大或过载频率过高，可能会导致压力对齐错误。因此，应根据实际运行状态选择压力变换器测量，以确保压力变换器测量大于运行压力。

5.石墨烯材料的应用

图形材料具有优异的热、电和机械性能，多年来逐渐进入国内外学者的视野。本文着重介绍了该图的优良性质和常用的制备和传递方法，描述了图8中的图形谐振器激励和举重式谐振式压力传感器方案检测方法，从理论模拟分析和实验研究的角度介绍了国内外图形谐振压力传感器的研究现状，分析了其特点和图形谐振压力传感器研究的指导意义。目前，对图形产生的压力传感器的研究主要限于理论和模拟，实验研究受到MEMS / NEMS过程的限制，无论是在图形传输过程中，还是在微型纳米器件处理过程中，MEMS/NEMS过程仍然构成相当大的风险和挑战。共振压力传感器中的重要指标是共振频率、质量因素和压力灵敏度。当前的搜索结果不一致。实验结果和理论模拟也大不相同，无论是设计还是性能改进都有很大的改进馀地。

结束语

压力传感器的国内外市场需求越来越大，对可靠性的要求也越来越高。本文对某航空压力传感器可靠性进行了分析、计算和研究，从数据分析可见，控制薄弱环节生产质量势在必行，加强自身的技术水平和质量控制可进一步提高压力传感器可靠性。综上分析，可见我们对压力传感器可靠性的高度重视，以提高压力传感器的可靠性、可防止故障和事故的发生、延长压力传感器的使用寿命、提高飞机的安全性能，同时，可降低成本，提高经济效益，提高压力传感器的综合质量，满足航空用户更高的要求。

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