【中國(guó)儀表網(wǎng) 儀表專利】創(chuàng)意無(wú)極限，儀表大發(fā)明。今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利――剪切應(yīng)變式壓力傳感器。該專利由重慶材料研究院有限公司申請(qǐng)，并于2016年9月21日獲得授權(quán)公告。
　　
　　內(nèi)容說(shuō)明
　　
　　本發(fā)明涉及一種壓力傳感器，特別涉及一種剪切應(yīng)變式壓力傳感器。
　　
　　發(fā)明背景
　　
　　壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。傳統(tǒng)的壓力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量重，不能提供電學(xué)輸出。隨著新材料技術(shù)的發(fā)展，新型傳感器也應(yīng)運(yùn)而生。壓電式壓力傳感器是利用壓電材料的壓電效應(yīng)將被測(cè)壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的。壓電式壓力傳感器體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能提供電學(xué)輸出，是使用最為廣泛的一種壓力傳感器。然而，壓電式壓力傳感器仍然存在以下缺點(diǎn)：其分辨率較低，對(duì)微小應(yīng)變不敏感，對(duì)微小力值的測(cè)量不能很好的響應(yīng)，測(cè)力范圍有待改進(jìn)，且壓電式壓力傳感器的壓電材料受環(huán)境影響較大，易導(dǎo)致壓電式壓力傳感器測(cè)量不準(zhǔn)確。
　　
　　發(fā)明內(nèi)容
　　
　　本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種剪切應(yīng)變式壓力傳感器，該剪切應(yīng)變式壓力傳感器分辨率高、靈敏度高、測(cè)力范圍大，且體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造。
　　
　　本發(fā)明的目的是采用下述方案實(shí)現(xiàn)的：一種剪切應(yīng)變式壓力傳感器，包括殼體，所述殼體內(nèi)固定有磁場(chǎng)發(fā)生裝置，該磁場(chǎng)發(fā)生裝置具有兩個(gè)磁性相反且相向?qū)?yīng)的磁極，所述兩個(gè)磁性相反的磁極之間留有間隔空間，兩個(gè)磁極的間隔空間中設(shè)有一剪切板，所述剪切板的一側(cè)固定有橡膠片，與兩個(gè)磁極中的第一磁極的磁極端面充分接觸，所述剪切板的另一側(cè)固定有第一電極，所述第一電極上固定有磁流變彈性體，磁流變彈性體的另一側(cè)固定有第二電極，第二電極與兩個(gè)磁極中的第二磁極的磁極端面固定，所述第一電極、第二電極與一信號(hào)調(diào)理模塊電連接，所述信號(hào)調(diào)理模塊用于將兩電極之間磁流變彈性體變化的阻值信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，所述剪切板的一端向上延伸穿過(guò)一S型測(cè)力件后外伸出殼體上端面，所述殼體內(nèi)固定有用于支撐S型測(cè)力件的支撐板，所述剪切板上設(shè)有一擋塊，該擋塊的下端面與S型測(cè)力件的上端面接觸。
　　　　所述殼體內(nèi)設(shè)有用于限定剪切板運(yùn)動(dòng)行程的過(guò)載保護(hù)裝置。該保護(hù)裝置為U型卡塊，所述U型卡塊固定在殼體內(nèi)壁上，U型卡塊的卡口朝內(nèi)，U型卡塊的卡口內(nèi)設(shè)有限位板與剪切板的下端連接。剪切板的外伸端固定有一壓頭，所述壓頭與殼體上端面之間由橡膠塊粘結(jié)。
　　
　　所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括兩個(gè)塊狀N53釹鐵硼永磁體，兩個(gè)塊狀永磁體通過(guò)固定架固定在殼體內(nèi)，兩個(gè)塊狀永磁體相向?qū)?yīng)，且留有間隔空間，兩個(gè)塊狀永磁體相對(duì)面的磁極的磁性相反。所述殼體包括基座和外罩，所述外罩與基座通過(guò)螺栓固定連接。所述信號(hào)調(diào)理模塊采用型號(hào)為S1109的電位計(jì)式信號(hào)調(diào)理模塊。所述磁流變彈性體的內(nèi)部軟磁顆粒呈現(xiàn)鏈狀或柱狀結(jié)構(gòu)排列，且軟磁顆粒呈鏈狀或柱狀結(jié)構(gòu)列的軸線應(yīng)與第一電極、第二電極表面垂直。
　　
　　本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是：由于本剪切應(yīng)變式壓力傳感器的殼體內(nèi)固定有磁場(chǎng)發(fā)生裝置，該磁場(chǎng)發(fā)生裝置具有兩個(gè)磁性相反且相向?qū)?yīng)的磁極，所述兩個(gè)磁性相反的磁極之間留有間隔空間，兩個(gè)磁極的間隔空間中設(shè)有一剪切板，所述剪切板的一側(cè)固定有橡膠片，與兩個(gè)磁極中的第一磁極的磁極端面充分接觸，所述剪切板的另一側(cè)固定有第一電極，所述第一電極上固定有磁流變彈性體，磁流變彈性體的另一側(cè)固定有第二電極，第二電極與兩個(gè)磁極中的第二磁極的磁極端面固定，所述剪切板的一端向上延伸穿過(guò)一S型彈性元件后外伸出殼體上端面，所述殼體內(nèi)固定有用于支撐S型彈性元件的支撐板，所述剪切板上設(shè)有一擋塊，該擋塊的下端面與S型彈性元件的上端面接觸。 當(dāng)壓力作用于剪切板，剪切板將壓力傳遞給S型彈性元件，同時(shí)剪切板在壓力作用下對(duì)磁流變彈性體產(chǎn)生微小剪切作用。當(dāng)磁流變彈性體發(fā)生剪切變形時(shí)，磁流變彈性體內(nèi)部顆粒間隙發(fā)生變化，誘發(fā)阻值變化。且磁流變彈性體對(duì)微小的剪切應(yīng)變十分敏感，可有效提高測(cè)力范圍，并對(duì)微小力值的測(cè)量也有很好的響應(yīng)。
　　
　　且磁流變彈性體工作十分穩(wěn)定，本傳感器一般都是在常溫下工作的，因此環(huán)境的影響可以忽略不計(jì)。傳感器中的磁流變彈性體被置于兩電極之間，電極與信號(hào)調(diào)理模塊相連，利用信號(hào)調(diào)理模塊將磁流變彈性體變化的阻值信號(hào)轉(zhuǎn)換為傳感器輸出的電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量外界壓力的大小。
　　
　　本發(fā)明利用磁流變彈性體的磁致電學(xué)特性受到應(yīng)變的影響十分敏感，在應(yīng)變的作用下磁流變彈性體的阻值變化明顯，且具有良好的可逆性的特點(diǎn)，將磁流變彈性體設(shè)置在磁場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)發(fā)生裝置將產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)作用于位于兩個(gè)磁極之間的磁流變彈性體上，可起到降低磁流變彈性體初始阻值，并提高磁流變彈性體的阻值對(duì)應(yīng)變的敏感程度。且磁流變彈性體位于強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁流變彈性體的磁控電學(xué)特性在磁場(chǎng)作用下發(fā)生連續(xù)變化，還可提高傳感器的分辨率。
　　
　　總之，本發(fā)明分辨率高、靈敏度高、測(cè)力范圍大，受環(huán)境影響較小，且體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造。
　　
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