一种温度压力复合传感器的制作方法

1.本发明涉及一种传感器，具体涉及一种温度压力复合传感器。


背景技术：

2.流体介质在航空航天、石油化工领域广泛存在。实际工程中，需要同时对气态或液态流体介质的温度和压力进行测量，确定流体介质的物理状态，用于工程控制、状态监测、健康诊断环节。
3.现有的用于测量流体介质温度的传感器多采用热电阻、光学式和热电偶传感器，测量流体介质压力的传感器多采用硅压阻式、光学式、应变式传感器，传感器经过变换电路输出目标信号，这种独立测量温度和压力的传感器不能同时测量介质温度和压力数据。
4.现有的能够同时测量温度和压力的复合传感器有公开号为cn105043588a的中国发明专利“一种高温和压力光学法布里珀罗复合微纳传感器”，该传感器采用采用光纤光学fp干涉腔结构，利用光的干涉原理同时测量介质的温度和压力。该类型传感器安装复杂，难以在复杂力热环境中可靠工作。
5.另一种温度压力复合传感器是公开号为cn107806947a的中国发明专利“高温压力温度一体复合传感器”，采用充硅油隔离压力芯体，同时在陶瓷环背部开槽固定一个pt1000铂电阻用于测量温度。该传感器测温铂电阻位于压力芯体背部，距离待测介质较远，难以准确反映介质真实温度。


技术实现要素：

6.本发明提出了一种温度压力复合传感器，解决了现有装置不能同时测量管路或腔室中气态或液态的流体介质的温度和压力的问题。该传感器易于安装，结构可靠，能够真实测量待测介质温度和压力。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种温度压力复合传感器，其特殊之处在于：包括温度敏感组件、压力敏感组件、电缆组件、变换组件和插座：
9.所述压力敏感组件和温度敏感组件均通过电缆组件与变换组件连接，所述变换组件通过插座与外部电源电连接；所述变换组件包括温度变换元件、压力变换元件；
10.所述温度敏感组件包括第一壳体和设置在第一壳体内的正热电偶丝、负热电偶丝；
11.所述第一壳体上端面非中心位置设置有避障孔，所述避障孔的底部设置有与外部轴向连通的热电偶丝孔；
12.所述正热电偶丝和负热电偶丝均位于热电偶丝孔中，所述正热电偶丝的一端和负热电偶丝的一端在热电偶丝孔的下端面形成热结点，所述正热电偶丝的另一端和负热电偶丝的另一端与温度变换元件的输入端电连接所述温度变换元件的输出端与插座的相应接点电连接；
13.所述第一壳体上端面非中心位置设置有第一台阶，所述第一台阶上端面设置有与外部轴向连通的测压孔，且避障孔和测压孔不连通；
14.所述压力敏感组件包括壳体和位于壳体内的连接座、溅射薄膜压力芯体、转接座、补偿板；所述壳体与第一壳体上端固定连接；所述溅射薄膜压力芯体通过连接座设置在第一台阶上；
15.所述连接座上设置有轴向的连接孔，所述测压孔和连接孔同轴贯通；
16.所述溅射薄膜压力芯体的上端设置转接座，所述转接座上设置有连接柱，所述连接柱穿过设置在补偿板上的焊接孔与补偿板固定连接，所述补偿板上设置有多个铂电阻，补偿板的输出端通过电缆组件与压力变换元件的输入端电连接；所述压力变换元件的输出端与插座的相应接点电连接。
17.进一步地，所述连接孔为台阶孔，台阶孔的小端套设在第一台阶上，且与第一台阶通过第一焊接台阶固定连接；所述连接座上端外侧设置有和第二焊接台阶；所述溅射薄膜压力芯体通过第二焊接台阶与连接座固定连接。
18.进一步地，所述变换组件还包括：第二壳体和设置在第二壳体内的支架第一导线、第二导线和第三导线；
19.所述支架轴向截面为“工”字形，支架的两端设置有两处外螺纹，所述第二壳体的内壁上对应设置有两处内螺纹，用于将支架固定于第二壳体内；
20.所述支架上安装有温度变换元件和压力变换元件；
21.所述正热电偶丝和负热电偶丝各利用一个压接套与第一导线的一端压接连接，第一导线的另一端与温度变换元件连接；
22.所述电缆导线另一端与压力变换元件连接；
23.所述温度变换元件和所述插座之间通过第二导线连接；
24.所述压力变换元件和所述插座通过第三导线连接。
25.进一步地，所述电缆组件包括第一电缆套、电缆、第一绑扎线、第二绑扎线、第二电缆套和套管；
26.所述电缆包括电缆导线；
27.所述电缆导线的一端与所述补偿板的传感器输出端连接，另一端与变换组件连接；
28.所述套管一端通过第一绑扎线固接第一电缆套，另一端通过第二绑扎线固接第二电缆套；
29.所述第一电缆套固定连接台，所述第二电缆套与第二壳体连接。
30.进一步地，所述第二壳体为桶状结构，且内表面设置有两个内螺纹，两个所述内螺纹用于连接变换元件；
31.所述第二壳体内部设置有变换组件以及保护套；
32.所述第二壳体另一端与第三壳体连接；
33.所述保护套与第二电缆套连接；
34.所述第二电缆套设置有贯通孔、两个矩形固定台、第三焊接台阶和第四焊接台阶；
35.正热电偶丝、负热电偶丝和与补偿板连接的电缆导线穿过贯通孔，并利用两个压片固定于两个固定台之间；
36.第二壳体一端与第三焊接台阶固连；
37.第四焊接台阶固连圆桶形的保护套。
38.进一步地，所述外壳为桶状结构，且桶口内表面设置有环形连接台，所述连接台上固接有两个固定耳，两个所述固定耳之间安装有两个并排的压片，所述正热电偶丝、负热电偶丝及电缆组件的电缆导线被压紧在两个并排的压片之间。
39.进一步地，所述支架包括第一平台、连接杆和第二平台；
40.所述第一平台和第二平台通过连接杆形成工字形截面的支架；
41.所述连接杆两侧设置各有温度变换元件或压力变换元件；
42.所述第一平台和第二平台上设置有外螺纹，与所述内螺纹配合。
43.进一步地，还包括螺母，所述螺母用于将温度敏感组件中的第一壳体安装到待测流体介质的管路或腔体接口上。
44.进一步地，所述补偿板的四周、保护套的内部以及外壳内部均填充有硅橡胶。
45.本发明的有益效果具体如下：
46.本发明能够同时对流体介质的温度和压力进行测量，并经温度变换元件和压力变换元件处理输出成目标电压信号。传感器实现了对流体介质温度的直接接触测量，且温度敏感组件和压力敏感组件采用偏心结构集成为一体，变换组件采用“工”字形安装结构，传感器结构紧凑、安装可靠，工作稳定。
附图说明
47.图1为本发明的一种温度压力复合传感器的剖视图。
48.附图标记具体如下：
49.18-第一壳体，19-硅橡胶，20-温度敏感组件，21-热结点，22-测压孔，24-热电偶丝孔，25-正热电偶丝，26-负热电偶丝，28-避障孔，29-第一台阶，30-压力敏感组件，31-连接座，311-通孔，312-第一焊接台阶，313-第二焊接台阶，32-溅射薄膜压力芯体，33-转接座，331-连接柱，34-补偿板，341-焊接孔，40-电缆组件，41-第一电缆套，42-电缆，421-电缆导线，431-第一绑扎线，432-第二绑扎线，44-套管，45-螺母，46-第二电缆套，461-贯通孔，462-固定台，463-第三焊接台阶，464-第四焊接台阶，47-保护套，48-压接套，50-变换组件，51-压力变换元件，52-温度变换元件，53-支架，531-外螺纹，532-第一平台，533-第二平台，534-连接杆，541-第一导线，542-第二导线，543-第三导线，55-第二壳体，551-内螺纹，56-第三壳体，57-插座，60-外壳，61-连接台，62-固定耳，71-压片。
具体实施方式
50.下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
51.如图1所示，一种温度压力复合传感器，包括温度敏感组件20、压力敏感组件30、电缆组件40、变换组件50、外壳60、第二壳体55和第三外壳56。
52.压力敏感组件30连接于温度敏感组件20上表面非中心位置，压力敏感组件30固定于外壳60内腔中，变换组件50位于第二外壳55内部，外壳60和第二壳体55的一端通过电缆组件40连接，第二壳体55的另一端固接第三外壳56。
53.温度敏感组件20包括正热电偶丝25、负热电偶丝26、热结点21、热电偶丝孔24、避
障孔28、测压孔22、第一台阶29和第一壳体18。
54.第一壳体18上设置有与外界相通的热电偶丝孔24和避障孔28，避障孔28直径大于热电偶丝孔24，热电偶丝孔24和避障孔28两者相内切。
55.正热电偶丝25和负热电偶丝26均通过低温胶等胶液固定于热电偶丝孔24中，正热电偶丝25的一端和负热电偶丝26的一端在热电偶丝孔24端面配合形成热结点21，正热电偶丝25的另一端和负热电偶丝26的另一端穿过电缆组件40连接变换组件50，且正热电偶丝25和负热电偶丝26仅在热结点21处接触。
56.第一壳体18内部腔体的非中心位置设置有测压孔22和第一台阶29，测压孔22一端连通外部环境，另一端连接第一台阶29，避障孔28和测压孔22不连通，使得正热电偶丝25和负热电偶丝26与压力敏感组件30不接触，压力敏感组件30安装在第一台阶29上。
57.外壳60为桶状结构，通过不锈钢机械加工形成，且桶口内表面设置有环形连接台61，连接台61上固接两个方块状的固定耳62，两个固定耳62之间安装有并排的两个半圆形凸起的压片71，两个压片71通过螺钉固定于固定耳62的螺纹孔上。连接台61用于支撑固定耳62。外壳60与第一壳体18表面连接。外壳60内部填充有硅橡胶19，用于防护各个组件。
58.压力敏感组件30采用溅射薄膜压力芯体32测量压力。
59.压力敏感组件30包括连接座31、溅射薄膜压力芯体32、转接座33和补偿板34。
60.溅射薄膜压力芯体32通过连接座31连接第一台阶29，连接座2上设置有包括通孔311、第一焊接台阶312和第二焊接台阶313，其中利用激光焊接将第一焊接台阶312和第一台阶29固定连接，并形成焊缝用于密封；利用激光焊接将第二焊接台阶313和溅射薄膜压力芯体32固定连接，并形成焊缝用于密封；测压孔22和通孔311同轴贯通，待测流体介质通过测压孔22和通孔311流入溅射薄膜压力芯体32，使得流体介质压力能够得到测量。
61.溅射薄膜压力芯体32还固定连接有转接座33，转接座33上设置有连接柱331，连接柱331穿过设置在补偿板34上的焊接孔341从而固定连接补偿板34，补偿板34上下位置填充有硅橡胶19，硅橡胶19用于防护。
62.补偿板34为电路印制板，上面通过锡焊固定有两个铂电阻，利用铂电阻的电阻随温度变化的原理对溅射薄膜压力芯体32进行温度误差补偿。
63.补偿板34上通过锡焊固定连接有电缆组件40的一端，电缆组件40的另一端与变换组件50连接。
64.正热电偶丝25、负热电偶丝26和电缆组件40挤压固定于两个固定耳62中间的两个压片71之间。
65.电缆组件40包括第一电缆套41、电缆42、第一绑扎线431、第二绑扎线432、第二电缆套46和套管44。
66.电缆42包括电缆导线421。
67.补偿板34上通过锡焊固定连接有电缆导线421的一端。
68.正热电偶丝25、负热电偶丝26和电缆导线421挤压固定于压片71中间。
69.套管44一端通过第一绑扎线431绑扎固定连接第一电缆套41上，另一端通过第二绑扎线432绑扎固定连接第二电缆套46上，套管44可为硅橡胶管或编制套管；第一电缆套41通过激光焊接方式固定于第一连接台61上，并形成焊缝用于固定。第二电缆套46与第二壳体55连接。
70.第二电缆套46包括贯通孔461、固定台462、第三焊接台阶463和第四焊接台阶464。
71.第二壳体55内部设置有保护套47和变换组件50。
72.第二壳体55一端与第二电缆套46连接，另一端与第三壳体56连接。保护套47与第二电缆套46连接且位于第二壳体55内部。
73.正热电偶丝25、负热电偶丝26和与溅射薄膜压力芯体32连接的电缆导线421穿过贯通孔461，并固定于固定台462上。
74.第四焊接台阶464通过激光焊接方式固定圆桶形的保护套47，且两者间形成焊缝用于固定，保护套47为不锈钢机械加工形成。
75.在保护套47的内部，正热电偶丝25和负热电偶丝26各利用一个压接套48与第一导线541压接连接，保护套44内部填充硅橡胶19用于防护。
76.第二壳体55一端与第三焊接台阶463通过激光焊接固定连接，形成焊缝用于固定，另一端与第三壳体56通过激光焊接固定连接，形成用于固定的焊缝；第三壳体56上设置有插座57，且与插座57通过激光焊接固定连接，两者之间形成焊缝用于固定。
77.第二壳体55为桶状结构，且内表面设置有两个内螺纹551，用于连接变换元件50；
78.变换组件50包括支架53、温度变换元件52、压力变换元件51、插座57、第一导线541、第二导线542、第三导线543。
79.第二壳体55内部通过内螺纹551安装“工”字形的支架53，支架53通过四个螺钉安装固定温度变换元件52和压力变换元件51，温度变换元件52和正热电偶丝25、负热电偶丝26之间通过第一导线541锡焊连接，温度变换元件52和插座57之间通过第二导线542锡焊连接。补偿板34上通过锡焊固定连接有电缆导线421的一端，电缆导线421的另一端与压力变换元件51连接；第三导线543通过锡焊连接压力变换元件51和插座57。
80.支架53、第二壳体55、第三壳体56通过不锈钢机加工形成。截面为“工”字形的支架53，包括第一平台532、第二平台533和连接杆534，第一平台532和第二平台533背面设置有外螺纹531，与第二壳体55内表面设置的两个内螺纹551相配合固定。
81.第一平台532和第二平台533通过连接杆534形成“工”字形截面。
82.连接杆534上构造有螺纹孔用于安装固定温度变换元件52和压力变换元件51，第一平台532和第二平台533上均各设置有两个孔，第一导线541、第二导线542、第三导线543和电缆导线421分别穿入四个孔中与各自目标连接。
83.温度变换元件52和压力变换元件51为印制板电路，上面锡焊有调理芯片、电阻、电容等电子元器件，通过插座57供电后，能够对温度敏感组件20中的正热电偶丝25与负热电偶丝26和压力敏感组件30中的溅射薄膜压力芯体32所产生的电学温度信号和电学压力信号进行放大、调理、滤波，输出为0～5v的目标电压信号。
84.套管44外表面设置有螺母45，螺母45可移动至外壳60。螺母45能够穿过外壳60，压紧温度敏感组件20中的第一壳体18，将传感器安装到待测流体介质的管路或腔体接口上。