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自增强承压圆筒结构的超高压力传感器
  • ISSN号:1004-924X
  • 期刊名称:光学精密工程
  • 时间:0
  • 页码:-
  • 分类:TP212.12[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安710049, [2]新疆交通职业技术学院汽车与机电工程学院,新疆乌鲁木齐831401, [3]陕西省计量科学研究院,陕西西安710048
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(No.50905139,No.90923001,No.51375378);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(No.2012jdgz08);陕西省科技计划资助项目(No.2012KJXX-01);国家科技重大专项资助项目(No.2011ZX04004-061);长江学者和创新团队发展计划资助项目(No.IRT1033);教育部科学研究重大项目(No.311001);高等学校学科创新引智计划资助项目(No.B12016);国家重大科学仪器设备开发专项(No.2012YQ03026101)
  • 相关项目:纳米制造中的计量溯源与测试理论研究
中文摘要:

采用自增强技术与硅压阻效应研制了超高压力传感器,该传感器能够消除封装残余应力的影响并保证其在进行大量程压力测量时具有较高的灵敏度输出.该传感器的弹性元件为圆筒结构的高强度弹簧钢,敏感元件为平膜倒杯式硅压阻芯片.传感器工作时,超高压力作用在圆筒结构的金属弹性元件使其发生轴向位移,该位移量通过弹性元件顶端的传递杆施加到周边固支的硅压阻芯片上,使置于此处的4个电阻条阻值发生线性变化,从而输出与被测压力成正比的电压值.在研究弹性元件在1 000 MPa超高压力下的工作性能时,理论与仿真相结合研究了弹性元件的承载强度,确定采用自增强处理技术提高弹性元件的承载能力.最后,对封装好的传感器静态性能进行了标定实验.实验结果表明,该传感器能够承受1 000 MPa以上的工作压力,线性度为0.52%,满足工业领域的应用需求.

英文摘要:

An ultra-high pressure sensor based on autofrettage technology and piezoresistive effect is developed to remove the residual stress in packaging and to ensure a high sensitive output in pressure measurement with a large range.The elastic element is made of high strength spring steel with cylinder structure,and the sensitive element is silicon flat chip with an inverted cup structure.When the pressure is applied to the metal elastic element,the axial deformation of the metal elastic element is occurred and passed to the chip via a pass rod,then the chip's resistive signal is proportional to the axial deformation based on the piezoresistive effect.The pressure measurement is accomplished by measuring the resistive signal.In the study of working ability of the elastic element,the load bearing strength of the elastic element is researched by combining the theory and simulation,and the autofrettage technology is used to improve the loading ability of the elastic element.Finally,the static performance experiments in 250 MPa and 1 000 MPa ranges are carried out for a packaged sensor respectively.The experiments show that the comprehensive accuracy of the sensor is 2.3%,the linearity is 0.7% in 250 MPa and 0.52% in 1 000 MPa.The simulative and experimental results both indicate that the metal elastic element with autofrettaged cylinder structure is able to endure ultra-high pressure beyond 1 000 MPa,and the developed sensor can meet the measuring demand of the contemporary industry.

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期刊信息
  • 《光学精密工程》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 中国仪器仪表学会
  • 主编:曹健林
  • 地址:长春市东南湖大路3888号
  • 邮编:130033
  • 邮箱:gxjmgc@sina.com;gxjmgc@ciomp.ac.cn
  • 电话:0431-86176855 84613409传
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-924X
  • 国内统一刊号:ISSN:22-1198/TH
  • 邮发代号:12-166
  • 获奖情况:
  • 三次获得“百种中国杰出学术期刊”,2006年获得中国科协择优支持基金,2007年获“吉林省新闻出版精品期刊奖”,2008年获“中国精品科技期刊”,2012年《光学精密工程》看在的3篇论文获得中国百...,第三届中国出版政府奖提名奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:22699