專利名稱：一種檢測糧倉儲量的壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及糧倉儲量自動檢測領(lǐng)域，具體是一種用于在線檢測糧倉儲量的壓 力傳感器。
背景技術(shù)：
中國是一個糧食大國和人口大國，糧食在國民經(jīng)濟中占有顯著地位，是關(guān)系國計 民生、國家安全和社會穩(wěn)定的特殊產(chǎn)品。而糧食儲藏安全是糧食安全的一個重要部分，長期 以來，國家糧食儲藏數(shù)量的監(jiān)測一直是國家糧食主管部門亟待解決的重要問題。目前，關(guān)于糧庫糧食數(shù)量的計量，一種方法是在糧食進出庫時利用地磅稱取重量。 這種方法相對簡單直觀，但無法檢測在糧食的存儲和保管過程中自然損耗引起的重量變 化。還有一種方法是入倉內(nèi)人工取樣測量糧食密度和糧面高度來估算重量，由于密度分布 不均勻無規(guī)律，難以實現(xiàn)較高精度的測量。這是目前國家糧食數(shù)量統(tǒng)計常用的方法，需要逐 倉測量，然后進行數(shù)據(jù)匯總、逐級上報，中國儲備糧總公司下屬3萬多個直屬庫和代屬庫， 每年的清倉查庫不僅花費大量的人力、物力，且時效性太差。此外，由于缺乏有效的監(jiān)管措 施，各地頻繁出現(xiàn)糧庫保管人員損公肥私的不法行為，不僅直接損害了國家利益，造成了不 良社會影響，也將對國家在緊急情況下的糧食調(diào)撥和應(yīng)急決策實施產(chǎn)生嚴重危害。糧食為顆粒體，粒徑隨品種不同而不同。顆粒體內(nèi)部應(yīng)力的分布規(guī)律不像液體和 氣體具備各向同性，密度分布也不均勻，測量難度較大。目前市場上有土壓力盒產(chǎn)品，主要 用于土體內(nèi)部應(yīng)力的測量，普遍存在工程測量誤差較大的問題，且埋設(shè)時要求敏感面覆蓋 一定厚度的細沙以保證精度，無法直接用于測量糧食內(nèi)部應(yīng)力的測量。目前，國內(nèi)還沒有專 用于糧食內(nèi)部壓力測量的傳感器。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其 能夠準確測量糧食類顆粒體內(nèi)部應(yīng)力，并滿足糧倉環(huán)境對測量設(shè)備穩(wěn)定性、較長使用周期 和耐受腐蝕性氣體的要求。為達到上述目的，本實用新型提供的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，包 括一彈性膜片，一基板，與該彈性膜片保持間隙的固定在該彈性膜片上，該基板上具有厚膜電極， 該厚膜電極為印刷在該基板上的兩個環(huán)狀導通帶，該兩個環(huán)狀導通帶分別作為內(nèi)電極和外 電極，該彈性膜片分別與該內(nèi)電極和外電極構(gòu)成參考電容和工作電容；一電路板，電性連接該內(nèi)電極和該外電極。上述檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，還包括一電極防護罩，包圍所述 基板并固定在所述彈性膜片上。上述檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述電路板設(shè)置在所述電極防護
3罩外，并與所述電極防護罩保持電絕緣性的固定安裝。上述檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，還包括一外殼，與所述彈性膜片之 間采用密封圈密封，并通過螺釘固定。上述檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述基板的背面印刷有焊盤，一方 面通過金屬化過孔與基板正面電極導通，另一方面通過一銅絲，一端焊接在該焊盤上，另一 端焊接在所述電路板的檢測點上，實現(xiàn)所述厚膜電極與所述電路板的電性連接。上述檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述彈性膜片與所述基板之間的 間隙通過一極間墊片保持。上述檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述彈性膜片為帶有硬中心的周 邊固支E形圓膜片，所述基板固定在所述彈性膜片的硬中心上。上述檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述基板采用陶瓷基板。上述檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述壓力傳感器呈扁平圓形盒狀 結(jié)構(gòu)，該壓力傳感器整體為相對密封結(jié)構(gòu)。上述檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述彈性膜片外側(cè)設(shè)置有防止裝 配時產(chǎn)生應(yīng)力傳遞的凹槽。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點(1)雙電容結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)溫漂自補償；(2)通過硬件電路成功解決傳感器非線性問題；(3)高靈敏度高精度，結(jié)構(gòu)相對簡單，可靠性高，適合批量生產(chǎn)；(4)全部采用防腐蝕材料的整體密封結(jié)構(gòu)，抗熏蒸能力強。

圖1為本實用新型的主剖視圖；圖2為本實用新型的左視圖；圖3為本實用新型的俯視圖；圖4為陶瓷基板正面厚膜電極印刷示意圖；圖5為陶瓷基板背面焊盤印刷示意圖；圖6本實用新型的電路原理框圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例來對本實用新型作詳細的描述，以進一步了解本實用 新型的目的、方案及功效。圖1 3分別為本實用新型的正視剖視圖、左視局剖圖和俯視圖，參考圖1 3，本 實用新型的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，主要包括彈性膜片1、基板5、厚膜電極4及電路 板13，其中，彈性膜片1是傳感器的敏感元件，為帶有硬中心的周邊固支圓平膜片，即E形圓 膜片?；?與彈性膜片1間保持間隙的固定在該彈性膜片1的硬中心上，參考圖4，該厚 膜電極4為利用厚膜技術(shù)印刷在基板5上表面的兩個環(huán)狀導通帶，該兩個環(huán)狀導通帶分別 作為內(nèi)電極22和外電極21，該彈性膜片1分別與該內(nèi)電極22和外電極21構(gòu)成參考電容 Cr和工作電容Cm。電容間隙由極間墊片3保證。內(nèi)電極22和外電極21電性連接電路板
413。該壓力傳感器還進一步包括一電極防護罩9，該電極防護罩9包圍基板5并固定在 所述彈性膜片上。電路板13設(shè)置在電極防護罩9外，并與電極防護罩9 一起通過螺釘11 固定在彈性膜片1上，為保證電路板13與電極防護罩9之間的電絕緣性，在電路板13與電 極防護罩9之間用間隔柱8進行絕緣隔離。該防護罩9的作用一方面保護基板5不易被損 壞，另一方面使厚膜電極4表面始終保持潔凈，避免造成電容誤差。更進一步的，該壓力傳感器還包括一外殼6和一底蓋7，外殼的側(cè)面由螺釘14與彈 性膜片1固定，外殼6與彈性膜片1的接觸面采用氟橡膠0型密封圈10密封，0型密封圈 嵌在彈性膜片1的外側(cè)凹槽26上。底蓋7與外殼6采用焊接密封，經(jīng)加壓檢漏密封性能。 外殼6底部內(nèi)側(cè)設(shè)有凸臺27方便焊接定位。外殼與底蓋分離設(shè)計而非一體成型，是因為在 不開模具的情況下，采用管材和棒材分別加工可以節(jié)省原材料降低成本。彈性膜片1的材質(zhì)為17-4PH恒彈合金，加工前后分別經(jīng)過固溶和時效處理，具有 高的硬度、彈性和耐久性。彈性膜片1上表面有對稱螺紋孔19，其作用是便于傳感器裝配。 彈性膜片1外側(cè)有凹槽25，其作用是防止裝配時產(chǎn)生應(yīng)力傳遞，導致膜片產(chǎn)生不應(yīng)有的變 形，影響測量精度。為減小糧食類顆粒體本身的體積對于敏感元件造成的誤差，彈性膜片1 的外徑越大越好，優(yōu)選實施例中取IOOmm左右。基板5中心有孔24，通過緊定螺釘2將其固定在彈性膜片1的硬中心上?；? 采用陶瓷材料，參照圖4和圖5，厚膜電極4為采用厚膜工藝在基板5正面印刷的兩個環(huán)狀 導通帶，分別為內(nèi)電極22和外電極21。厚膜電極厚度很小，約10 25 μ m,使得邊界效應(yīng) 對電容值的影響以及膜的線脹系數(shù)對電容穩(wěn)定性的影響很小。陶瓷基板5背面印刷有焊盤 23，通過金屬化過孔20與厚膜電極4相導通。銅絲12 —端焊接在焊盤23上，另一端焊接 在電路板檢測點上，實現(xiàn)電極與電路板的電性連接。電極防護罩9的材質(zhì)為PVC，其作用是保護陶瓷電容，使其保持潔凈的工作狀態(tài)， 容值穩(wěn)定，不易受干擾。再請參考圖2，在外殼6上還設(shè)置有電纜接頭，包括連接頭15、壓緊頭16和密封件 18。連接頭15與外殼6為焊接連接，壓緊頭16與連接頭15為螺紋連接。通信電纜17采 用特制通氣電纜，包括信號線和一氣管。通信電纜17將信號傳輸至倉外的上位機，同時使 傳感器內(nèi)部與倉外大氣相通，保證了內(nèi)部氣壓始終與大氣壓相等，避免了內(nèi)部氣體熱脹冷 縮給測量帶來的誤差。彈性膜片1、外殼6與底蓋7、電纜接頭均為不銹鋼材料，密封件18與0型密封圈 10均為防腐橡膠材料，具有良好的防腐蝕性能，從而使得傳感器能夠經(jīng)受糧倉內(nèi)磷化氫等 熏蒸氣體和水汽的長期侵蝕。本實施例工作原理彈性膜片1與厚膜電極4構(gòu)成變間隙電容，分別為工作電容 Cm和參考電容Cr。彈性膜片1上表面受到均布壓力作用產(chǎn)生變形，越靠近彈性膜片硬中心 的地方，縱向位移越明顯。工作電容Cm極間間隙增大，電容量也隨之減小。參考電容Cr分 布在膜片硬中心范圍內(nèi)，其極間間隙恒定，因此容值不隨被測壓力變化，參考電容的作用是 用來進行溫度補償。電路板敏感端通過銅絲與機械電容相連，實時檢測電容值的變化，并將 其轉(zhuǎn)換為直流電信號，經(jīng)過限幅放大，輸出4-20mA標準信號。為便于溫度補償和后續(xù)電路 處理，參考電容Cr與工作電容Cm初始值近似相等。
5[0040]電路板13完成信號檢測與轉(zhuǎn)換功能，具體是將測量部分所得到的電容比的變化 轉(zhuǎn)換成標準電流輸出信號(4 20mA. DC)。參照圖6為本實用新型轉(zhuǎn)換電路框圖，該電路包 括電容-電流轉(zhuǎn)換電路及放大電路兩部分，分別由振蕩器、解調(diào)器、振蕩控制放大器以及前 置放大器、線性調(diào)整電路、調(diào)零電路、量程調(diào)整電路、功放與輸出限制等電路組成。電容-電流轉(zhuǎn)換電路的功能是將參考電容Cr和工作電容Cm的差值轉(zhuǎn)換為電流信 號，工作電容Cm和參考電容Cr由振蕩器提供高頻電流，經(jīng)解調(diào)后，輸出兩組電流信號，一組 為差模信號，另一組為工作電容Cm相關(guān)信號。振蕩控制放大器Al、振蕩器和解調(diào)器構(gòu)成深 度負反饋，工作電容Cm相關(guān)信號與基準電壓進行比較，經(jīng)振蕩控制放大器Al放大之后，控 制振蕩器的供電，從而使工作電容Cm相關(guān)信號保持不變，差模信號與輸入電壓之間成單一 的比例關(guān)系。解調(diào)器輸出的差模信號經(jīng)線性調(diào)節(jié)電路后輸入到A2輸入端，零點調(diào)整和量程 調(diào)整分別通過在電流控制放大器A2輸入端加入正負反饋來調(diào)節(jié)，三者均通過調(diào)節(jié)電位器 阻值來完成。經(jīng)過電流控制放大器A2和輸出限制電路，最終輸出4-20mA直流信號，并滿足 Is = K(Cr/Cm-l)，被測壓力與工作電容Cm成反比，因而正比于輸出電流Is。從上式也可以 看到，當溫度變化引起傳感器結(jié)構(gòu)尺寸以及介質(zhì)介電常數(shù)變化時，參考電容Cr與工作電容 Cm初始值近似，又在同一溫度場同步變化，抵消了零點溫度誤差和時間漂移。用于在線檢測糧倉儲量的壓力傳感器，除了在出廠時用精密氣壓源進行標定，還 在糧倉現(xiàn)場布置了傳感器網(wǎng)絡(luò)，配合數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)進行模型倉與實倉實驗，得出糧 食質(zhì)量與傳感器輸出壓力的關(guān)系，因而具有較高的測量精度?，F(xiàn)場應(yīng)用時，糧倉內(nèi)為散裝糧 食，傳感器上表面即彈性膜片1直接與糧食接觸，感測糧食內(nèi)部應(yīng)力。輸出信號通過通信電 纜17輸出艙外與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。根據(jù)理論與實驗力學分析模型，按照一定規(guī)律在空倉 底面和側(cè)壁安裝壓力傳感器，建倉時為傳感器預(yù)留安置凹槽或特制支架進行固定。傳感器、 通信電纜和倉外系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢后，開始進糧。進糧結(jié)束后系統(tǒng)即可正常使用。本實用新型的目的就在于建立一種方便快捷的網(wǎng)絡(luò)化糧食儲藏數(shù)量檢測方法，在 糧倉內(nèi)按模型多點布置壓力傳感器，由傳感器感知糧堆內(nèi)壓力信息并轉(zhuǎn)為電信號傳遞到上 位機，通過數(shù)據(jù)處理和模型計算，得到糧食總質(zhì)量。再利用計算機技術(shù)、無線傳輸技術(shù)進行 信息的統(tǒng)計和上報，從而對儲糧數(shù)量變化情況進行實時檢測，對檢測數(shù)據(jù)進行智能化分析， 對異常糧情進行報警，為科學安全儲糧提供技術(shù)保證和科學決策依據(jù)。雖然本實用新型已以一較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本實用新型，在 不背離本實用新型精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本實用新型作 出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本實用新型所附的權(quán)利要求 的保護范圍。
權(quán)利要求一種檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，包括一彈性膜片，一基板，與該彈性膜片保持間隙的固定在該彈性膜片上，該基板上具有厚膜電極，該厚膜電極為印刷在該基板上的兩個環(huán)狀導通帶，該兩個環(huán)狀導通帶分別作為內(nèi)電極和外電極，該彈性膜片分別與該內(nèi)電極和外電極構(gòu)成參考電容和工作電容；一電路板，電性連接該內(nèi)電極和該外電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，還包括一電極防 護罩，包圍所述基板并固定在所述彈性膜片上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述電路板設(shè)置 在所述電極防護罩外，并與所述電極防護罩保持電絕緣性的固定安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，還包括一外 殼，所述外殼與所述彈性膜片之間采用密封圈密封，并通過螺釘固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述基板的 背面印刷有焊盤，通過一銅絲一端焊接在該焊盤上，另一端焊接在所述電路板的檢測點上， 實現(xiàn)所述厚膜電極與所述電路板的電性連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述彈性膜 片與所述基板之間的間隙通過一極間墊片保持。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述彈性膜 片為帶有硬中心的周邊固支E形圓膜片，所述基板固定在所述彈性膜片的硬中心上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述基板采用陶 瓷基板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述壓力傳感器 呈扁平圓形盒狀結(jié)構(gòu)，該壓力傳感器整體為相對密封結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的檢測糧倉儲量的壓力傳感器，其特征在于，所述彈性膜片外 側(cè)設(shè)置有防止裝配時產(chǎn)生應(yīng)力傳遞凹槽。
專利摘要本實用新型公開了一種檢測糧倉儲量的壓力傳感器，包括一彈性膜片，一基板，與該彈性膜片間保持間隙的固定在該彈性膜片上，該基板上具有厚膜電極，該厚膜電極為印刷在該基板上的兩個環(huán)狀導通帶，該兩個環(huán)狀導通帶分別作為內(nèi)電極和外電極，該彈性膜片分別與該內(nèi)電極和外電極構(gòu)成參考電容和工作電容；一電路板，電性連接該內(nèi)電極和該外電極。本實用新型能夠準確測量糧食類顆粒體內(nèi)部應(yīng)力。
文檔編號G01L9/12GK201653632SQ201020143589
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者趙巧轉(zhuǎn) 申請人:北京航天金泰星測技術(shù)有限公司