刘增日
（佛山市顺德区美的洗涤电器制造有限公司 广东 佛山）
摘要：本文就传感与壳体一体化微型电子测压器的设计展开分析，以相关实验为依据，设计应变式电子测压器。通过对测压器本体的壳体与电阻应变片的创新研发，实现测压器壳体与压力传感器的一体化，旨在改善当前压电式压力传感器大体积、高成本等弊端，提高传感与壳体一体化微型电子测压器的设计质量，满足火炮膛压测试设备的不同要求。
关键词：压力传感器；壳体一体化微型电子测压器；设计
火炮膛压属于检测火炮发射系统的关键指标，在科学技术高速发展的背景下，火炮膛压测试开始应用规模较大的CMOS集成存储芯片，存储测试技术得以应用，有利于实现检测信号的快捷性与精准性，其中，因该测试的环境与条件较为复杂，容易形成较大误差，所以要加大对传感与壳体一体化微型电子测压器的设计研究，以期实现对该测试的改善。
1传感与壳体一体化微型电子测压器概述
在火炮膛压测试仪器中，壳体一体化微型电子测压器的应用最为理想化，可以保证火炮膛压参数的精细性，优化火药装置与弹丸弹道性能。目前，在压电式精密压力传感器中，放入式电子测压器是当作压力传感元件而存在。因国内的压力传感器成本较高，体积较大，难以保证电子测压器的正常运行。而将测压器壳体作为压力敏感元件，适当结合电阻应变片，能够整体提高壳体的负荷力，形成传感与壳体一体化的微型电子测压器，有利于降低电子测压器的成本支出，缩小体积。
1.1分析壳体一体化微型电子测压器的运行原理
壳体一体化微型电子测压器的运行原理主要体现在：转变弹性元件受力形成的应变为电阻值，测量电路实现电阻值与电压的转换，通过收集储存，进而检测压力信号。该测压器主要由电阻应变片和受力壳体组成，其受力端盖发挥着弹性传感元件的作用；通过电阻应变片可以将受力端盖应变转化为电阻制，具有传输应变、载荷与应力的优势。
此外，前端盖贴有电阻应变片，为压力传感源，其前端盖、后端盖与空心圆柱壳体均有超强度炮钢构建而成，热处理后形成一定强度，可以保证在高温高压条件下电阻应变片与测量电路模块的正常使用。其中，测量电路模块的构成包括信号放大电路、电源管理器、顺态信号采集存储电路、1/4恒流源电桥电路与串口通信电路等，在测压器中发挥着关键作用。在保温作业中，可以利用机械倒置开关，将仪器的工作模式调为超低功耗状态，48h后翻转倒置开关，有利于节约功耗量。
1.2分析电阻应变片
1）金属应变效应。电阻应变片是以金属应变效应为基础展开运作。而金属应变效应则是电阻值随机械的变形出现变化，其电阻值与形成的应变为正比。
2）动态响应特点。信号的传输主要通过弹性元件、胶粘层、应变片基底，借助应变波方式在应变片敏感栅处分析其传递渠道。电阻应变片的动态响应特性，会受到弹性敏感元件内应变波传播速率与电阻应变片基长的影响，可采用正弦应变波相应来计算电磁应变片的可测性截止频率。
3）合理选择电阻应变片。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆要求深入了解电阻应变片参数，选择合理的电阻应变片规格，其参考依据主要包括应变片的原始电阻值、灵敏系数、额定电流、绝缘电阻、应变符合与机械装置的滞后。
1.3分析壳体一体化微型测压器的有限元
因测压器负荷的外界压力较多元化，通过对测压器壳体结构的计算，要结合有限元法研究微型测压器的使用功能。有限元法研究方式首先分散壳体结构，将其划分为多个微型结构的节点；并结合结构力学对测压器壳体内不同节点的应变与位移进行计算，进而掌握壳体一体化微型测压器的整体应变状况。
首先，分析测压器端盖及应变的有限元。因端盖模态是测压器结构的振动特征固有化，具备特定频率，阻尼比，其参数可通过实验与计算获取；利用有限元法计算振动模态，分析其频率面积与模态特征，可作用于诊断测压器结构的设计与设备故障。
其次，测压器壳体有限元。其筒体属于轴对称问题，外侧负荷压力，另一端则沿轴加以制约，利用端盖压力计算压力值。采用弹性功能较强的圆筒，防止壳体出现塑性破坏。利用壳体一体化微型测压器的设计优势，能够加强电路模块的安全性，提高强度。
2分析壳体一体化电子测压器系统电路的设计
2.1测压器测量电路规律
在壳体一体化电子测压器中，测量电路为关键构件，主要包括信号调理电路、8M晶振、电源管理、主从单机组两片。其中，信号调理电路作业在于将电阻应变片的电阻值变化，转换为电压信号；电源管理可结合单片机控制系统的整体功耗量，通过信号信息的收集归纳，实现与计算机的正常通信。
2.2数字采集存储电路的设计分析
分析传感与壳体一体化电子测压器的测量电路，其信号调理电路传递的电压信号需借助数字采集存储电路，实现系统电路的整体检测。而数字采集存储电路的实现，需根据主从两片MSP430FG4618单片机，并结合相关硬件编程；其性能优势有以下几方面：
1）电压信号的放大。设计模拟电路时，可降低INA128放大倍数，利用单片机内的运算放大优势，合理减小存储电路电流功耗。通过该功能，可利用程序编写设定合理参数，合理设计微型电子测压器。
2）定时器。在壳体一体化微型电子测压器倒置开关触发器、控制采样频率、硬件、显示灯等方面，定时器的应用较为广泛。测压器在运作过程中，存在诸多影响因素，导致电路存在失误触发的安全事故；利用定时器，结合主从单片逐个采集信息的设计方案，合理设置采样间隔。
3）串口通信性能。通过对存储电路的测量，可以实现对动态信号的采集；并借助计算机读数软件及时储存单片机的相关数据，得到压力动态变化。此外，主从单片机与门电路、外部串口转USB电路的高效结合，可以和计算机分离读数，保证传感与壳体一体化微型电子测压器运作的可靠性。
3传感与壳体一体化微型电子测压器测试软件的设计
3.1硬件电路程序的设计分析
硬件电路的程序设计，主要为主单片机、从单片机的程序设计。采用程序编程可以直接操作单片机的内部硬件，执行速率较高。而从单片机的程序设计则通过数据的存储整理，其工作内容包括主从单片机复位的同步性，在接收信号指令后，能够迅速采集并整理信号数据。其硬件设计可以有效连接主单片机与从单片机的引脚，并串连主单片机与从单片机串口的初始化引脚。
3.2壳体一体化微型电子测压器读数软件的设计分析
电子测压器的炮膛压测试作业完成后，连接计算机与通信接口可以及时存储信息数据。电测测压器读数软件包括坐标值显示区、命令区、波形显示区和工具栏、波形选择区。
命令区则作用于计算机操作，其模块分为文件读取、电路编程、定标读值、定标读值与数据输出等方面。通过电路编程可以科学设置测压器的检测量程、采样频率的参数；文件读取可展现已保存的数据内容，对壳体一体化微型电子测压器的校准工作完毕后，可迅速计算Mpa和Bit的函数关系。
此外，计算机硬盘内数据信息输出后，可在界面调出文件，迅速读取信息与测量数据。点击界面的“电路编程”，合理设置壳体一体化微型电子测压器参数，进而展开编程作业。使用者可结合自身需求，选用合理的采样频率、触发电平与测量量程。
4总结
综上所述，本文通过对当前压电式电子测压器运作问题的分析，参考相关测试仪器体积小、精度高、循环性高、功耗低等规范，具体探讨其优劣内容，合理论述传感与壳体一体化微型电子测压器的设计内容。参考力学知识与计算机仿真技术，实现壳体一体化微型电子测压器结构的合理性，借助电阻应变片的优势，将测压器壳体端盖作为压力传感源，科学设置测压器的低功耗、小体积、高精度参数。通过科学实践，研究分析传感与壳体一体化微型电子测压器的试验数据，做到具体问题具体分析，完善设计内容，实现对电子测压器的创新变革。
参考文献
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论文作者:刘增日
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/22
标签：壳体论文; 应变论文; 测压论文; 电路论文; 电子论文; 电阻论文; 单片机论文; 《电力设备》2016年第11期论文;