1 概述
传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息按一定规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉，物体变得活了起来。
压力变送器由压力传感器和变送线路单元、表壳和过程连接件等组成。扩散硅压力变送器采用半导体硅作为感压元件，它是以单晶硅为基体，采用先进的离子注入工艺和微机械加工工艺，制成具有惠斯通电桥和精密力学结构的硅敏感元件。被测压力通过压力接口作用在硅敏感元件上，实现了所加压力与输出信号的线性转换。其测量原理是：流程压力和参考压力分别作用于集成硅压力敏感元件的两端，其差压使硅片变形（位移很小，仅μm级），以使硅片上用半导体技术制成的全动态惠斯通电桥在外部电流源驱动下输出正比于压力的mV级电压信号。图1为扩散硅压力传感器结构示意图，该传感器我公司已申请发明专利，专利授权号ZL201110455038.4。工作时，压力变送器将被测物理量转换成mV级的电压信号，并送往放大倍数很高而又可以互相抵消温度漂移的差动式放大器。最后经V/A电压电流转换成与被测介质的压力成线性对应关系的4～20mA标准电流输出信号，也可按用户要求输出RS485数字信号等。
温度变送器一般由测温探头和变送线路单元、表壳和过程连接件等组成。测温探头内多装有热电阻，电阻体的阻值随温度的变化而变化。铂属贵重金属，具有耐高温、温度特性好、使用寿命长等特点，因而得到广泛应用。金属热电阻一般电阻率大、温度系数稳定、测量准确、性能可靠，在自动控制中的应用极其广泛。测温热电阻信号经转换放大后，再由线性电路对温度与电阻的非线性关系进行补偿，经V/I转换电路后输出一个与被测温度成线性关系的4～20mA的电流信号，也可按用户要求输出RS485数字信号等。
2 温度压力一体变送器的特点
目前，市面上有温度液位一体变送器，是将整个变送器投入到液体中测量。温度压力一体变送器市场上较少，并且一般是将温度电阻装在注油芯体侧面或后部，这样制作简单，缺点是温度响应慢，测量精度低。也有温度压力一体变送器采用工业表壳，下端口测试压力，将温度探头从工业表壳的两出线孔中的一孔中通过高温导线引进，另一孔出线，达到一体化测量的目的，这样制作变送器简单，但安装困难，介质的安装接口不易密封。针对现有技术中的缺点，研制了温度压力一体变送器，将原本由两种变送器完成的功能，合并为一种变送器完成，而且性能指标不低于单独的温度变送器、压力变送器。而且，压力接头前端镶嵌聚四氟乙烯垫圈，阻止外部环境与测量介质热传递，提高对测量介质测温的准确性。因此，本文介绍的温度压力一体变送器具有温度响应快、测温精度高、生产工序少、节省成本支出、体积小、易安装等特点，可完全满足同时测量温度与压力等要求，广泛用于科研、石油、化工、电力、冶金等工业领域现场测温过程控制，特别适用于计算机测控系统，也能与各种型号的动圈式指示仪、数字压力表、智能调节仪等二次仪表配套使用。
3 制作方法介绍
本文所介绍的是将温度变送器与压力变送器设计为一体结构，实现温度和压力两种参数的一体化测量，如图2所示。其制作具有以下特点：
（1）温度探头采用薄壁不锈钢管，内装入铂电阻，与铂电阻焊接的耐高温导线，呈Z型走向穿过压力接头孔。
（2）温度探头可直接与被测液体接触测温，压力接头前端设有螺纹，可与压力接口对接，也可直接投入到液体中测量。
（3）温度探头与压力接头可靠粘接，并收口包紧。
（4）压力接头接口螺纹可为G1/2、M20×1.5或更大一些的螺纹，参见图3，其前端镶嵌聚四氟乙烯垫圈，阻止外部环境与测量介质热传递，提高对测量介质测温的准确性。
（5）压力传递孔偏侧设计，压力传感器腔体偏轴设计，有效的减小了变送器的体积。
（6）压力接头与套筒，密封套等壳体材料为不锈钢，它们之间的连接采用等粒子焊接技术，牢靠焊接。
（7）密封电缆腔内设置双橡胶圈，密封环、电缆线、导线护套等可靠密封。其整体效果如图4所示，实物如图5所示。
图1 扩散硅压力传感器结构示意图
图2 温度压力一体变送器装配示意图
图3 压力接头示意图
图4 温度压力一体变送器整体效果图
图5 温度压力一体变送器实物图
4 温度压力一体变送器的制作工艺
（1）温度探头采用壁厚0.25mm的薄壁管，探头内前部装有PT100铂电阻，焊接合适长度的耐高温导线，接线处包裹耐高温聚酰亚胺胶带，在探头内缓慢灌入硅胶，灌满，硅胶固化后待用。
（2）在温度探头的出线端外壁适当长度上涂一种胶粘剂（这种胶粘剂是进口专用胶，在125℃～150℃高温固化后，会形成类似玻璃的固体，可经受MPa级压力），装入压力接头孔内，小心穿Z型走向线，使温度传感器引线从压力接头的预留孔内穿出，用工具对收口嘴进行收口包紧。
（3）在压力接头前端装入聚四氟乙烯垫圈，用工具收口，将聚四氟乙烯垫圈包紧。
（4）放入烘箱，在125℃～150℃高温烘烤2～3小时，取出常温下测试、老练等工序合格后，在压力接头的温度出线孔内缓慢灌入硅胶，在压力接头的六方开孔处铆装堵头（堵头与孔有较小得过盈量，属过盈配合）。
（5）在扩散硅注油芯体上套上“O”型密封圈，在进压接头内依次装入扩散硅注油芯体、挡圈，后部装入塑料支架，塑料支架用螺钉紧固在压力接头上。
（6）将温度变送板和压力变送板用螺钉紧固在塑料支架上，连线调试、老化，全部指标合格后进入下道工序。
（7）在压力接头后部装入套筒、密封套，用等离子焊机焊接对接缝。
（8）连接通气电缆，在密封电缆腔内依次装入橡胶密封圈、压紧环、橡胶密封圈，用导线固定件压紧，后部装入导线护套。
5 结语
本文从结构、制作工艺等方面介绍了一种温度压力一体变送器的制作：选择性能良好的铂电阻及芯体（传感器）；按用户的需求选择温度与压力线路板；温度传感器Z型走线的穿线要十分小心，预防接壳造成短路；温度探头与压力接头焊接易烧坏温度引线，损坏不锈钢薄壁管，所以采用收口包封固定、胶液密封的方法；温度压力一体变送器由于温度探头不锈钢管直径小、壁薄，容易变形损坏，包装运输过程中要做好防护，使用过程中要小心。本文介绍的温度压力一体变送器已申请国家发明专利，专利号申请号201611109245.3。
（作者系天水华天传感器有限公司高级工程师）
