ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в датчиках, применяемых для измерения давления в различных областях народного хозяйства.

Известен датчик давления, содержащий корпус, мембрану с жестким центром и цилиндрическим периферийным основанием, диск, закрепленный с зазором на мембране при помощи прокладки, и емкостный преобразователь деформаций в виде двух пар противолежащих электродов, первая из которых расположена по центру мембраны и диска, а вторая - на консольной части мембраны и на периферии диска [1] .

Недостатком известной конструкции является сравнительно невысокая технологичность, связанная с необходимостью применения сложных технологических процессов. Это не позволяет производить емкостные датчики с приемлемой для многих отраслей народного хозяйства стоимостью.

Недостатком известной конструкции являются неширокие функциональные возможности, связанные с тем, что известный датчик не может измерять давление относительно имеющегося атмосферного давления окружающей среды (т. е. избыточное давление), а также не может измерять разность давлений, а может измерять только абсолютное давление (т. е. давление относительно вакуума или давление относительно постоянного давления определенной величины).

Недостатком известной конструкции является также сравнительно небольшая чувствительность, вызванная сравнительно небольшой величиной изменения емкости под воздействием измеряемого давления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является емкостный датчик давления, содержащий корпус, две мембраны, связанные общим жестким центром, и емкостный преобразователь перемещения [2] .

Недостатком известной конструкции является сравнительно небольшая чувствительность, связанная со сравнительно небольшим изменением емкостей электродов под воздействием измеряемых давлений.

Цель изобретения - повышение чувствительности и технологичности за счет увеличения изменения емкости электродов от воздействия измеряемых давлений и упрощения сборки датчика.

В емкостном датчике давления, содержащем корпус с двумя приемными камерами с входными отверстиями, расположенными в корпусе, манометрический чувствительный элемент и емкостный преобразователь деформаций, манометрический чувствительный элемент выполнен в виде двух сильфонов с общим дном, прикрепленных своими концами к внутренним кромкам входных отверстий соответствующих приемных камер, а преобразователь деформаций выполнен в виде трех цилиндрических электродов, первый из которых расположен снаружи сильфонов и через изолирующий элемент жестко прикреплен к ним в месте расположения общего дна, а второй и третий электроды выполнены в виде колец, расположенных с зазором друг относительно друга на диэлектрической втулке, закрепленной в корпусе концентрично первому электроду. Кроме того, изолирующий элемент в емкостном датчике давления выполнен в виде диэлектрического плоского кольца или диэлектрической втулки.

На фиг. 1 изображен емкостный датчик давления; на фиг. 2а изображено возможное положение электродов при равенстве давлений, воздействующих с разных сторон мембраны; на фиг. 2б, 2в - при максимальных превышениях давлений с одной из сторон мембраны над давлением с другой стороны; на фиг. 3 показан узел датчика с электродами и диэлектрическими втулками.

Емкостный датчик давления содержит корпус 1, манометрический чувствительный элемент, состоящий из сильфона 3 и сильфона 4 с общим дном 2, емкостный преобразователь деформаций в виде трех цилиндрических электродов, первый из которых 5 через изолирующий элемент 6 жестко прикреплен к сильфонам 3, 4 в месте расположения общего дна 2, а второй 7 и третий 8 электроды выполнены в виде колец, расположенных с зазором 9 относительно друг друга на диэлектрической втулке 10, закрепленной концентрично первому электроду. Электрическую изоляцию первого электрода может осуществлять диэлектрическая втулка 11 (см. фиг. 3), выполненная, например, из полиимидной пленки, фольгированная поверхность которой в данном случае выполняет функцию первого электрода. Корпус датчика выполнен из сплава 12Х12Н10Т, сильфоны с общим дном выполнен из сплава 36НХТЮ. Второй и третий электроды выполнены фотолитографией фольгированной полиимидной пленки ПФ-1 толщиной 20 мкм. Толщины никелевой фольги - 10 мкм.

Емкостный датчик давления работает следующим образом. В начальном состоянии при равенстве измеряемых давлений, воздействующих в разных сторон Р₁ и Р₂, емкость конденсаторов, образованных электродами 5 и 7 (С5-7), а также 5 и 8 (С5-8), равны между собой. В случае превышения измеряемым давлением Р₁ давления Р₂ в результате деформации сильфонов первый электрод переместится таким образом, что емкость конденсатора М5-7 увеличится, а емкость конденсатора С5-8 уменьшится. При воздействии максимальной разницы давлений Р₁ и Р₂, воздействующих на мембрану, первый электрод примет положение, изображенное на фиг. 25. При этом емкость конденсатора С5-7 будет максимальна, а емкость конденсатора С5-8 - минимальна и равна 0. В случае превышения давлением Р₂, давления Р₁ в результате деформаций сильфонов первый электрод переместится таким образом, что емкость конденсатора С5-7 уменьшится, а емкость конденсатора С5-8 увеличится. Пpи максимальном превышении давлением Р₂ давления Р₁ первый электрод примет положение, изображенное на фиг. 2в. При этом емкость конденсатора С5-7 будет минимальна, а емкость конденсатора С5-8 максимальна. Измеряя значения емкостей конденсаторов С5-7 и С5-8, можно однозначно судить о соотношениях давлений, воздействующих на сильфоны.

Таким образом, в зависимости от соотношений давлений, действующих на сильфоны, емкость конденсаторов С5-7 и С5-8 монотонно меняется от 0 до максимальных значений, что, во-первых, говорит об однозначном соответствии величин емкости измеряемым давлениям, а во-вторых, 100% -ной модуляции величин емкостей конденсаторов измеряемым давлением. В связи с тем, что в качестве давления Р₂ может выступать как давление окружающей датчик атмосферы, так и любое другое давление, изолированное от давления, воздействующего на основную мембрану, заявляемый датчик давления может измерять как избыточное давление, так и разность давлений.

Выполнение манометрического чувствительного элемента в виде сильфонов с общим дном повышает чувствительность за счет увеличения перемещения первого электрода, а следовательно, и величины емкости от измеряемого давления.

Преимуществом заявляемой конструкции является также повышение надежности за счет исключения избыточного количества элементов и уменьшения количества их межсоединений, которые являются наиболее слабыми звеньями конструкции. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1622788, кл. G 01 L 9/12, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР кл. 617695, кл. G 01 L 13/02, 1977.

Использование: датчик относится к измерительной технике и может быть использован для измерения избыточного давления и разности давлений. Изобретение направлено на повышение чувствительности и технологичности. Сущность изобретения: емкостный датчик давления содержит корпус, манометрический чувствительный элемент, состоящий из сильфонов с общим дном, емкостный преобразователь деформаций в виде трех цилиндрических электродов, первый из которых через изолирующий элемент жестко прикреплен к сильфонам в месте расположения общего дна, а второй и третий электроды выполнены в виде колец, расположенных с зазором относительно друг друга на диэлектрической втулке, закрепленной концентрично первому электроду. Электрическую изоляцию первого электрода может осуществлять диэлектрическая втулка, выполненная, например, из полиимидной пленки, фольгированная поверхность которой в данном случае выполняет функцию первого электрода. 1 з. п. ф - лы, 3 ил.

1. ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ , содеpжащий коpпус с двумя пpиемными камеpами с входными отвеpстиями, pасположенные в коpпусе манометpический чувствительный элемент и емкостный пpеобpазователь дефоpмаций, отличающийся тем, что манометpический чувствительный элемент выполнен в виде двух сильфонов с общим дном, пpикpепленных концами к внутpенним кpомкам входных отвеpстий соответствующих пpиемных камеp, а пpеобpазователь дефоpмаций выполнен в виде тpех цилиндpических электpодов, пеpвый из котоpых pасположен снаpужи сильфонов и чеpез изолиpующий элемент жестко пpикpеплен к ним в месте pасположения общего дна, а втоpой и тpетий электpоды выполнены в виде колец, pасположенных с зазоpом относительно дpуг дpуга на диэлектpической втулке, закpепленной в коpпусе концентpично пеpвому электpоду. 2. Датчик давления по п. 1, отличающийся тем, что изолиpующий элемент выполнен в виде диэлектpического плоского кольца или диэлектpической втулки.