ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в условиях воздействия широкого диапазона температур и повышенных виброускорений.

Известны датчики давления, предназначенные для измерения давления в условиях воздействия широкого диапазона температур, содержащие корпус, цилиндрическую контактную колодку, чувствительный элемент в виде мембраны, на которой расположены тензочувствительная схема и свободновисящие выводные проводники, соединяющие контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки [1]
Данная конструкция не обладает необходимой виброустойчивостью, так как при эксплуатации ее в условиях воздействия достаточно больших виброускорений происходит обрыв выводных проводников, обусловленный их свободным провисанием в датчике. Кроме того свободное неориентированное расположение выводных проводников приводит к необходимости неоправданного ужесточения требований на прочность присоединения проводников к контактным площадкам чувствительного элемента и контактам колодки вследствие разброса и значительной величины остаточных механических напряжений в месте присоединения из-за произвольного распределения деформаций по длине проводников при сборке.

Наиболее близким к изобретению является датчик давления, содержащий корпус, цилиндрическую контактную колодку, чувствительный элемент в виде жесткозащемленной мембраны, на которой расположена тензочувствительная схема, и частично расположенные на поверхности чувствительного элемента и частично свободновисящие плоские выводные проводники, соединяющие контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки [2]
Данная конструкция также не обладает требуемой виброустойчивостью, так как хотя длина свободновисящей части проводников несколько уменьшена за счет частичного расположения проводников на поверхности чувствительного элемента, но все же имеет значительные размеры и при воздействии виброускорений свободновисящая часть проводников будет иметь значительные виброперемещения, которые могут привести к обрыву проводников, как правило, в месте их закрепления на контактных площадках чувствительного элемента или контактах колодки.

Целью изобретения является повышение виброустойчивости датчиков давления за счет жесткого и ориентированного расположения, полного устранения свободного провисания и ограничения виброперемещений выводных проводников.

Для достижения этой цели в датчике давления, содержащем корпус, цилиндрическую контактную колодку, чувствительный элемент в виде жесткозащемленной мембраны с тензочувствительной схемой, частично расположенные на поверхности чувствительного элемента, плоские выводные проводники, соединяющие контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки, закреплены на дополнительных контактных площадках на периферии чувствительного элемента и расположены в пазах, выполненных на периферийной части основания контактной колодки по его радиусу и продолженных на боковой поверхности колодки по ее образующей, причем глубина пазов в основании колодки равна толщине выводных проводников, ширина в 5-10 раз больше ширины выводных проводников, а пазы на боковой поверхности колодки заполнены связующим веществом.

На фиг. 1 изображен датчик; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Датчик состоит из корпуса 1, цилиндрической контактной колодки 2, чувствительного элемента в виде жесткозащемленной мембраны 3, на которой расположены тензочувствительная схема 4, плоские выводные проводники 5, соединяющие контактные площадки 6 чувствительного элемента 3 с контактами 7 колодки, частично расположены в пазах 8 основания колодки 2 на поверхности чувствительного элемента 3 и дополнительно закреплены на специальных контактных площадках 9 на периферии чувствительного элемента и частично расположены в пазах 10 на боковой поверхности мембраны. Паз 10 заполнен связующим материалом, например эпоксидным компаундом.

Датчик работает следующим образом.

Под воздействием измеряемого давления Р в жесткозащемленной мембране возникают поверхностные радиальные и тангенциальные деформации, которые воспринимаются и преобразуются в относительные изменения сопротивлений тензочувствительной схемой 4. Выводные проводники 5 служат для подачи на тензочувствительную схему напряжения питания и съема с нее выходного сигнала для передачи через контактную колодку 2 и кабельную перемычку 11 датчика на регистратор (не показан).

Жесткое ориентированное расположение и наличие только одного места сгиба выводных проводников в месте соединения пазов основания и боковой поверхности колодки приводит к минимизации остаточных механических напряжений в месте присоединения проводников, в связи с удаленностью места перегиба от места закрепления по сравнению с поперечным сечением проводников.

Минимизация остаточных напряжений при сборке позволяет уменьшить суммарные напряжения в месте закрепления, равные сумме остаточных статических напряжений сборки и динамических напряжений от воздействия виброускорений.

В конструкции датчика давления свободное провисание выводных проводников устранено за счет того, что проводники частично расположены на поверхности чувствительного элемента, частично в пазах на боковой поверхности и зашиты там для лучшего закрепления связующим материалом. Виброперемещения выводных проводников также сведены к минимуму за счет введения ограничительных поверхностей и заполнения пазов на боковой поверхности колодки связующим материалом. Перемещения проводников, расположенных на поверхности чувствительного элемента в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного элемента, ограничены с одной стороны поверхностью чувствительного элемента, а с другой поверхностью паза основания контактной колодки, так как глубина паза выбрана равной толщине проводника. Перемещение проводников, расположенных на поверхности чувствительного элемента, параллельно его поверхности, вдоль и перпендикулярно его радиусу ограничено закреплением проводников на дополнительной контактной площадке 9 на периферии чувствительного элемента, например, при помощи сварки. Кроме того, плоские выводные проводники 5 имеют ширину в несколько раз большую, чем толщину, а следовательно, обладают большим моментом сопротивления перемещению параллельно поверхности чувствительного элемента, перпендикулярно его радиусу по сравнению с моментом инерции, в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного элемента. Это позволяет увеличить ширину пазов основания колодки по сравнению с шириной выводных проводников в 5-10 раз для облегчения совмещения пазов основания колодки с выводными проводниками при сборке.

Перемещение проводников в пазах боковой поверхности колодки ограничено заполнением пазов на боковой поверхности колодки связующим материалом, например эпоксидным компаундом.

При воздействии виброускорений на датчик в процессе эксплуатации выводные проводники 5 также подвергнутся этому воздействию. Так как виброперемещения выводных проводников 5 относительно других элементов конструкции датчика сведены к минимуму, динамические напряжения, обусловленные воздействием виброускорений в месте закрепления проводников, также будут сведены к минимуму. Учитывая, как было показано ранее, что статические деформации в месте закрепления минимизированы, можно сделать вывод, что суммарные напряжения в месте закрепления проводников при воздействии виброускорений также будут минимальными. Таким образом, конструкция датчика позволяет использовать его в условиях воздействия повышенных виброускорений.

Другим преимуществом предлагаемой конструкции является то, что за счет жесткого ориентированного расположения выводных проводников появляется возможность автоматизации монтажа выводных проводников, т. е. повышения технологичности сборочных операций. Преимуществом конструкции является также то, что повышение виброустойчивости достигается без применения связующих материалов в рабочей зоне тензочувствительной схемы. Как известно, летучие компоненты связующих материалов вредно сказываются на метрологических характеристиках тензочувствительных схем, особенно при воздействии на датчик широкого диапазона температур.

Использование: в измерительной технике в условиях воздействия большого диапазона температур и повышенных виброускорений. Сущность изобретения: датчик давления содержит размещенные в корпусе 1 цилиндрическую контактную колодку 2, с основанием и чувствительный элемент в виде жестко защемленной мембраны 3 с тензочувствительной схемой 4. Плоские выводные проводники 5 схемы 4 соединяют контактные площадки 6 мембраны с контактами 7 колодки 2, расположены частично в пазах 8 основания колодки 2 на поверхности мембраны и закреплены на контактных площадках 9 на периферии мембраны и частично - в пазах 10 на боковой поверхности мембраны. Паз 10 заполнен эпоксидным компаундом. 2 ил.

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий установленные в корпусе цилиндрическую контактную колодку с основанием и чувствительный элемент в виде жесткозащемленной мембраны с тензочувствительной схемой, плоские выводные проводники которой частично расположены по поверхности чувствительного элемента и соединяют его контактные площадки с контактами колодки, отличающийся тем, что, с целью повышения виброустойчивости, плоские выводные проводники закреплены на дополнительных контактных площадках на периферии чувствительного элемента и расположены в пазах, выполненных на периферийной части основания контактной колодки по его радиусу и продолженных на боковой поверхности колодки по ее образующей, при этом глубина пазов в основании колодки выбрана равной толщине выводных проводников, ширина в 5 10 раз большей ширины выводных проводников, а пазы на боковой поверхности колодки заполнены связующим материалом.