ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ШПИНДЕЛЬ ДАТЧИКА Российский патент 1995 года по МПК G01L9/04 G01B7/16 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения динамического или статического давления, усилия, перемещения.

Известен преобразователь давления, содержащий корпус с мембраной, связанной через шток с консольной балкой с полупроводниковыми тензорезисторами [1]
Воздействие давления вызывает прогиб мембраны и через шток передается на консольную балку с тензорезисторами.

Недостатком этого преобразователя является неудовлетворительная точность измерения динамического давления, что выражается слабой чувствительностью, гистерезисом, невоспроизводимостью и нелинейностью характеристики преобразователя давления. Кроме того, шток вместе с балкой и мембраной образует трехмассовую упругую систему, что обуславливает низкие динамические показатели.

Наиболее близким к предлагаемому является тензометрический датчик [2]
Датчик состоит из цилиндрического корпуса с мембраной и крышкой. К мембране посредством передаточного звена присоединена консольная балка. Передаточное звено представляет собой упругий элемент в виде полукруга, переходящего в прямолинейный участок, конец которого присоединен к мембране. Полукруг передаточного звена сопряжен с консольной балкой и таким образом образует вместе с ней целостную однопрофильную конструкцию.

Прогиб мембраны от воздействия давления передается на консольную балку с тензорезисторами.

Существенным недостатком этого датчика являются низкие динамические качества, которые обусловлены наличием в конструкции датчика передаточного звена между мембраной и балкой, что снижает точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения динамического давления.

Цель достигается тем, что в известный тензометрический датчик давления, содержащий цилиндрический корпус, круглую мембрану, связанную с упругой балкой, несущей тензорезисторы, согласно изобретению введена вторая балка с тензорезисторами, расположенная зеркально-симметрично относительно первой, при этом обе балки одним концом жестко закреплены в корпусе, а другим концом непосредственно (без передаточного звена) жестко присоединены к мембране и расположены по отношению к ее плоскости под определенным углом α, причем точки крепления балок к мембране находятся на расстоянии r от ее центра и величина r связана с углом α зависимостью
r где R радиус мембраны;
l длина балки.

Расположенные на балках четыре (по два на каждой) полупроводниковых тензорезистора в измерительной цепи датчика соединены в полный мост.

Воздействие давления вызывает прогиб мембраны и вместе с тем прогиб балок с тензорезисторами, что влечет появление выходного измерительного сигнала в измерительной цепи датчика.

На фиг. 1 представлена принципиальная конструкция датчика давления; на фиг. 2 схема деформации упругих элементов с действующими при этом силами; на фиг. 3 схема деформации балки; на фиг. 4 схема деформации мембраны с действующими при этом усилиями.

Предлагаемый тензометрический датчик динамического давления состоит из цилиндрического корпуса 1 с мембраной 2, упругочувствительного узла (УЧУ) в виде двух одинаковых балок 3 равного сечения с тензорезисторами 4 и токовыводами 5 (фиг. 1).

УЧУ представляет собой осесимметричную конструкцию, где балки 3 одним концом закреплены в корпусе 1, а другим жестко присоединены к мембране 2. Балки 3 по отношению к плоскости мембраны 2 находятся под определенным углом α, а точки их крепления к мембране 2 расположены на определенном расстоянии r от ее центра. При этом величины r и α связаны зависимостью
r
Воздействие давления вызывает прогиб мембраны 2 и вместе с тем прогиб балок 3 с тензорезисторами 4, для влечет появление выходного измерительного сигнала в измерительной цепи датчика.

Круглая мембрана 2 жестко защемлена по контуру, а тензорезисторы 4 в измерительной цепи датчика соединены в полный мост.

Мембрана 2 изготовлена из материала с высокими упругими свойствами, например сплава 44НХТЮ. Балки 3 изготовлены из материала, например, типа ковар. В качестве тензорезисторов 4 могут быть использованы, например, тензорезисторы типа "Кремнистор".

Использование: для измерения динамического или статического давления в контрольно-измерительной технике. Цель: повышение точности измерения динамического давления. Сущность изобретения: тензометрический датчик динамического давления (ДД) состоит из цилиндрического корпуса, к которому жестко присоединена круглая мембрана, к которой под углом α жестко присоединены две зеркально-симметричные балки с тензорезисторами. Одним концом балки закреплены в корпусе, а другим на мембране на расстоянии r от ее центра. При этом величина r связана с углом a зависимостью где l длина балки; R радиус мембраны. Воздействие давления вызывает прогиб мембраны, а вместе с тем прогиб балок с тензорезисторами, что влечет появление выходного сигнала в измерительной цепи ДД. Положительный эффект: повышение точности измерения динамического давления, которое проявляется в низкой нелинейности характеристики ДД, и повышение динамической чувствительности ДД. 4 ил.

ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДИНАМИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ, содержащий цилиндрический корпус, круглую мембрану, связанную с упругой балкой, несущей тензорезисторы, отличающийся тем, что в датчик введена вторая балка с тензорезисторами, расположенная зеркально симметрично относительно первой балки, при этом обе балки одним концом жестко закреплены в корпусе, а другим непосредственно на мембране и расположены по отношению к плоскости мембраны под определенным углом α причем точки крепления балок к мембране находятся на расстоянии r от ее центра, а величина r определяется из зависимости

где a угол наклона балки к плоскости мембраны;
R радиус мембраны;
l длина балки.