ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений давлений в агрегатах авиационной, ракетной и космической техники в условиях воздействия повышенных виброускорений.

Известен тензорезисторный датчик давления, предназначенный для измерения давления в условиях воздействия повышенных виброускорений, содержащий накидную гайку, корпус, чувствительный элемент в виде подпружиненной по торцам втулки, охватывающий через уплотнения подводящий трубопровод, причем в трубопроводе в пределах втулки выполнены подводящие отверстия [1]
Недостатком этих датчиков является невозможность их использования для измерения средних и больших давлений из-за недостаточной надежности уплотнений и большого их количества. Из них два уплотнения принципиально не могут обеспечить требуемой герметичности в связи с отсутствием уплотняющего усилия из-за необходимости свободного перемещения чувствительного элемента относительно трубопровода. Кроме того, известная конструкция работоспособна только в относительно узком диапазоне частот виброускорений, так как при совпадении собственной частоты чувствительного элемента, определяемой его массой и жесткостью пружины, с частотой виброускорений происходит резонанс и разрушение конструкции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является тензорезисторный датчик давления, содержащий чувствительный элемент, выполненный за одно целое с накидной гайкой, корпус с размещенными в нем элементами коммутации и компенсации, залитыми связующим материалом, кабельный ввод и кабельную перемычку [2]
Недостатком известной конструкции датчика давления является разрушение корпуса под воздействием достаточно больших виброускорений в процессе эксплуатации.

Изобретение направлено на повышение виброустойчивости датчика давления за счет увеличения момента сопротивления поперечного сечения, уменьшения длины и приближения места ввода кабельной перемычки к штуцеру изделия.

Это достигается тем, что в датчике давления на боковой поверхности накидной гайки сформирован прилив с двумя соединяющимися между собой каналами, причем один канал расположен параллельно продольной оси накидной гайки и соединен с ее торцом, а другой канал расположен перпендикулярно продольной оси накидной гайки ниже чувствительного элемента и соединен с кабельным вводом.

На фиг.1 изображен общий вид датчика давления в разрезе, установленного на штуцере изделия; на фиг.2 то же, вид сверху.

Датчик состоит из чувствительного элемента 1, выполненного за одно целое с накидной гайкой 2. Чувствительный элемент состоит из сопрягаемой с штуцером изделия части и мембраны с нанесенной на ней тензосхемой 3. Тензосхема 3 выполняется методом планарно-пленочной технологии. Тензосхема 3 электрически соединена с контактами 4 контактной колодки 5 при помощи тонких выводных проводников 6, выполненных, например, из золота. Толщина этих проводников по технологическим причинам не может превышать нескольких десятков мкм. Поэтому дальнейшая коммутация выполняется монтажными выводными проводниками 7, например, типа ФД. Тензосхема закрыта крышкой 8. Корпус 9 жестко соединен с накидной гайкой, например, при помощи сварки. На боковой поверхности накидной гайки сформирован прилив 10, в котором выполнены два соединяющихся между собой канала 11 и 12. Причем канал 11 расположен параллельно продольной оси накидной гайки и соединен с торцом 13 накидной гайки, а канал 12 расположен перпендикулярно продольной оси накидной гайки и соединен с кабельным вводом 14, расположенным на максимальном расстоянии от торца накидной гайки. В кабельном вводе находится гермопроходник 15, служащий для герметизации внутренней полости датчика. Монтажные выводные проводники через гермопроходник соединены с кабельной перемычкой 16, служащей для подвода напряжения питания к датчику и съема с него выходного сигнала. Элементы коммутации и компенсации (контактная колодка, монтажные выводные проводники, компенсационный резистор 17 и др.) частично расположены на торце накидной гайки, а частично расположены в каналах. Для устранения виброперемещений элементов конструкции внутренняя полость корпуса и каналов залита связующим материалом, например эпоксидным компаундом ЭПК-1.

Формирование чувствительного элемента, накидной гайки с каналами и присоединительной резьбой проводится в едином технологическом цикле способом литья по выплавляемым моделям из сплава ВНЛ (08Х14Н7МЛ). Датчик давления установлен на штуцер 18 изделия. Прокладка 19 служит для обеспечения герметичности соединения датчика с штуцером.

При воздействии виброускорений амплитудой a_в на датчики (фиг.1) элементы датчика также подвергаются воздействию этих виброускорений. Вследствие уменьшения длины и увеличения поперечного сечения датчика виброустойчивость предлагаемой конструкции датчика повышается. Кроме того, так как кабельный ввод находится на максимальном расстоянии от торца накидной гайки, т.е. на минимальном расстоянии от штуцера изделия, то виброускорения, воздействующие на кабельную перемычку, незначительно отличаются от виброускорений штуцера.

Проведенный расчет показывает, что при воздействии виброускорений, направленных перпендикулярно продольной оси, в датчике, выполненном в соответствии с предлагаемым техническим решением, возникают напряжения во много раз меньше, чем у прототипа.

Для дальнейшего повышения виброустойчивости при эксплуатации предлагаемой конструкции целесообразно дополнительно закрепить ее на изделии за кабельный ввод. В предлагаемой конструкции это осуществляется довольно просто при применении простейшего хомутика. Известные конструкции датчиков давления с накидной гайкой не позволяют осуществлять дополнительное крепление к изделию без применения специальных сложных устройств.

Таким образом, технико-экономическим преимуществом предлагаемой конструкции датчика давления является повышение виброустойчивости в несколько раз без уменьшения внутреннего объема корпуса и ухудшения габаритно-массовых характеристик.

При испытаниях предлагаемой конструкции датчиков в составе изделия отмечена их работоспособность при воздействии максимально-достижимых виброускорений 1200-1500 g, тогда как известные датчики давления выдерживают воздействие виброускорений не более 600 g. Другим преимуществом предлагаемой конструкции является повышение технологичности и надежности конструкции за счет сокращения количества применяемых деталей и сборочных операций, а также то, что повышение виброустойчивости достигнуто без изменения присоединительных размеров датчика, что позволяет приступить к эксплуатации этих датчиков без доработки посадочных мест изделий.

Использование: изобретение относится к тензорезисторным датчикам давления и может быть использовано при измерении давления в агрегатах, подверженных воздействию повышенных виброускорений. Сущность изобретения: для повышения виброустойчивости датчика давления, содержащего чувствительный элемент, выполненный за одно целое с накидной гайкой 2, корпус 9 с элементами коммутации и компенсации, кабельный ввод 14 и кабельную перемычку 16 в нем, в накидной гайке выполнен прилив с двумя каналами 11 и 12, причем канал 11 расположен параллельно оси накидной гайки, а канал 12 - перпендикулярно ниже чувствительного элемента и соединен с вводом 14. 2 ил.

ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий чувствительный элемент, выполненный за одно целое с накидной гайкой, корпус с размещенными в нем элементами коммутации и компенсации, залитыми связующим материалом, кабельный ввод и кабельную перемычку, отличающийся тем, что, с целью повышения виброустойчивости, в нем на боковой поверхности накидной гайки выполнен прилив с двумя соединенными между собой каналами, причем один канал расположен параллельно продольной оси накидной гайки и соединен с ее торцом, а другой канал расположен перпендикулярно продольной оси накидной гайки ниже чувствительного элемента и соединен с кабельным вводом.