ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК A61B5/03 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для измерения давления крови пациента как косвенным методом, так и прямым через катетер, устанавливаемый непосредственно в полостях сердца и кровеносных сосудах.

Наиболее распространенным типом медицинских датчиков давления являются датчики с интегральным тензопреобразователями (ИТП) балочного типа, выполненными на базе монокристалла кремния, в котором методом диффузии сформирован полупроводниковый резистивный тензомост. Эти датчики отличаются высокой чувствительностью, малыми габаритами.

Но в датчиках этого типа существует опасность поломок ИТП, обусловленная малыми допустимыми перемещениями рабочего конца балки из кремния, обладающего повышенной хрупкостью. Это накладывает жесткие ограничения на использование ИТП.

Известен, например, датчик давления типа ТДО-1 (Агейкин и др. Датчики контроля и регулирования. М. Машиностроение, 1965 г. с. 637), содержащий упругий чувствительный элемент (сильфон), толкатель с упругой балкой, два упора (один из них регулируемый) для защиты чувствительного элемента.

Недостатком датчика является низкая надежность при измерении давлений знакопеременной величины. Указанный недостаток является следствием регулировки датчика только одним упором. Погрешности изготовления деталей датчика могут привести к поломке ИТП или значительному снижению диапазона измеряемых сигналов.

Известен зонд (а.с. N 880409 от 15.11.81, МКИ А 61 В 5/02), содержащий корпус, ИТП, толкатель, эластичную оболочку, выполняющую роль мембраны, и регулируемый упор.

Недостатком известного зонда является низкая его надежность из-за отсутствия в нем предохранения ИТП от поломки при действии отрицательного давления.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик (а. с. N 1251860 от 23.08.86, МКИ А 61 5/03), содержащий корпус с рабочей камерой, закрытой мембраной, которая через толкатель с ограничителем обратного хода соединена с преобразователем, а также ограничитель прямого хода мембраны, расположенный коаксиально относительно толкателя, причем ограничитель прямого хода мембраны выполнен в виде стакана с осевым отверстием и упором с внешней стороны дна и установлен с возможностью перемещения без зазора относительно мембраны.

Надежность этого датчика выше, чем у известных, но она все же недостаточна и, кроме того, повышение надежности сопровождается сложной регулировкой.

Изобретение решает одну из актуальных задач рассмотренного типа датчиков обеспечивает лучшую защиту ИТП от перегрузок, превышающих предельно допустимые, при одновременном упрощении регулировки датчика.

Это решается следующим образом.

В предлагаемый датчик давления, содержащий корпус с мембраной, которая через толкатель и сухарь соединена с ИТП, в отличие от прототипа, введены кольцевой ограничитель хода мембраны и фиксирующее устройство. При этом кольцевой ограничитель хода мембраны выполнен в виде пластины с отверстием, расположенным на оси ее симметрии. Цилиндрический свободный конец сухаря введен в отверстие пластины, причем величина диаметрального зазора не превышает предельно допустимого суммарного прогиба ИТП от положительного и отрицательного давлений. Фиксирующее устройство обеспечивает жесткую фиксацию кольцевого ограничителя хода мембраны от перемещений в направлении прогиба ИТП (сухаря). Фиксирующее устройство содержит прикрепленный винтами к корпусу кронштейн с консольной частью и упорным выступом и стопорный винт.

Пластина кольцевого ограничителя мембраны может быть выполнена, например, в виде цилиндрической шайбы или трапеции.

Новая совокупность признаков, объединяющая в себе конструкцию элементов датчика, расположение конструктивных элементов и связи между ними, позволяют за счет обеспечения более точного ограничения перемещения ИТП адекватного знакопеременным величинам измеряемого давления, предохранить от поломки ИТП, сохраняя при этом функциональные возможности датчика, т.е. новая совокупность признаков позволяет повысить надежность датчика в целом.

На фиг.1 изображен датчик давления, общий вид в разрезе; на фиг.2 вид А: для пластины, выполненной в виде шайбы фиг.2а и в виде трапеции фиг.2б.

Датчик давления содержит корпус 1 с мембраной 2, которая через толкатель 3 и сухарь 4 соединена с ИТП 5, кольцевой ограничитель 6 хода мембраны и фиксирующее устройство, которое содержит кронштейн 7 с консольной частью и упорным выступом, и стопорный винт 8. Кронштейн 7 крепится к корпусу датчика винтами 9.

Перед работой датчик необходимо отрегулировать.

Регулировка производится следующим образом.

Датчик давления устанавливается таким образом, чтобы ИТП 5 располагался над мембраной 2. Кольцевой ограничитель 6 хода мембраны навешивается на свободный конец сухаря 4 (разница диаметров D отверстия в пластине и d сухаря не должна превышать величины суммарного, от положительных и отрицательных давлений, допустимого прогиба данного ИТП) и вставляется в свободном состоянии в паз между консольной частью и упорным выступом кронштейна 7, который после этого крепится к корпусу 1 винтами 9. Затем на мембрану датчика подается положительное давление, превышающее рабочее на технологический допуск, например, на 20% После этого стопорным винтом 8 верхняя часть навешенного на сухарь кольцевого ограничителя хода фиксируется между консольной частью и упорным выступом кронштейна 7.

Давление сбрасывается до нуля. На этом регулировка закончена. При необходимости можно регулировать датчик давления, подавая на него только отрицательное давление. В этом случае датчик давления необходимо перевернуть, т. е. ИТП будет расположен под мембраной.

Датчик давления работает следующим образом.

Давление рабочей жидкости (или газа) преобразуется мембраной 2 в усилие, которое с помощью толкателя 3 и сухаря 4 передается на ИТП 5, формирующий электрический сигнал, пропорциональный величине усилия, т.е. измеряемому давлению. При подаче на датчик положительных или отрицательных давлений, превышающих величину, задаваемую при регулировке (например, равную 1, 2 рабочего давления), сухарь упирается в край отверстия кольцевого ограничителя 6 хода мембраны, что предохраняет ИТП от чрезмерных прогибов, приводящих к его разрушению.

По сравнению с известными предлагаемый датчик давления обладает следующими преимуществами:
простотой установки требуемого зазора;
возможностью быстрой перерегулировки;
точностью установки требуемых значений зазоров;
достаточностью регулировки только при одном значении давления: положительном или отрицательном;
технологичностью и простотой конструкции.

Использование: изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для измерения давления крови пациента как косвенным методом, так и прямым через катетер, устанавливаемый непосредственно в полостях сердца и кровеносных сосудах. Сущность изобретения: датчик давления содержит корпус с мембраной, которая через толкатель и сухарь соединена с интегральным тензопреобразователем, кольцевой ограничитель хода мембраны и фиксирующее устройство. Кольцевой ограничитель хода мембраны выполнен в виде пластины с отверстием, расположенным на оси ее симметрии. Цилиндрический конец сухаря расположен внутри отверстия пластины. Фиксирующее устройство обеспечивает фиксацию кольцевого ограничителя хода мембраны. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Датчик давления, содержащий корпус с мембраной, которая через толкатель и сухарь соединена с интегральным тензопреобразователем, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ограничитель хода мембраны и фиксирующее устройство, при этом ограничитель хода мембраны выполнен в виде пластины с отверстием на оси ее симметрии, в которое с кольцевым зазором введен цилиндрический свободный конец сухаря, причем диаметральная величина кольцевого зазора не превышает предельно допустимого суммарного прогиба интегрального тензопреобразователя, фиксирующее устройство выполнено с обеспечением жесткой фиксации ограничителя хода мембраны от перемещений в направлении прогиба интегрального тензопреобразователя. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что фиксирующее устройство содержит прикрепленный винтами к корпусу кронштейн с консольной частью и упорным выступом, а также стопорный винт, обеспечивающий фиксацию ограничителя хода мембраны. 3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что пластина ограничителя хода мембраны выполнена в виде цилиндрической шайбы. 4. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что пластина ограничителя хода мембраны выполнена в виде трапеции.