ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01L7/08 G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования неэлектрической величины (давления) в электрический сигнал разбаланс тензомоста.

Известен модуль давления, содержащий корпус, приваренную к нему плоскую гофрированную мембрану, основание с гермовыводами, чувствительный элемент мембранного типа, установленный через пьедестал на основание, объем между мембраной и основанием заполнен диэлектрической жидкостью.

Недостатком указанного модуля давления является сложность сборки, большое количество соединяемых деталей и, как следствие сложность контроля герметичности при изготовлении, расположение гермовыводов в непосредственной близости с кристаллом приводит к увеличению объема заполняющей жидкости и, как следствие, увеличению дополнительной температурной погрешности. Недостатком указанного модуля является его низкая надежность при измерении давления агрессивных сред, обусловленная тем, что сварной шов непосредственно контактирует с измеряемой средой, в качестве развязки от механических усилий и элемента герметизации при монтаже применена эластичная прокладка, что ограничивает возможность применения модуля при измерении давления агрессивных сред.

Технический эффект изобретения заключается в повышении точности и надежности при измерении за счет исключения указанных недостатков.

Указанный эффект достигается тем, что в тензометрическом модуле давления, содержащем полый корпус, разделительную мембрану, гермовыводы, чувствительный элемент и диэлектрическую жидкость, заполняющую объем корпуса между разделительной мембраной и основанием, согласно изобретению, корпус выполнен в виде герметично соединенных между собой основания и штуцера с образованием полости, разделительная мембрана выполнена колпачковой и закреплена в месте соединения основания и штуцера, наружная поверхность штуцера имеет резьбу для крепления модуля, а его торцевой участок выполнен в виде полусферы для уплотнения в коническом отверстии, в основании выполнено отверстие для заполнения полости диэлектрической жидкости, в которой размещен уплотнительный узел в виде шарика и винта, а уплотняемый участок отверстия выполнен коническим.

Кроме того, основание корпуса выполнено из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения, близкий к температурному коэффициенту линейного расширения материала, из которого изготовлен чувствительный элемент.

Соединение основания корпуса и штуцера выполнено аргонодуговой сваркой.

За счет того, что модуль выполнен из материалов с максимально близкими температурными коэффициентами линейного расширения, например, чувствительный элемент из монокристаллического кремния припаян герметично стеклом к пьедесталу из монокристаллического кремния, пьедестал герметично соединен с основанием из сплава 29НК, гермовыводы в основании выполнены из сплава 29НК и герметично впаяны стеклом, снижается влияние температурных деформаций элементов корпуса на выходной сигнал чувствительного элемента.

Так как гермовыводы выполнены в основании, уменьшается объем заполняющей жидкости, что обеспечивает уменьшение дополнительной температурной погрешности измерения давления.

Преимуществом является также то, что конструкция модуля предусматривает уплотнение модуля при монтаже без применения герметизирующих прокладок (уплотнения металла по металлу), например, уплотнение сферического окончания штуцера на подготовленный конус.

Механическая развязка от усилий, возникающих в конструкции модуля при монтаже и эксплуатации, обеспечивается тем, что усилия затяжки концентрируются в штуцере и не передаются на чувствительный элемент.

Тензометрический модуль давления приведен на чертеже. Он содержит чувствительный элемент мембранного типа 1, припаянный герметично стеклом к пьедесталу 2 из монокристаллического кремния. Пьедестал 2 герметично соединен с основанием 3, выполненным из сплава 29НК. Гермовыводы 4 в основании 3 выполнены из сплава 29НК и герметично впаяны стеклом. Штуцер 5 выполнен из материала, совместимого с измеряемой средой, например, из сплава 12Х18Н10Т, и образует с основанием 3 корпус, в полости которого установлена гофрированная разделительная мембрана колпачкового типа, выполненная из материала, совместимого с измеряемой средой, например, из сплава 36НХТЮ. Соединение основания 3, мембраны 6 и штуцера 5 осуществляется точной аргоно-дуговой сваркой, выполняемой снаружи.

Объем между основанием 3 и разделительной мембраной 6 заполнен диэлектрической жидкостью 10, например, полисилоксановой жидкостью ПС-4 через отверстие 7, выполненное в основании 3 корпуса. В отверстии 7 размещен уплотняющий узел в виде шарика 8 из закаленной стали и винта 9. Уплотняемый участок 11 отверстия 7 выполнен коническим. Отверстие 7 герметизируется после заполнения объема диэлектрической жидкостью.

Тензометрический модуль давления работает следующим образом. Измеряемое давление подается через отверстие в штуцере 5 на диэлектрической жидкости 10. Под воздействием давления в объеме жидкости чувствительный элемент 1 вырабатывает электрический сигнал, который передается через гермовыводы 4; также через гермовыводы 4 осуществляется электрическое питание мембранного тензопреобразователя.

Использование: измерительная техника. Сущность изобретения: тензометрический модуль давления содержит полый корпус, образованный герметично соединенными снаружи основанием с гермовыводами и штуцером. В месте соединения основания и штуцера закреплена гофрированная разделительная мембрана колпачкового типа. Торцевой участок штуцера выполнен в виде полусферы для уплотнения в коническом отверстии. В основании корпуса имеется отверстие для ввода диэлектрической жидкости, в котором установлен уплотняющий узел. Раскрыта конструкция уплотняющего узла, даны рекомендации по подбору материалов. В процессе работы под давлением жидкости чувствительный элемент, присоединенный посредством пьедестала к основанию, вырабатывает электрический сигнал, который передается через гермовыводы. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Тензометрический модуль давления, содержащий корпус и размещенные в нем гофрированную разделительную мембрану, гермовыводы, чувствительный элемент мембранного типа, связанный с основанием с помощью пьедестала, и диэлектрическую жидкость, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде герметично соединенных между собой снаружи основания и штуцера с образованием полости, гофрированная разделительная мембрана выполнена колпачковой и закреплена в месте соединения основания и штуцера, при этом на части боковой наружной поверхности штуцера выполнена резьба, а его торцевая поверхность выполнена сферической, в основании выполнено отверстие для заполнения полости диэлектрической жидкостью, в котором размещен уплотняющий узел в виде шарика и винта, а уплотняемый участок отверстия выполнен коническим. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что основание корпуса выполнено из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения, равный температурному коэффициенту линейного расширения материала, из которого изготовлен чувствительный элемент мембранного типа. 3. Модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что наружное соединение основания и штуцера выполнено аргоно-дуговой сваркой.