ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения давления в авиационной технике и машиностроении.

Известен емкостной датчик давления, разработанный на основе трех диэлектрических пленок. На верхней поверхности первой пленки сформированы обкладки с выводами конденсатора и боковой экран. Вторая пленка перфорирована и расположена между первой и третьей пленками. На обеих поверхностях третьей диэлектрической пленки сформированы обкладки конденсаторов с выводами и боковые экраны [1] Такой датчик не позволяет измерять давление без влияния деформации изделий на результаты измерения (см. авт.св. СССР N 1577483, G 01 L 7/08, А.А.Казарян "Емкостной тонкопленочный датчик давления"). Высокая погрешность измерения, так как не возможно из основного сигнала выделить сигнал деформации.

Наиболее близким к предложенному изобретению техническим решением является конструкция тонкопленочного емкостного датчика давления, разработанная на базе пяти диэлектрических пленок.

На одной поверхности каждой из двух диэлектрических пленок сформированы обкладки конденсатора с выводами и боковой экран. На обеих поверхностях третьей диэлектрической пленки тоже сформированы обкладки конденсаторов с объединенными выводами и боковыми экранами. Между первой и третьей, третьей и пятой пленками расположены перфорированные диэлектрические пленки [2] (авт. св. СССР N 1556296, кл. G 01 L 7/08, А.А.Казарян "Емкостной матричный датчик давления").

Недостатками аналога и прототипа являются: отсутствие в датчике чувствительных элементов для регистрации сигнала, возникающего в процессе деформации изделия с датчиком, высокая погрешность измерения, так как из основного сигнала невозможно выделить сигнал деформации.

Задачей настоящего изобретения является расширение области применения и повышение качества измерения давления. Техническим результатом является увеличение нижнего диапазона измерения пульсации давления путем введения в конструкцию датчика дополнительных ЧЭ с целью выделения из основного сигнала сигнала деформации.

Технический результат достигается тем, что в датчик, содержащий пять диэлектрических пленок, соединенных последовательно в пакет, первая нижняя из которых является основанием датчика и на ее верхней поверхности сформированы первые обкладки конденсатора с выводами и боковым экраном, при этом пленка выполнена перфорированной, а также содержащий дополнительные обкладки конденсатора с выводами и боковыми экранами, введены три дополнительные диэлектрические пленки шестая, седьмая и восьмая, расположенные по порядку над пятой пленкой, на верхней поверхности которой сформированы третьи обкладки конденсатора с выводами и боковым экраном, на верхней поверхности четвертой пленки, выполненной сплошной, сформирован сплошной металлический экран, а на ее нижней поверхности сформированы вторые обкладки конденсатора с выводами и боковым экраном, третья пленка выполнена сплошной и является изолятором, шестая пленка выполнена сплошной и также является изолятором, седьмая пленка выполнена перфорированной, а на нижней поверхности верхней восьмой пленки сформированы четвертые обкладки конденсатора с выводами и боковым экраном.

На чертеже изображена конструкция датчика для измерения пульсации давления на поверхности деформируемого изделия. На поверхности первой диэлектрической пленки 1 сформированы обкладки конденсатора 2 с выводами и боковой экран 3 (сечение А-А, Д-Д). Вторая пленка первая перфорированная диэлектрическая пленка 4. Третья диэлектрическая пленка 5 является изолятором. На нижней поверхности четвертой диэлектрической пленки 6 сформированы боковой экран 7, обкладки конденсатора 8 с выводами (сечение Б-Б, Д-Д). На верхней поверхности четвертой диэлектрической пленки сформирован сплошной металлический экран 9. На поверхности пятой диэлектрической пленки 10 сформированы обкладки 11 конденсатора с выводами и боковой экран 12 (сечение В-В, Д-Д). Шестая диэлектрическая пленка 13 тоже является изолятором. Вторая перфорированная пленка 14 седьмой слой, а на нижней поверхности восьмой диэлектрической пленки 15 сформированы обкладки конденсатора 16 с выводами и боковой экран 17 (сечение Г-Г, Д-Д). Все слои диэлектрических пленок между собой и на поверхности изделия 18 скрепляются клеем 19.

Первая группа ЧЭ в основном для регистрации сигнала, возникающего от деформации изделия 18, деформируется из мембраны (первая диэлектрическая пленка 1), обкладок конденсаторов 2, 8, боковых экранов 3, 7, первой перфорированной пленки 4 и изолятора 5.

Вторая группа ЧЭ, предназначенная для измерения пульсаций давления, возникающих от воздействия потока газа на поверхность восьмой диэлектрической пленки 15, формируются из мембраны (восьмая диэлектрическая пленка 15), обкладок 11, 16 конденсаторов с выводами, боковых экранов 12, 17, второй перфорированной пленки 14 и изоляционной пленки 13. Обкладки 11, 8 конденсаторов с выводами защищают от внешних электромагнитных помех сплошным экраном 9, обкладками конденсаторов 2, 16 и боковыми экранами 3, 7, 12, 17. Напряжение поляризации подают на обкладки конденсаторов 2, 16 с выводами. Сигналы от воздействия давления и деформации снимают с обкладок конденсаторов 8, 11 с выводами. Конструкция такого датчика позволяет измерять пульсации давления 0,1 1000 Па. Размеры обкладок конденсаторов 4 х 6 6 х 9 мм. Диаметр ячейки перфорации 3 6 мм.

Для выделения сигнала деформации из основного сигнала (давления) предусмотрен специальный способ измерения.

Принцип работы датчика.

При изменении давления ΔP на поверхности датчика, прикрепленного на поверхности деформируемого изделия, изменяется расстояние между обкладками 2, 8 и 11, 16. В результате прогиба первой и восьмой диэлектрических пленок и частичного растяжения от деформации изделий 15 всех диэлектрических пленок 1, 4, 5, 6, 10, 13, 14, 15 изменяется начальная емкость C, приращение емкости ΔC и относительное изменение емкости ΔC/C. Полезный сигнал, снимаемый с выходов обкладок 8, 11 относительно обкладок 2, 16, пропорционален приращению емкости ΔC/C и напряжению поляризации, подаваемому к обкладкам 2, 16.

В ЦАГИ были изготовлены и опробованы датчики с четырьмя ЧЭ давления, наклеенными на поверхности деформируемой лопасти из композиционного материала. Размеры ЧЭ 3 х 20 и 4 х 6 мм. Датчики были наклеены на поверхности лопасти. Испытания проводились с вращающейся моделью 1050 об/мин при скоростях потока V 3,1 12,4 м/с, углах атаки α = 0^° - 5^° и углах установки лопасти ϕ = 0^° - 15^°. Уровень пульсации давления составлял 185 1170 Па. Для определения влияния деформации на результаты измерения давления датчики были изолированы от основного потока. Сравнение показывает, что при наличии вращения изолированные датчики регистрируют сигнал от деформации не более 20% от общего уровня пульсации давления (185 1170 Па).

Использование: изобретение относится к емкостным датчикам и может быть использовано для измерения пульсации давления на поверхности деформируемого изделия и выделения сигнала деформации из основного сигнала давления. Цель изобретения: расширение области применения и уменьшение погрешности измерений. Сущность изобретения: тонкопленочный емкостной датчик содержит две группы чувствительных элементов (ЧЭ) для регистрации сигнала от воздействия давления и деформации изделия. Мембрана (первая пленка 1) первой группы ЧЭ датчика наклеена на поверхность изделия 18. Соосно над поверхностью ЧЭ первой группы расположена вторая группа ЧЭ регистрации сигнала, возникающего от воздействия давления. В этом случае вторая мембрана (восьмая пленка 15) датчика находится под непосредственным воздействием давления. Конструкция такого датчика разработана на базе восьми металлизированных и неметаллизированных диэлектрических пленок. Диапазон измеряемой пульсации давления от 0,1 до 1000 Па. Результаты измерения обрабатывают специально разработанным способом измерения давления на поверхности деформируемого изделия. 1 ил.

Емкостный датчик давления, содержащий соединенные последовательно в пакет пять диэлектрических пленок, первая из которых нижняя является основанием датчика и на ее верхней поверхности сформированы первые обкладки конденсатора с выводами и боковым экраном, вторая пленка выполнена перфорированой, а также содержащий дополнительные обкладки конденсатора с выводами и боковыми экранами, отличающийся тем, что в него введены три дополнительные диэлектрические пленки шестая, седьмая и восьмая, расположенные по порядку над пятой пленкой, на верхней поверхности которой сформированы дополнительные третьи обкладки конденсатора с выводами и боковым экраном, на верхней поверхности четвертой пленки, выполненной сплошной, сформирован введенный сплошной металлический экран, а на ее нижней поверхности сформированы дополнительные вторые обкладки конденсатора с выводами и боковым экраном, третья пленка выполнена сплошной и является изолятором, шестая пленка выполнена сплошной и также является изолятором, седьмая пленка выполнена перфорированной, а на нижней поверхности верхней восьмой пленки сформированы дополнительные четвертые обкладки конденсатора с выводами и боковым экраном.