ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01L9/04 H01H35/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для регистрации давления различных сред.

Известен тензометрический преобразователь давления, содержащий чувствительный элемент мембранного типа, закрепленный с помощью пьедестала в основании, образующем вместе с разделительной мембраной, на которую подается измеряемое давление, герметичную полость, заполненную диэлектрической жидкостью, передающей изменение давления на чувствительный элемент [1].

Недостатками известного устройства является низкая точность измерения и низкая надежность, обусловленная сложностью сборки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является тензометрический преобразователь давления, содержащий чувствительный элемент мембранного типа, закрепленный в основании с помощью пьедестала, штуцер, соединенный с разделительной колпачковой мембраной, входящий вместе с основанием в состав цепи элементов, ограничивающих герметичную полость, заполненную диэлектрической жидкостью, вводимой через предусмотренное в основании отверстие, в котором размещен уплотнительный узел в виде шарика и винта, а уплотняемый участок отверстия выполнен коническим, при этом в основании установлены гермовыводы, служащие для подачи электропитания на чувствительный элемент и снятия выходного сигнала соответственно, причем входной измеряемый сигнал подается через осевое отверстие штуцера, на боковой поверхности которого имеется резьба, а торцевая поверхность штуцера выполнена сферической [2].

Однако использование в известном устройстве колпачковой мембраны, характеризующейся значительной толщиной (порядка 40 мкм), и, следовательно жесткостью, влечет за собой увеличение погрешности измерения и снижение точности преобразования. Кроме того, наличие ненормированного зазора между разделительной мембраной и торцевыми поверхностями гермовыводов может привести к режиму короткого замыкания между ними. Чтобы этого избежать необходимо выбирать зазор с большим запасом, что влечет увеличение объема диэлектрической жидкости и увеличение температурной погрешности измерения. Применение аргоно-дуговой сварки для герметичного соединения элементов вызывает образование микрополостей в свариваемых швах, заполняемых шлаками, и их проникновение в герметичную полость, что снижает надежность устройства. Кроме того, свариваемые швы в процессе эксплуатации, работают на изгиб, что также снижает надежность устройства, особенно в области измерения высоких давлений.

Разница в толщине свариваемых в одном шве элементов (основания, разделительной мембраны и штуцера) может при сварке привести к прогару разделительной мембраны как наиболее тонкой, т.е. к снижению надежности.

Таким образом известное устройство [2] обладает высокой погрешностью измерения и низкой надежностью эксплуатации из-за вышеперечисленных недостатков.

Технический результат, который может быть получен при реализации данного изобретения, заключается в повышении точности измерения и повышении надежности эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в тензометрическом преобразователе давления, содержащем чувствительный элемент мембранного типа, неподвижно закрепленный в основании с помощью пьедестала штуцер, соединенный герметично с разделительной мембраной, входящий вместе с основанием в состав цепи элементов, ограничивающих герметичную полость, заполненную диэлектрической жидкостью, вводимой через предусмотренное в основании отверстие, в котором размещен уплотнительный узел в виде шарика и винта, а уплотняемый участок отверстия выполнен коническим, при этом в основании установлены гермовыводы, служащие для подачи электропитания на чувствительный элемент и снятия выходного сигнала соответственно, причем входной измеряемый сигнал подается через осевое отверстие штуцера, на боковой поверхности которого имеется резьба, а торцевая поверхность штуцера выполнена сферической, согласно изобретению в указанную цепь элементов, ограничивающих герметичную полость, введен корпус, в первой внутренней части которого установлено основание до упора в предусмотренный в корпусе буртик, а во второй внутренней части - штуцер с герметично соединенной с ним разделительной мембраной, также до упора в буртик, при этом разделительная мембрана выполнена плоской с по меньшей мере одним гофром, а все наружние соединения основания и штуцера с корпусом выполнены герметичными. Кроме того, все герметичные соединения элементов могут быть выполнены электронно-лучевой сваркой, а основание может быть выполнено из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения, равный температурному коэффициенту линейного расширения материала, из которого изготовлен чувствительный элемент мембранного типа.

Использование в данном изобретении тонкой плоской разделительной мембраны толщиной 8-12 мкм позволяет снизить погрешность измерения минимум на два порядка, так как этот параметр прямо пропорционален жесткости мембраны, находящейся в кубической зависимости от ее толщины.

Обеспечение гарантированного зазора между торцами гермовыводов и разделительной мембраной позволяет повысить надежность путем исключения режима короткого замыкания между ними и снизить требования по обеспечению оптимального пробивного напряжения.

Применение электронно-лучевой сварки обеспечивает гарантированную глубину сварочного соединения без образования полостей и воздушных пузырьков в диэлектрической жидкости.

Сварка соизмеримых по толщине элементов, не работающих в соединительном шве на изгиб, обеспечивает высокую прочность соединения.

На чертеже представлена конструктивная схема устройства.

Тензометрический преобразователь давления содержит чувствительный элемент мембранного типа 1, припаяный герметично стеклом к пьедесталу 2 из монокристаллического кремния. Пьедестал 2 герметично соединен с основанием 3, выполненным, например из сплава 29НК. Гермовыводы 4, выполненные из этого же сплава, герметично впаяны стеклом в основание 3. Штуцер 5, изготовленный из материала, совместимого с измеряемой средой, например из сплава 12Х18Н10Т, вставлен в корпус 6 до упора в буртик вместе с герметично соединенной с ним плоской разделительной мембраной 7. Основание 3 также вставлено в корпус 6 до упора в буртик. Полость между штуцером 5 с разделительной мембраной 7, корпусом 6 и основанием 3 заполнена диэлектрической жидкостью 8, например полисилоксановой жидкостью ПС-4. Заполнение производится через отверстие, в котором размещен уплотняющий узел в виде шарика 9 и винта 10 из закаленной стали. Уплотняемый участок отверстия выполнен коническим. Отверстие герметизируется после заполнения объема диэлектрической жидкостью. Выполнение штуцера 5 со сферической торцевой поверхностью предусматривает уплотнение устройства при монтаже без применения герметизирующих прокладок, например на подготовленный конус. Усилия затяжки за счет наличия боковой резьбы концентрируются в штуцере 5 и не передаются на чувствительный элемент 1.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое давление подается через осевое отверстие штуцера 5 и разделительную мембрану 7 на диэлектрическую жидкость 8, которая, в свою очередь, воздействует на чувствительный элемент 1, вырабатывающий выходной электрический сигнал, снимаемый с одних из гермовыводов 4. Через другие гермовыводы осуществляется электропитание чувствительного элемента 1.

Таким образом данное устройство реализует преобразование входного сигнала давления в электрический сигнал с минимальной погрешностью при высокой надежности эксплуатации.

Источники информации
1. Рекламный проспект фирмы KELLER AG "Capteurs de pression piezoresistits", 1995.

2. Патент RU N 2082953, кл. G 01 L 7/08, 1996.

Использование: в измерительной технике. Сущность изобретения: тензометрический преобразователь давления состоит из корпуса 6, в котором установлено основание 3 с чувствительным элементом мембранного типа 1 и гермовыводами 4 и штуцер 5 с разделительной мембраной 7. Измеряемое давление подается через осевое отверстие штуцера 5 и разделительную мембрану 7, воздействующую на диэлектрическую жидкость 8, на чувствительный элемент мембранного типа 1, который вырабатывает выходной электрический сигнал, соответствующий измеряемому давлению. Обеспечение гарантированного зазора между торцами гермовыводов 4 и разделительной мембраной 7 путем введения корпуса 6 с внутренним буртиком, а также использование тонкой плоской разделительной мембраны повышает точность преобразования и надежность эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тензометрический преобразователь давления, содержащий чувствительный элемент мембранного типа, неподвижно закрепленный в основании с помощью пьедестала, штуцер, соединенный герметично с выполненной с по меньшей мере одним гофром разделительной мембраной, входящий вместе с основанием в состав цепи элементов, ограничивающих герметичную полость, заполненную диэлектрической жидкостью, вводимой через предусмотренное в основании отверстие, в котором размещен уплотнительный узел в виде шарика и винта, а уплотняемый участок отверстия выполнен коническим, при этом в основании установлены гермовыводы, один из которых служит для подачи электропитания на чувствительный элемент, а другой для снятия выходного сигнала, причем входной измеряемый сигнал подается через осевое отверстие штуцера, на части боковой поверхности которого имеется резьба, а торцевая поверхность штуцера выполнена сферической, отличающийся тем, что в указанную цепь элементов, ограничивающих герметичную полость, введен корпус, в первой внутренней части которого установлено основание до упора в предусмотренный внутри корпуса буртик, а во второй внутренней части - штуцер с герметично соединенной с ним разделительной мембраной, так же до упора в буртик, при этом разделительная мембрана выполнена плоской, а все наружные соединения основания и штуцера с корпусом выполнены герметичными. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что все герметичные соединения элементов выполнены электронно-лучевой сваркой. 3. Преобразователь по п. 1 или 2, отличающийся тем, что основание выполнено из материала, имеющего температурный коэффициент линейного расширения, равный температурному коэффициенту расширения материала, из которого изготовлен чувствительный элемент мембранного типа.