ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к датчикам давления, устанавливаемым на борту летательных аппаратов, и может быть использовано в самолетных бортовых системах.

Известны емкостные датчики давления, содержащие упругую мембрану, эталонную пластину, кольцеобразные электроды на пластине и крышку, соединенную по периметру с мембраной. Наиболее близким к изобретению является датчик давления, разработанный Энгельсским опытно-конструкторским бюро "Сигнал" и Ленинградским политехническим институтом, защищенный авторским свидетельством N 1789896 с приоритетом от 23.01.93 г.

Датчик давления (а.с. N 1789896) содержит корпус со штуцером, крышкой и мембраной, кожух с электрическими выводами, четыре изолированных электрода, закрепленных на мембране, корпусе и крышке, которыми образованы чувствительный к давлению измерительный конденсатор и нечувствительный - эталонный конденсатор емкостного преобразователя. Неподвижные электроды измерительного и эталонного конденсаторов расположены в гнездах, выполненных в крышке и экранированы крышкою, подвижные электроды измерительного и эталонного конденсаторов разделены введенным в датчик кольцевым экраном, а выводы с расположенных на мембране электродов измерительного и эталонного конденсаторов проведены через отверстия, выполненные в зеркально расположенных электродах и крышке, и экранированы материалом крышки.

К числу недостатков известного датчика следует отнести наличие значительной величины паразитной емкости межу электродами и корпусными деталями датчика, которая существенно больше величин рабочих емкостей конденсаторов, что отрицательно сказывается на погрешности измерения, поскольку уменьшает соотношение сигнал/шум и вызывает необходимость применения специальных схем, снижающих влияние паразитных емкостей. Кроме того, из-за большой массы подвижной системы, включающей в себя мембрану, жесткий центр, электрод и токоподвод, а также консоли, образованной жестким токоподводом, выведенным перпендикулярно плоскости мембраны, существенно снижается виброустойчивость датчика. К тому же, при изготовлении датчика возникают технологические сложности, связанные с выполнением операций по заполнению гнезд с электродами стеклом, что повышает трудоемкость изделия и его стоимость.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет стабильности технических характеристик датчика давления из-за снижения величины паразитной емкости между электродами и корпусными деталями датчика, а также повышение виброустойчивости за счет снижения массы и консольности подвижной системы.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен продольный разрез датчика давления, на фиг. 2 - то же в поперечном разрезе, на фиг. 3 - то же, продольный разрез по втулкам, а на фиг. 4 представлены электроды со втулками в аксонометрии.

Датчик давления содержит корпус с мембраной 1, сваренный в нижней части со штуцером 2 и кожухом 3 и в верхней утолщенной части с нижним основанием 4, которое соединено с верхним основанием 5 сваркой по внешнему диаметру основания 4. Причем, емкостный преобразователь состоит из чувствительной к давлению мембраны, являющейся элементом корпуса с мембраной 1, и нечувствительного к давлению эталонного конденсатора.

На штоке мембраны 6, выполненной за одно целое с корпусом, закреплен через промежуточную стеклянную втулку 7 подвижный электрод 8.

Неподвижный электрод 9 через стеклянную втулку, подобную стеклянной втулке 7, соединен с верхним основанием 5. Неподвижные электроды 10 и 11 эталонного конденсатора, имеющие форму колец, на одной стороне которых выполнены прямоугольные пазы (см. фиг. 4), утоплены в кольцеобразных гнездах нижнего 4 и верхнего 5 оснований и закреплены в них при помощи стеклянных столбиков 12, расположенных равномерно по окружности соответствующего электрода (см. фиг. 4), выполненных из материала с коэффициентом температурного линейного расширения, согласованного с коэффициентом температурного линейного расширения материала электродов и смежных элементов конструкции.

Подвижный электрод 8 измерительного конденсатора соединен с электродом 10 эталонного конденсатора токопроводом 13, выполненным тонким и из упругого материала (см. фиг. 1 и 2), расположен у основания штока мембраны 6 и выведен параллельно плоскости мембраны.

Остальные электроды имеют жесткие электровыводы 14, 15 и 16, соединенные со штырями электроразъема 17, приваренного к кожуху 3.

Внутренний объем кожуха отвакуумирован и загерметизирован.

Конструкция датчика обеспечивает повышение точности измерения за счет стабильности технических характеристик из-за снижения паразитной емкости между электродами и корпусными деталями, а также обеспечивает повышение собственной частоты подвижной системы (мембрана - электрод - токоподвод) из-за уменьшения ее массы и консольности, что повышает виброустойчивость датчика и возможность его использования в широком диапазоне давлений.

Датчик давления работает следующим образом.

Измеряемое давление через отверстие в штуцере 2 подводится во внутреннюю полость корпуса 1 и воздействует на мембрану 6.

Прогиб мембраны вызывает перемещение ее центра и изменение зазора между электродами 8 и 9. При этом емкость измерительного конденсатора, образованного электродами 8 и 9, изменяется, а емкость эталонного конденсатора, образованного электродами 10 и 11, остается постоянной.

Выходной сигнал датчика после обработки в электронном преобразователе изменяется пропорционально измеряемому давлению.

Неподвижные электроды эталонного конденсатора равномерно закреплены в нескольких точках в гнездах низшего 4 и верхнего 5 оснований посредством стеклянных столбиков 12. Эталонный и измерительный конденсаторы экранированы материалом кожуха 3 от воздействия внешних помех. Стеклянные столбики 12 обеспечивают взаимное расположение электродов 10 и 11 и оснований 4 и 5 и при оплавлении надежно закрепляют их относительно друг друга, обеспечивая воздушные зазоры между электродами и основаниями, что позволяет минимизировать величину паразитной емкости датчика.

Подвижный электрод 8 измерительного конденсатора, закрепленный на штоке мембраны 6 с образованием воздушного зазора между ними при помощи стеклянной втулки 7, выполнен диаметром в 1,2 раза меньшим, чем диаметр неподвижного электрода 9, закрепленного аналогичным образом в гнезде на штоке верхнего основания 5.

Токоподвод 13 подвижного электрода 8, выполненный тонким и из упругого материала, расположен у основания штока мембраны и выведен параллельно плоскости мембраны 6, где соединен с электродом 10 эталонного конденсатора.

За счет изменения способа крепления электродов измерительного и эталонного конденсаторов, конструкция датчика обеспечивает уменьшение, примерно, в 10-15 раз величины паразитной емкости между электродами и деталями корпуса, что приводит к стабильности технических характеристик датчика и повышает точность измерения.

Кроме того, изменение конструкции подвижного электрода 8, а также токоподвода 13 (см. фиг. 1 и 3) и способа его вывода, позволяет снизить массу и консольность и обеспечить высокую (> 2500 Гц) собственную частоту подвижной системы (мембрана - электрод - токоподвод), что повышает виброустойчивость датчика и дает возможность использования его в широком диапазоне давлений.

Изобретение относится к авиационному приборостроению, а именно к датчикам давления, устанавливаемым на борту летательных аппаратов, и может быть использовано в самолетных бортовых системах. Изобретение заключается в том, что в качестве соединительных элементов электродов измерительного и эталонного конденсаторов с соответствующими конструктивными элементами датчика используются стеклянные втулки и столбики, при этом обеспечиваются воздушные зазоры между электродами и соответствующими конструктивными элементами датчика. Электроды измерительного и эталонного конденсаторов экранированы друг от друга материалом нижнего и верхнего оснований. Подвижный электрод измерительного конденсатора имеет диаметр в 1,2 раза меньше диаметра неподвижного электрода измерительного конденсатора, а токопровод подвижного электрода измерительного конденсатора, выполненный тонким и из упругого материала, расположен у основания штока мембраны и соединен с неподвижным электродом эталонного конденсатора. Данное изобретение позволяет повысить точность измерения давления за счет снижения паразитных емкостей между электродами и корпусными деталями датчика и обеспечить при этом высокую виброустойчивость датчика в широком диапазоне давлений. 4 ил.

Датчик давления, содержащий корпус с мембраной, штуцер, кожух, электроразъем, емкостной преобразователь, состоящий из чувствительного к давлению измерительного и нечувствительного к давлению эталонного конденсаторов, образованных четырьмя изолированными электродами, при этом подвижный электрод измерительного конденсатора закреплен на штоке мембраны, а электроды эталонного конденсатора имеют форму колец, и токоподвод подвижного электрода измерительного конденсатора, отличающийся тем, что подвижный электрод измерительного конденсатора соединен со штоком мембраны посредством стеклянной втулки с образованием воздушного зазора между данным электродом и мембраной, введены нижнее и верхнее основания, причем неподвижный электрод измерительного конденсатора закреплен посредством стеклянной втулки в гнезде на штоке верхнего основания с образованием воздушного зазора между данным электродом и верхним основанием, а электроды эталонного конденсатора посредством стеклянных столбиков закреплены в нескольких точках, равномерно распределенных по окружностям этих электродов, в гнездах нижнего и верхнего оснований соответственно с образованием воздушного зазора между каждым основанием и закрепленным на нем электродом эталонного конденсатора, при этом электроды измерительного и эталонного конденсаторов экранированы друг от друга материалом нижнего и верхнего оснований соответственно, подвижный электрод измерительного конденсатора имеет диаметр в 1,2 раза меньше диаметра неподвижного электрода измерительного конденсатора, а токоподвод подвижного электрода измерительного конденсатора, выполненный тонким и из упругого материала, расположен у основания штока мембраны и соединен с неподвижным электродом эталонного конденсатора.