СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ И СТАБИЛЬНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК G01L7/08 G01L27/00 

Изобретение относится к технологии точного приборостроения и может быть использовано в технологических процессах изготовления датчиков, предназначенных для измерения давления в жидких и газообразных средах, с целью повышения точности измерения и стабильности технических характеристик во время эксплуатации.

Известен способ уменьшения временного и температурного дрейфа основных параметров за счет применения внешних и внутренних компенсационных цепей и использования сложных способов посадки чувствительного элемента в корпус датчика, предотвращающих термомеханические напряжения конструкции в ходе эксплуатации. Уменьшение временного дрейфа параметров осуществляется с помощью термоциклирования или "тренировкой", представляющей собой длительные циклы "нагрева - остывания" под действием электрической нагрузки. Недостатком данного способа является ограниченная глубина степени стабилизации чувствительного элемента, элементов его заделки в корпусе датчика в связи с отсутствием на них механического воздействия.

Наиболее близким техническим решением является способ стабилизации упругих чувствительных элементов путем воздействия на их жесткий центр циклического нагружения сосредоточенной силой в количестве 8000-10000 циклов с частотой следования, определяемой по приведенной формуле. Недостатком данного способа является невозможность тренировки: чувствительного элемента совместно с разделительной мембраной, элементов заделки чувствительного элемента в корпусе датчика, ограниченная глубина степени стабилизации технических характеристик и повышения точности измерения.

Общим недостатком известных способов является то, что воздействие на чувствительный элемент датчика при его технологической тренировке только одной физической величиной не приводит к желаемым результатам стабилизации технических параметров и повышению точности измерения, обусловленной линеаризацией передаточной характеристики и уменьшением температурной погрешности. При этом воздействие циклической силой только на центр чувствительного элемента исключает воздействие задаваемой величины механического воздействия на разделительную мембрану и периферийные части чувствительного элемента, с деталями заделки его в корпусе датчика.

Целью предложенного способа является повышение точности измерения и стабильности технических характеристик в процессе эксплуатации датчиков, предназначенных для измерения давления, путем циклического воздействия на чувствительный элемент комплексом физических нагрузок в динамическом режиме.

Поставленная цель достигается тем, что по известному способу датчик устанавливают в термозадающее приспособление, а на чувствительный элемент датчика одновременно воздействуют статическим давлением, величина которого соответствует максимальному значению измеряемого давления, переменным давлением, с частотой, лежащей в диапазоне рабочих частот датчика, причем величина переменного давления составляет не менее 0,1-0,15 задаваемого статического давления, и одновременно воздействуют на рабочую полость датчика не менее чем тремя циклами температурного нагрева и охлаждения, величины которых соответствуют крайним значениям температурного диапазона работы датчика, при этом скорость изменения температуры составляет не менее 5 градусов в минуту. Термозадающее приспособление представляет собой полый цилиндр, на внешней поверхности которого расположена спираль нагревательного элемента, закрытая кожухом с двумя воздушными штуцерами, в который с одного торца устанавливается датчик, а другой торец закрепляется на установке, создающей статическое и переменное давления.

На чертеже представлена конструкция термозадающего приспособления, выполненного в виде полого цилиндра 1, с одного торца которого расположен датчик 2, а другим торцом закреплен на установке, создающей статическое и переменное давление 3. На внешней поверхности цилиндра расположена спираль 4 нагревательного элемента, закрытая кожухом 5. На боковой поверхности кожуха установлен штуцер, который служит для подачи охлажденного газа 6, а другой 7 на крышке для его выхода.

Предлагаемый способ технологической "тренировки" датчиков реализуется следующим образом.

Датчик устанавливают в термозадающее приспособление и подают во внутреннюю полость цилиндра 1 статическое давление Р, величина которого не менее величины номинального давления для данного вида датчика от установки 3, воспроизводящей статическое и переменное давление. Затем на уровне статического давления создается переменное давление ΔР с фиксированной частотой, лежащей в области диапазона рабочих частот датчика, причем величина переменного давления составляет не менее 0,1-0,15 заданного статического давления. При этом включается нагревательный элемент 4 по достижении нагрева до температуры, соответствующей максимальной температуре работы датчика, нагревательный элемент выключается и во внутреннюю полость кожуха 5 подается через штуцер 6 охлажденный газ, который выходит через штуцер 7, тем самым охлаждая датчик до температуры, соответствующей минимальной температуре его работы. При достижении минимальной температуры подача газа прекращается, и вновь включается нагреватель. Минимальная скорость изменения температуры должна составлять не менее 5^o в минуту. Количество циклов нагрева и охлаждения датчика должно быть не менее трех, а большее количество подбирается экспериментально для каждого типа датчика в зависимости от конструкции датчика, измеряемого диапазона давлений, и от используемых в датчике материалов.

Использование предлагаемого способа технологической "тренировки" по сравнению с известными способами позволяет осуществлять более интенсивное и одновременное воздействие на чувствительный элемент датчика физическими воздействиями с максимальными их значениями в динамическом режиме, что приводит к более глубокой степени стабилизации временных дрейфов технических параметров и одновременной линеаризации передаточной функции датчика. При этом значительно снижается температурная погрешность, что приводит к повышению точности измерения при длительной эксплуатации датчика.

Например, у пьезоэлектрических датчиков типа ДПС 516, ЛХ 610 после проведения "тренировки" по предлагаемому способу нелинейность передаточной характеристики уменьшается на 20-30%, особенно значительно в начальном диапазоне измерения соответственно снижается температурная погрешность на 10-15%, а виброэквивалент до 40%.

Изобретение относится к технологии точного приборостроения и может быть использовано в технологических процессах изготовления датчиков. Сущность изобретения: датчик устанавливают в термозадающее приспособление, а на его чувствительный элемент одновременно воздействуют статическим давлением, величина которого соответствует максимальному значению измеряемого давления, и переменным давлением с частотой, лежащей в диапазоне рабочих частот датчика, причем величина переменного давления составляет не менее 0,1-0,15 задаваемого статического давления. Одновременно на рабочую полость датчика воздействуют не менее чем тремя циклами температурного нагрева и охлаждения, величины которых соответствуют крайним значениям температурного диапазона работы датчика, а скорость изменения температуры составляет не менее 5 градусов в минуту. Термозадающее приспособление представляет собой полый цилиндр, на внешней поверхности которого расположена спираль нагревательного элемента, закрытая кожухом с двумя воздушными штуцерами. В цилиндр с одного торца устанавливают датчик, а другим торцом закрепляют на установке, создающей статическое и переменное давление. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения и стабильности технических характеристик в процессе эксплуатации датчиков, предназначенных для измерения давления. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ повышения точности измерения и стабильности технических характеристик датчиков, предназначенных для измерения давления, путем циклического воздействия на чувствительный элемент переменной физической нагрузкой, отличающийся тем, что датчик устанавливают в термозадающее приспособление, а на чувствительный элемент датчика одновременно воздействуют статическим давлением, величина которого соответствует максимальному значению измеряемого давления, переменным давлением с частотой, лежащей в диапазоне рабочих частот датчика, причем величина переменного давления составляет не менее 0,1-0,15 задаваемого статического давления, и одновременно воздействуют на рабочую полость датчика не менее чем тремя циклами температурного нагрева и охлаждения, величины которых соответствуют крайним значениям температурного диапазона работы датчика, при этом скорость изменения температуры составляет не менее 5 град./мин.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термозадающее приспособление представляет собой полый цилиндр, на внешней поверхности которого расположена спираль нагревательного элемента, закрытая кожухом с двумя воздушными штуцерами, в который с одного торца устанавливают датчик, а другой торец закрепляют на установке, создающей статическое и переменное давление.