ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к малогабаритным датчикам давления, и может быть использовано в системах учета, автоматического контроля и регулирования промышленными процессами и прочее.

Известны датчики давления ЗАО «Научно-производственный комплекс «ВИЛ» (Каталог продукции, г.Екатеринбург, 2004 г., с.4-11) и малогабаритные датчики давления «Метран-55» Промышленной группы «Метран» (Тематический каталог №1, выпуск 2, с.128-131). Каждый датчик содержит расположенный в общей полости корпуса тензопреобразователь с измерительной платой и тепловыделяющим элементом. Электрическая схема, расположенная на измерительной плате, является тепловыделяющим элементом.

Все тепловые и электромагнитные воздействия от источника тепла и цепей подключения датчика распространяются в одной его полости. Кроме того, источник тепла расположен вблизи измерительной платы и чувствительного элемента тензопреобразователя. Все это увеличивает погрешность датчика, снижает точность измерения.

Известен датчик по патенту России №2261419, G01L 9/00, содержащий расположенный в общей полости корпуса чувствительный элемент с измерительной платой и тепловыделяющим элементом, который связан со штекерной колодкой и выполнен в виде гибридной интегральной схемы, встроенной в измерительную плату. К чувствительному элементу приклеена гибридная интегральная схема.

Все тепловые и электромагнитные воздействия от источника тепла и цепей подключения датчика распространяются в одной его полости. Кроме того, источник тепла расположен вблизи измерительной платы и чувствительного элемента, что изменяет их электрические параметры, увеличивая погрешность датчика.

При непосредственном контакте измерительной платы с прижимными контактами и штекерными колодками наводимые электромагнитные импульсы в элементах измерительной платы отрицательно влияют на функцию преобразования гибридной интегральной схемы и других цепей подключения. Это ухудшает магнитную совместимость, увеличивая погрешность датчика.

С помощью прижимных контактов механические усилия передают непосредственно на металлическую втулку и чувствительную мембрану через точки контакта. Это создает неравномерные механические воздействия, повышающие погрешность датчика. Передаваемое пружинными контактами усилие на чувствительную мембрану имеет дополнительную зависимость от температуры окружающей среды, что повышает погрешность датчика.

При клеевом контакте гибридной интегральной схемы с чувствительным элементом возникают механические напряжения из-за несоответствия температурных коэффициентов расширения различных контактирующих материалов, что тоже повышает погрешность датчика.

Все это снижает точность измерения.

Кроме того, все эти тепловые и механические воздействия увеличивают время переходного процесса, связанного с установкой требуемого выходного сигнала после включения датчика и после каждого изменения давления.

Известен также датчик избыточного давления МИДА-ДИ-13П ЗАО «Микроэлектронные датчики и устройства» (Техническое описание и инструкция по эксплуатации, ТНКИ. 406233.033 ТО, 2002 г., с.6-7, фиг.1a), принятый за прототип и содержащий расположенный в общей полости корпуса чувствительный элемент с измерительной платой и тепловыделяющим элементом, который связан со штекерной колодкой. Электрическая схема, расположенная на измерительной плате, является тепловыделяющим элементом. В верхней части корпуса выполнено отверстие, выходящее в полость корпуса для сообщения ее с атмосферой. В отверстии установлен фильтр, а сверху на корпус надет колпак для защиты от пыли и влаги полости корпуса.

Так как чувствительный к давлению элемент расположен в непосредственной близости от тепловыделяющего элемента, то он нагревается и расширяется, воспринимая механические воздействия, которые создают медленно релаксирующие напряжения и деформации элементов. Это изменяет их электрические параметры, увеличивая погрешность датчика.

Кроме того, все эти тепловые и механические воздействия увеличивают время переходного процесса, связанного с установкой требуемого выходного сигнала после включения датчика и после каждого изменения давления. Так как обычно изменения давления в исследуемых системах могут происходить часто, то получается, что большую часть времени используют датчик, не обеспечивающий декларируемый класс точности, что снижает точность измерения до 0,5%.

Выполнение отверстия в корпусе, выходящего непосредственно в его полость, является сквозным. Оно сообщает с атмосферой полость датчика, но для обеспечения надежной работы необходима защита внутренних элементов датчика от влаги и пыли, которые могут проникнуть в открытое отверстие. Для этого установлен фильтр и защитный колпак, которые усложняют и удорожают конструкцию.

Задачей изобретения является повышение точности измерения, снижение времени установки требуемого выходного сигнала и упрощение конструкции.

Датчик давления содержит расположенный в корпусе чувствительный элемент с измерительной платой и тепловыделяющий элемент, связанный со штекерной колодкой, в корпусе выполнено отверстие для сообщения с атмосферой.

В отличие от прототипа он содержит экран, электрически связанный с корпусом, упирающийся в него и закрепленный в нем по периметру таким образом, что делит его на две изолированные полости. В верхней полости на экране установлен тепловыделяющий элемент, в нижней полости - измерительная плата с чувствительным элементом.

Экран по периметру выполнен с упругими лепестками, с помощью которых он закреплен в корпусе.

Отверстие в корпусе для сообщения с атмосферой нижней полости датчика выходит в резьбовое соединение корпуса с чувствительным элементом.

Поскольку экран соответствует по форме внутреннему сечению корпуса, упирается в него и закреплен в нем по периметру, то экран разделяет корпус на две изолированные полости, что обеспечивает возможность отделения и максимального удаления тепловыделяющего элемента от чувствительного элемента с измерительной платой. Это уменьшает тепловые и электромагнитные воздействия на чувствительный элемент и измерительную плату, снижая погрешность датчика.

В результате все это повышает точность измерения на 0,3%.

Уменьшение влияния на чувствительный элемент и измерительную плату тепловых и электромагнитных воздействий снижает время переходного процесса, связанного с установкой требуемого выходного сигнала после включения датчика и после каждого изменения давления.

Выполнение экрана с загнутыми упругими лепестками, расположенными по его периметру, облегчает его закрепление к корпусу.

Выполнение отверстия в корпусе напротив резьбового соединения обеспечивает соединение полости датчика с атмосферой. Однако края отверстия упираются в резьбу, которая перекрывает его, защищая от влаги и пыли. Испытания показали, что резьбовое соединение пропускает воздух в полость корпуса, но влагу и пыль не пропускает, т.к. они не могут преодолеть длинный круговой путь по виткам резьбы. Это исключает необходимость в установке фильтра в отверстие и защиты его колпаком, что упрощает и удешевляет конструкцию.

Таким образом, все признаки являются существенными и решают поставленную задачу.

Изобретение представлено на чертежах.

Фиг.1. Датчик давления. Общий вид в разрезе.

Фиг.2. Экран. Вид сверху, увеличено, лепестки разогнуты.

Датчик давления содержит корпус 1, в котором по периметру жестко закреплен металлический экран 2, разделяющий его на две изолированные полости: нижнюю 3 и верхнюю 4. В нижней полости 3 установлен чувствительный элемент 5, например тензопреобразователь, к коллекторам 6 которого закреплена измерительная плата 7. В корпусе 1 выполнено отверстие 8 для сообщения полости датчика 3 с атмосферой. В верхней полости 4 на экране 2 установлен тепловыделяющий элемент 9, например мощный транзистор, связанный электрически со штекерной колодкой 10. Возможно закрепление транзистора 9 к вспомогательной плате из текстолита 11 и затем установка его на экране 2, фиг.1.

Экран 2 устанавливают в корпусе 1, обеспечивая его контакт с внутренней стенкой корпуса с помощью упругих лепестков 12, фиг.1, фиг.2. Лепестки 12 закрепляют в корпусе 1 по периметру, например, теплопроводящим клеем. Таким образом в корпусе 1 образуют две изолированные друг от друга полости 3 и 4.

В результате экран 2 выполняет несколько функций:

- разделителя корпуса на две изолированные полости;

- экранирования (изоляции) тензопреобразователя и измерительной платы от электромагнитных и тепловых воздействий транзистора и цепей подключения датчика;

- обеспечения электрического подключения корпуса к измерительной плате;

- держателя для транзистора.

Наиболее оптимальным является выполнение в корпусе 1 отверстия 8 напротив середины длины резьбового соединения 13 корпуса 1 с тензопреобразователем 5.

Изобретение может быть использовано в системах учета, автоматического контроля и регулирования промышленными процессами и прочее. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения, снижение времени установки требуемого выходного сигнала и упрощение конструкции. Датчик давления содержит расположенный в корпусе чувствительный элемент с измерительной платой, тепловыделяющий элемент, связанный со штекерной колодкой, и экран. В корпусе выполнено отверстие для сообщения с атмосферой, которое выходит в резьбовое соединение корпуса с чувствительным элементом. Экран электрически связан с корпусом, упирается в него и закреплен в нем по периметру таким образом, что делит его на две изолированные полости. В верхней полости на экране установлен тепловыделяющий элемент, в нижней полости - измерительная плата с чувствительным элементом. Экран по периметру выполнен с упругими лепестками, с помощью которых он закреплен в корпусе. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Датчик давления, содержащий расположенный в корпусе чувствительный элемент с измерительной платой и тепловыделяющий элемент, связанный со штекерной колодкой, в корпусе выполнено отверстие для сообщения с атмосферой, отличающийся тем, что он дополнительно содержит экран, электрически связанный с корпусом и закрепленный в нем по периметру таким образом, что делит его на две изолированные полости, в верхней полости установлен на экране тепловыделяющий элемент, в нижней - измерительная плата и чувствительный элемент.

2. Датчик давления по п.1, отличающийся тем, что по периметру экрана выполнены упругие лепестки, с помощью которых он закреплен в корпусе.

3. Датчик давления по п.1, отличающийся тем, что отверстие в корпусе для сообщения с атмосферой нижней полости датчика выходит в резьбовое соединение корпуса с чувствительным элементом.