Датчик пульсаций давления Советский патент 1987 года по МПК G01L9/04 

11296870

зобретение относится к приборе-

ны де ны ти та в ос зо а ме дв че PJ но 3 в пр зо ви ле но д

строению, а именно к.датчикам давления, и может быть использовано для измерения переменных давлений жидких и газообразных сред.

Цель изобретения - повьппение чувствительности и обеспечение постоянного коэффициента преобразования во всем диапазоне измеряемых давлений.

На чертеже изображен датчик, общий вид.

Датчик состоит из корпуса 1 с жесткими опорами 2, наружной защитной мембраны 3, изолирующего слоя 4, упругой (рабочей) мембраны 5 с полумостом тензорезисторов 6 и 7, толкателя 8, посредством которого мембрана 5 жестко связана с балкой 9 и тен зорезисторами 10 и 11, установлен- ными на обеих поверхностях мембраны на расстоянии 0,25 R от центра мембраны и представляют собой кольцевые тензорезисторы, имекхцие такой же коэф(|ициент тензочувствительности,

что и тензорезисторы балок 10 и П. Между балкой 9 и опорами корпуса 2 имеется зазор 4 , который выбирается

при давлении Р

EucUiS ,

Датчик пульсаций давления работает следующим образом.

При давлениях от нуля до Р, происходит деформирование упругой мембраны и в измерительную схему поступает сигнал от полумоста установленных на ней тензорезисторов 6 и 7. При этом обеспечивается максимальная чувствительность датчика, так как к давлению Р напряжения в мембране 5 достигают допускаемых напряжений.

Начиная с давления Р происходит деформирование мембраны 5 и балки 9. При этом тензорезисторы 6 и 7 с мембраны во всем диапазоне давлений Р Рр выдают в измерительную схему неизменный сигнал, равный сигналу при давлении Р, а тензорезисторы ho и II с балки 9 - переменный сигнал той же чувствительности, что и тензорезисторы 6 и 7 при давлениях от нуля до Рд.

Суммарный сигнал мостовой схемы, обеспечивает датчику постоянство чувствительности во всем диапазоне давлений от нуля до РМОКО

5 0

5

Особенности работы.чувствительных элементов при их совместном деформировании объсняются рациональным подбором жесткостных характеристик мембраны и балки 9, при котором тангенциальные деформации мембраны в зоне установки тензорезисторов остаются неизменными во всем диапазоне давлений от Р до Р , а напряжения в остальных точках мембраны при увеличении давления в два раза увеличиваются не более, чем в 1,26 раза по сравнению с наибольшим напряжениями при давлении PJJ . Возможность подбора такого соотношения следует из разных расчетных 3ависимостей напряженно-деформированного состояния мембраны от распределенной и сосредоточенной нагрузок и физически означает, что действие распределенной нагрузки от давления компенсируется сосредоточенной реакцией со стороны балки. При давлениях мембрана работает

5

0

как элемент, передающий усилие на балку практически без роста напряжений в самой мембране. Это обеспечивает повышенную чувствительность датчика, так как при давлениях 0 полностью используются упругие свойства балки. При этом геометрические параметры мембраны 5 и балки 9 определяются из следующего соотношения

0.86,

где 1, b и h - соответственно длина, ширина и толщина балки;

S и R - соответственно толпщ- на и радиус мембраны.

Формула изобретения

Датчик пульсаций давления, содержащий корпус и упругую мембрану с основными тензорезисторами, которая установлена с зазором относительно жесткой опоры, отличающий- с я тем, что, с целью повышения чувствительности и обеспечения постоянства коэффициента преобразования, он снабжен жестко соединенной с мембраной упругой балкой с дополнительными тензорезисторами, соединенными с основными тензорезисторами мембраны в мостовую измерительную схему, при этом основные тензорезисторы расположены на мембране на рас31296870 4

стоянии 0,25 R от ее центра,а гео- где f, b и h - соответственно длина,

метрические размеры мембраныи балки ширина и толщина бал-

выбираются из соотношения:ки;

J JS и R - соответственно толщигг П1 0,86,на и радиус мембраны.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность и обеспечить постоянство коэф, преобразования во всем диапазоне измеряемых давлений. Упругая мембрана 5, на которой на расстоянии 0,25 радиуса от ее центра размещены тензорезисторы 6 и 7, жестко соединена толкателем 8 с упругой балкой 9. Тензорезисторы 10, 11 балки 9 и 6 , 7 мембраны 5 соединены в мостовую схему. Определенное давление Рр вызывает деформацию мембраны, фиксируемую тензорезисторами 6, 7, выдающими соответствующий сигнал в измерительную схему. При повышении давления происходит совместное деформирование мембраны 5 и балки 9. Сиг- нал с тензорезисторов 6 и 7 остается неизменным, а с тензорезисторов 10, 11 поступает в измерительную схему Переменный сигнал. Приведено соотношение, из которого выбираются геометрические размеры мембраны и балки. 1 ил. (Л 00