Датчик давления Советский патент 1987 года по МПК G01L9/04 

конструк- схема рас

И-зобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для измерения давления при работе п условиях действия термоудара криогенной температуры.

Цель изобретения - повышение точности в условиях действия термоудара криогенной температуры.

На фиг, 1 представлена ция датчика; на фиг. 2а - положения тензорезисторсв на мембране; на фиг. 26 - мостовая измерительная цепь; на фиг. 3 - распределение температуры по поверхности мембраны; на фиг. 4 - термоударные характеристики (графики) прототипа и предлагаемой конструкции.

Предлагаемый датчик давления (фиг. 1) содержит корпус 1, восприни мающую мембрану 2, выполненную заодно со штуцером 3. На мембране 2 установлены тензорезисторы 4, 5 и 6, 7 в окружном и радиальном направлениях .

Расположение тензорезисторов на мембране показано на фиг. 2а, Тензорезисторы R2 и R3 (на фиг. тензорезисторы 6 и 7), расположенные в окружном направлении, установлены по окружности, радиус которой

. 1

тр

где Г., - расстояние от центра мембраны до середины радиальных тенэорезисторов R1 и Б4 (на фиг. 1 тензорезисторы 4 и 5); - длина радиального тензорезистора.

Все тензорезисторы собраны в мостовую измерительную цепь, представленную на фиг. 25.

Датчик работает следующим образом .

При подаче измеряемого давления через штуцер 3 на воспринимающую мембрану 2 (фиг. 1) последняя прогибается, тензорезисторы R1 и R4 (фиг. 2) испытывают радиальную деформацию, а тензорезисторы R2 и R3 - окружную. Вследствие этого на выходе мостовой измерительной цепи появляряемому давлению.

При действии термоудара криогенной температуры, например температурой Т -196(: (жидкий азот,, темпсра

5

0

тура на поверхности воспринимающей мембраны распределяется как показано на фиг. 3 (раснреД1.и1ение пoлyчe io на основе экспериментальных данных).

Вследствие неравномерного распределения температуры по радиусу температура в различных -очках тензорезисторов R1 и R4 неодинакова. Значение температуры минимально вблизи центра и максимально на периферии.

Изменение сопротивлений радиальных тензорезисторов IU и К4 под действием термоудара ог1р1;деляется средним значением темнературы краев этих тензорезисторов. Из термоударной характеристики (фиг. 3; видно, что значение температуры, соответствующее среднему значению температуры краев радиальных тензорезигторов R1 и К4, находится на расстоянии г от центра мембраны и его можно определить по формуле

0

25

0

5

0

5

0

где г„ Чрасстояние от центра мембраны до середины радиальных тензорезисторов; длина радиального тензоре- зистора.

В датчике окружные тензорезисторы R2 и R3 установлены своей серединой по окружности радиусом г и значение температуры этих тензорезисторов равно средней температуре тензорезисторов R1 и R4. Поэтому изменение сопротивлений тензорезисторов R2 и R3 (окружных) под действием термоудара равно изменению сопротивлений тензорезисторов R1 и К4 (радиальных), а так как тензорезисторы R1, R2, Р.З и R4 образуют плечи моста, то сигнал на выходе измерительной цепи не изменяется при возде11ствии термоудара. Температурная погрешность становится практически равной нулю.

Аддитивная температурная чувствительность датчика, характериз то1чая температурную погрешность, определяется выражением

5

п :г :L l -- :i. -L

oi 4

1 f

а з,

где Ы,

RI

температурные коэф- Липиенты сопротивления тензорезигторов , Р2, R3, R4 соответственно с

le..учетом температурного поля; относительное изме- некие сопротивлени всех плеч мостовой цепи от номинального давления.

Для предлагаемой конструкции ai о( 4 поэтому из выражения (l) следует, что 0.

На фиг. представлены графики изменения начального выходного сигнала прототипа и датчика предлагаемой конструкции при воздействии на приемную полость жидкого азота (термоудар), из которых видно, что скачкообразное изменение начального выходного сигнала (а следовательно, и величина погрешности) в предлагаемой конструкции практически отсутствует, а температурная погрешность не превышает погрешности в стационарном температурном режиме.

Предлагаемое изобретение позволяет уменьп1ить температурную погрешность в условиях действия термоудара криогенной температуры, тем самым повысить достоверность получаемой информации о величине давления.

Предлагаемый безтермоударный датчик давления выгодно отличается от

0

5

0

известных и может найти I lupoKoi применение для измерении давлсинг, тз условиях действия т -:рмоуд; рл криогенной Температуры.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, воспринимающую давление мембрану, на которой установлены тензоре- зисторы но дуге окружности и в радиальном направлении, включенные в мостовую измерительную схему, о т- ЛИЧ-. ающийся Тем, что, с целью повьпиения точности в условиях действия термоудара криогенной температуры, в нем тензорезисторы , расположенные по дуге окружности, своей срединной частью размшчены на окружности с радиусом

1

ТР

25

где г - расстояние от центра мембраны до Середины тензорезисто- ра, установленного в радиальном направлении; длина тензорезистора, уста- новле}1Ного в радиальном направлении.

Ч

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений в условиях действия термоудара криогенной т-ры. На воспринимающей мембране 2, выполненной заодно со штуцером 3, размещень 1ензорезисторы 4, 5, 6, 7 в окружном и в радиальном направлениях, собранные в мостовую цепь. Прогиб воспри- нимаьэщей мембраны 2 вызывает появление на выходе мостовой цепи электрического сигнала. Воздействие термоудара на датчик не изменяет выходного сигнала вследствие установки тен- зорезисторов 4 и 5 срединной частью на окружности с опредилепным радиусом (гфиведена ф-.ча для расчета радиуса). А ил. (Л со со а со (риг i

(

7(K4J

5Глз;

Я1

UtC f l

ФигЗ

40 Ю КГ 25

5

5

О

Прввлапемая паистрднция

Z

Редактор 1.Петрова

ФигЛ

Составитель О.Слюсарев Техред М.Моргентал

4119/37

Тираж 776Подписное

ВНИШШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. 11роектнг я, 4

ю

15

20

t(MUH)

Корректор М.и1ароши