Устройство для измерения давления Советский патент 1988 года по МПК G01L9/04 

л//

00 О)

1

N3

4

Изобретение м.б. использовано в датчиках для измерения быстропере- менных давлений жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы. Цель изобретения - повьппение точности измерения давления при воздействии термоудара. Под действием термоудара тепловая волна распространяется по стержневому упругому элементу и температурное поле по его поверхности распределяется неравномерно. Это приводит к тому, что температурные изменения сопротивлений тензорезисторов 11, 12 и 13 и 14 оказываются неодинаковыми и на выходе мостовой измерительной цепи появляется сигнал, пропорциональный разности температур у вершины и у основания граней стержневого упругого элемента. Этот сигнал усиливается блоком 26 и подается на сумматор 27, где складывается с опорным напряжением. Измененный сигнал с сумматора 27, воздействуя на регулируемый элемент 24, регулирует напряжение питания мостовой измерительной цепи из тензорезисторов 5, 6, 7 и 8 таким образом, что сигнал на выхо-: де усилителя 25 остается неизменным. .3 ил. (С (Л

H3:4ei)ufTJe/it oi фиг

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения быстропеременньгх давлений жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы (при термоударе), например при измерении давления пороховых газов, в топливно-энергетических системах двигателей внутреннего сгорания и т.п.

Цель изобретения - повышение точности измерения давления при воздействии термоудара.

На фиг. 1 изображена конструкция датчика давлений; на фиг. чувствительный элемент; на фиг. 26 - то же, повернутый на 180 вокруг продольной оси; на фиг. 3 - измерительная схема устройства.

Тензорезисторный датчик давления (фиг. 1) содержит корпус 1, воспринимающую давление мембрану 2, приемную полость 3, стержневой элемент 4 с метаплопленочными тензорезисторами 5-8, сформированными на грани А, и металлопленочными тензорезисторами 9-14, сформированными на противоположной грани В (фиг. 2а, б), стержневой упругий элемент 4 имеет квадратное сечение у основания и круглое у вершины. Вершина упругого элемента 4 заканчивается подушкой 15. Упругий элемент 4 вдоль продольной оси имеет четыре взаимно-перпендикулярные грани А, Б, Б, Г. Тензорезисторы 5-8 соединены в мостовую измерительную цепь и образуют на плоскости грани А квадрат, при этом тензорезисто- ры 6 и 7 параллельны продольной оси стержня, а тензорезисторы 5 и 6 перпендикулярны. Контактные площадки 16-19 служат для подключения мостовой измерительной цепи (из тензоре- зИсторов 5-8) к измерительной схеме, представленной на фиг. 3. Тензорезисторы 9-14, соединены также в мостовую измерительную цепь (компенсационную) . При этом тензорезисторы 9 и 10 параллельны продольной оси стержневого упругого элемента 4 и образуют пару смежных плеч, а тензорезисторы 11, 12 и 13, 14 перпендикулярны ей и образуют другую пару смежных плеч. Контактные площадки 20-23 служат для подключения компен649242

сационной мостовой измерительной цепи к измерительной схеме (фиг. З). К диагонали рабочей мостовой изс мерительной цепи (из тензорезисторов 5-8) через регулирующий элемент 24 подводится напряжение U, источника питания. К диагонали компенсационной мостовой измерительной цепи (из тен10 зорезисторов 9-14) подводится напряжение и источника питания. С противоположной диагонали моста из тензорезисторов 5-8 снимается сигнал, который через дифференциальный литель 25 поступает на выход прибора. С противоположной диагонали моста из тензорезисторов 9-14 сигнал через дифференциальный усилитель 26 поступает на сумматор 27, в котором

20 складывается с опорным напряжением Up, Результирующий сигнал с сумматора подается на регулирующий элемент 24.

Устройство работает следующим об25 разом.

При подаче измеряемого давления в приемную полость 3 (фиг. ОоМембра- на 2 преобразует давление в силу,которая передается стержневому упруго30 му элементу 4. Металлопленочные тензорезисторы 5-8 сформированные на плоскости А (фиг. 2а) стержневого упругого элемента 4, испытывают деформацию: тензорезисторы 6 и 7 . продольную, а тензорезисторы 5 и 8 - поперечную.

Вследствие этого, на выходе мостовой измерительной цепи (из тензорезисторов 5-8) появляется нал, пропорциональный измеряемому давлению. Этот сигнал усиливается дифференциальным усилителем 25 (фиг. 3) и подается на выход прибора. Тензорезисторы 9-14 (фиг. 2б),

g сформированные на плоскости В стержневого упругого элемента 4, также испытывают деформацию: тензорезисторы 9 и 10 - продольную, а тензорезисторы 11-14 - поперечную. Поскольку тензорезисторы 9 и 10, а также 11, 12 и 13, 14 образуют смежные плечи мостовой измерительной цепи, выходной сигнал при деформации стержневого упругого элемента не меняется, а изменения сопротивлений 9 и 10, а также 11, 12 и 13, 14 взаимно компенсируются.

При действии термоудара, например плюсовой температуры, со сторо50

55

ны приемной полости 3 датчика (фиг.1) тепловая волна распространяется от мембраны по стержневому упругому элементу к его основанию, при этом температурное поле по поверхности стержневого упругого элемента распределяется неравномерно. Это приводит к тому, что температурные изменения сопротивлений тензореэисторов 11, 12 и 13, 14 оказываются неодинаковыми (тензорезисторы 11 и 12 расположены у вершины плоской грани В упругого элемента, где температура выше, чем у основания, а у основания расположены тензорезисторы 13 и 14) и на выходе мостовой измерительной цепи появляется сигнал, пропорциональный разности температур у вершины и у основания граней стержневого упру- гого элемента 4. Этот сигнал усиливается дифференциальным усилителем 26 и подается на сумматор 27, где складывается с опорным напряжением. Измененный сигнал с сумматора 27, воз- действуя на устройство 24, регулирует напряжение питания мостовой измерительной цепи из тензорезисторов 5-8 таким образом, что сигнал на выходе дифференциального усилителя 25 остается неизменным.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления включающее датчик давления, содержа- щий корпус, мембрану, соединенную со стержневым упругим элементом с переменным сечением по длине, на котором расположены основные тензорезисторы, образующие измерительную мостовую цепь, источник питания и измеритель

5

5

0

ный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения давления при воздействии термоудара, в него введены компенсационная мостовая цепь из дополнительных тензорезисторов, источник опорного напряжения, усилитель, сумматор и регулятор напряжения, при этом стержневой упругий элемент имеет четыре взаимно перпендикулярные и равные по площади грани, на первой из которых расположены основные тензорезисторы, а на второй параллельной грани - дополнительные тензорезисторы, причем измерительная мостовая цепь вьшолнена из четырех тензореэисторов, два из которых параллельны оси стержневого упругого элемента, два других перпендикулярны ей и образуют по форме квадрат, а компенсационная мостовая цепь выполнена из шести дополнительных тензорезисторов , два из которых расположены по краям грани параллельно оси стержневого упругого элемента и образуют два смежных плеча моста, а четыре других тензорезистора расположены попарно перпендикулярно первым двум, образуя два других смежных плеча моста, при этом вход измерительной мостовой цепи электрически соединен с выходом регулятора напряжения, первый вход которого подсоединен к выходу сумматора напряжений, первый вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а второй вход - к выходу усилителя, вход которого соединен с выходной диагональю компенсационной мостовой цепи, вход которой соединен с источником питания, подключенным к регулятору напряжения.

Составитель О.Слюсарев Редактор В.Данко Техред М.Ходанич

Фиг.1

фи.2.

Корректор М. Максимишинец