Матричный датчик давления Советский патент 1993 года по МПК G01L11/00 

JbS

че

ч.,

|СЛ fc

JtS

00 00 (Л W

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для нестационарных давлений при аэродинамических испытаниях авиационной техники.

Целью изобретения является расширение области применения и повышения точности за счет помехозащищенности.

На фиг. 1 представлен датчик, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг. 1: на фиг. 3 - разрез В-В на фиг, 1.

Датчик содержит тонкопленочную подложку 1, пироэлектрический слой 2 между электродами 3, 4 и выводами 5, 6, металлизированные экраны 7, 8, защитный диэлектрический слой 9. На подложку 1 методом термического испарения через маски нанесены электроды 3. выводы 5 и вокруг них - защитный экран 7..Электроды 3, экран 7 и выводы 5 изолированы от электрода 4. вывода 6 и экрана 8 пироэлектрическим слоем 2. Металлизированные экраны обеспечивают защиту датчика от воздействия внешних электрических полей и от влияния трибоэ- лектрического эффекта. Электрод 4, экран 8 и вывод 6 защищаются от воздействия потока газа диэлектрическим слоем 9. Чувствительный элемент образуется в области пересечения электродов. Часть выводов 5, б и экранов 7, В для соединения с усилителем не покрывается защитным диэлектрическим слоем 9. Эффективная величина смещения выводов одного относительно другого зависит от конкретных геометрических размеров ахЬ чувствительного элемента и выводов и находится в пределах h К 10)d, где d - ширина выводов. С целью снижения влияния краевых эффектов форма чувствительного элемента ахЬ выбирается прямоугольной. Расстояние f между выводом и экраном и ширина выводов d выбираются, исходя из технологических возможностей металлизации слоев пленки. Расстояние между чувствительными элементами с, количество электродов, толщина полиимидной пленки и длина { выводов выбирается, исходя из конкретных условий эксперимента и характеристик исследуемого обьекта. Толщина пироэлектрических слоев - 1 мкм. Толщина каждого электрода составляет 0,1 мкм. Датчик закрепляется на поверхности исследуемого обьекта с помощью клея.

Пироэлектрический датчик переменного (звукового) давления основан на использовании пироэлектрического эффекта - эффекта электризации полярных диэлектриков, обусловленного изменением их спонтанной поляризации Р при изменении температуры.

Принцип работы пироэлектрического датчика звукового давления основан на регистрации периодических изменений температуры газа, обусловленных адиабатичностью процесса распространения звуковой волны. Изменение температуры газа связано со звуковым давлением соотношением

дт к

1 Т

Р

др.

где «:-показатель адиабаты;

РО, Т - невозмущенное значение давления и температуры газа;

АР- амплитуда колебаний давления. Напряжение U на электродах идеального пироэлектрика определяется как ао

d л-г уДТ-d

и

ТГ

ДТ:

е о

или

25

1 Т

,

го

где С - собственная емкость пироэлектрика; е -диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика; Со - абсолютная диэлектрическая проницаемость в вакууме; d - толщина диэлектрика; S - площадь поперечо

ного сечения диэлектрика; у - пироэлектрической коэффициент; К - чувствительность пироэлектрика к давлению.

Как показали результаты эксперимента, чувствительность пироэлектрического датчика к давлению 2,15 мкВ/Па, при этом нелинейность амплитудных характеристик в диапазоне О - 10000 Па не превышает 4%. Нижний порог чувствительности 4 Па. Неравномерность амплитудно-частотной характеристики ± 5% при уровне звукового давления 250 Па в диапазоне частот 20 Гц - 3 кГц.

Применение датчика позволяет определить распределение пульсаций давления на

поверхности исследуемого обьекта сложной конструкции, обтекаемого потока газа, без дренирования и исключает применение дорогостоящих традиционных корпусных датчиков давления. Это позволяет повысить

технико-экономическую эффективность аэродинамических испытаний. (56) Приборы и техника эксперимента, N 4, 1983, с. 220-221.

Акустический журнал, т. XXX, N; 4, 1984, с. 428-431. фиг. 1.

Формула изобретения

МАТРИЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий пленочную подложку и последовательно нанесенные на нее первый электрод с выводом, пироэлектрический слой, второй электрод с выводом, причем электроды с выводами выполнены в виде электропроводящих слоев, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и повышения точности за счет помехозащищенности, в нем на подложку

нанесены дополнительные электроды с выводами и экран, охватывающий с зазором по контуру первый и дополнительные электроды с их выводами, а на пироэлектрический слой нанесен второй экран, охватывающий с зазором по контуру второй электрод с выводом, причем второй электрод перекрывает по площади первый и дополнительные электроды и покрыт вместе с выводами и вторым экраном диэлектрическим слоем, причем экраны выполнены в виде электропроводящих слоев.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет расширить область применения датчика и повысить его точность за счет помехоза- щищенноан На подложку 1 нанесены электроды 3 с выводами 5 и металлизированный экран вокруг них. Чувавительный элемент образован в области пересечения электродов На пироэлектрический слой 2 нанесен второй экран 8. охватывающий с зазором по контуру электрод 4, перекрывающий по площади электроды 3. Экраны 7,8, выполненные в виде электропроводящих слоев, защищают датчик от воздейавия внешних электрических полей и от влияния трибоэл§ктрического эффекта. Электрод 4, экран 8 предохраняют от воздействия потока газа диэлектрическим слоем 9. 3 ил.

А

/

Фаг. 2