Датчик разности давлений Советский патент 1989 года по МПК G01L9/12 G01L7/04 

1

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке датчиков для измерения разности давлений агрессивных сред, в том числе датчиков малых разностей давлений с высокими значениями рабочих давлений, к которым предъявляются высокие требования устойчивости к воздействию температурных и механических нагрузок.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 показан датчик разности давлений, сечение} на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид Б на фиг, 1; на фиг. 4 - конструкция чувствительного элемента; на фиг. 5- вид В на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 4.

Датчик содержит корпус 1, в котором выполнены каналы 2 и 3 для подвода давлений Р1 и Р соответственно К корпусу 1 приварена плата 4, а за одной целое с ней выполнены две упругие стойки 5 и 6 прямоугольного сечения с четырьмя попарно смещенными цилиндрическими калиброванными глухими каналами 7,7 и 8,8 (фиг.6). Парные центральные каналы 7 и 7 смещены параллельно к внутренней продольной грани каждой стойки 5 и 6, а крайние каналы 8 и 8 - к наружной грани Центральные отверстия обеих стоек соединены каналами 9. Каждая пара центральных каналов обеих стоек

5

0

5

0

5

внизу объединена цилиндрическими полостями, которые заварены заглушка- ми. В заглушке 10 вмонтирована труб- ка 11, второй конец которой приварен к концу канала 2. Крайние каналы стоек через внутреннюю полость корпуса сообщаются с каналом 3. На верхних концах стоек 6 и 5 закреплен емкостный квазидифференциальный преобразователь, содержащий диски 12 и 13. В диске 13 выполнен жесткий центр 14, который удерживается на гибких перемычках 15 и может перемещаться ссосно диску. Стойка 6 соединена с диском 12, а стойка 5 - с жестким центром 14 диска 13. По наружному диаметру диски 12 и 13 сварены между собой лазерной сваркой на расстоянии фиксированного зазора. На поверхностях дисков, обращенных . друг к другу, образовано две пары электродов: дисковые электроды 16 в центре и кольцевые 17 по периферии. Периферийные электроды 17 образуют конденсатор постоянной емкости С0, а центральные, дисковые электроды 16 - конденсатор переменной емкости Сх. Зазор между дисками обусловливает начальные емкости конденсаторов. Электроды 16 и 17 нанесены на полированные поверхности металлических дисков 12 и 13 и на жесткий центр 14 через диэлектрический слой методом микроэлектронной технологии, например вакуумным напылением. Корпус датчика закрывается кожухом 18, в который вварена панель 19 с электрическими гермовыводами 20. Кожух 18 закрывается крышкой 21, содержащей вилку 22 штепсельного разъема. Полость внутри кожуха вакуумируется, а все соединения выполняются сваркой,

Датчик работает следующим образом,

Рабочие давления Р1 и Рг подводят через каналы 2 и 3 и соответствующие каналы и внутреннюю полость в корпусе I к чувствительным манометрическим элементам. При этом к парным центральным каналам 7 и 7 каждой стойки 5 и 6 подводится первое давление, к парным крайним каналам 8 и 8 - второе давление. При одинаковых значениях давлений Р ( и Р- концы стоек неподвижны. При превышении давлений Р2 над Р , за счет разности продольных напряжений в толстых и тонких стенках стоек возникают из- гибные усилия, поворачивающие концы стоек 5 и 6 друг к другу.

Происходит сближение концов стоек, уменьшение зазора между электродами 16 и соответствующие увеличение емкости рабочего конденсатора Сх, которое преобразуется в изменение электрического сигнала.

При превышении давления Р, над Р2 происходит обратное перемещение концов стоек и, соответственно, увеличение рабочего зазора конденсатора, уменьшение его емкости.

Выполнение стоек прямоугольного сечения с парным расположением одинаково смещенных параллельных отверстий позволяет обеспечить устойчивое перемещение конца стойки в плоскости ее грани и исключить поворот стойки. Чувствительный элемент предлагаемого датчика обеспечивает малый ход подвижного элемента преобр зова- теля от нескольких единиц до нескольких десятков микрон, достаточный для функционирования емкостного преобразователя.

Выполнение чувствительного элемента в виде массивных стоек за одно целое с основанием обеспечивает вы10

5

0

5

0

5

0

5

0

сокую жесткость и, соответственно, высокую устойчивость к механическим нагрузкам - вибрации, ударам, линейным ускорениям.

Выполнение жесткой сварной конструкции датчика с упругими стойками с калиброванными отверстиями, в качестве чувствительных элементов, при выборе соответствующих материалов позволяет обеспечить повышенную устойчивость к коррозионным средам и, соответственно, повышенную стабильность показаний прибора.

Сечение каналов в стойках выбрано цилиндрическим, так как легко обеспечивается их идентичность при изготовлении, например доводка развертками ,и это сечение имеет минимальные микродеформации от внутреннего давления. Остаточной погрешностью от недифференциальности можно управлять, меняя толщину стенок шлифованием или притиркой.

Формула изобретения

Датчик разности давлений, содержащий плату с каналами для подвода давлений, на которой установлены два чувствительных манометрических элемента, на концах которых закреплены электроды емкостного преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в нем манометрические элементы выполнены за одно целое с платой в виде двух идентичных стоек прямоугольного сечения, обращенных широкими продольными гранями друг к другу, в каждой из которых выполнены по четыре глухих цилиндрических канала, расположенных вдоль широких продольных граней симметрично поперечной оси стоек, причем два средних канала каждой стойки смещены в сторону одной широкой продольной грани, а два крайних - в сторону противоположной грани, при этом средние и крайние каналы в обоих стойках соответственно соединены между собой и подсоединены к каналам для подвода давления.

Вид Б

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при разработке датчиков для измерения разности давлений агрессивных сред, в том числе датчиков малых разностей давлений с высокими значениями рабочих давлений, к которым предъявляются высокие требования устойчивости к воздействию температурных и механических нагрузок, и позволяет обеспечить высокую точность измерения. Измеряемые давления подаются к каналам 2 и 3 и через трубку 11, канал 9 в плате 4 и внутреннюю полость корпуса 1 соответственно к чувствительным манометрическим элементам, выполненным за одно целое с платой 4 в виде двух идентичных стоек 5 и 6 прямоугольного сечения обращенных широкими продольными гранями друг к другу. В каждой стойке 5 и 6 выполнены по четыре глухих цилиндрических канала, расположенных вдоль широких продольных граней симметрично поперечной оси стоек, причем два средних канала каждой стойки смещены в сторону одной широкой продольной грани, а два крайних - в сторону противоположной грани. Одно давление поступает в два средних канала каждой стойки, а другое - в крайние каналы, что вызывает поворот обеих стоек вследствие асимметричного расположения каналов в ней. На концах стоек установлены диски 12 и 13, на которых нанесены электроды 16 и 17 емкостного преобразователя. При деформации стоек 5 и 6 изменяется емкость между электродами 16. 6 ил.

Фиг. I

Фиг. Ц

Фие.З

ыв

ftto

Фиг. 5

Фие.6