Устройство для измерения давления Советский патент 1989 года по МПК G01L9/04 

фиг.З

131

11тоб15етеиис относится к изм(-:ри- тельиой технике, а именно к yc ipoii- стиам лист антт.иопног о итмерония длл. ю- 11ИЯ, и может быгь использопано для измерения быстроперемеиных дат чений жидких и т азообразных сред в условиях сильного теш опого воздействия и вибраций, наг1ри -1ер при измерении давления пороховых газов в топлив- но-эиергетичоских системах диигате- лей в гутреинего сгорания н т.п.

Целью изобретения является noBbraie- ние точности и чувтсвительности в условиях воздействия термоудара и виб- раций.

На фиг. 1 изображена конструкция датчика давлений; на фиг. 2а - конструкция чунствительного элемента на фиг, 26 - конструкция чувстпительнего элемента, повернутого па 180° вокруг продольной оси; на фиг. 3 - измерительная схема устройства; на фиг. 4 - вид чувствительного элемента при изгибе.

Датчик давления (фиг. 1) содержит корпус 1, воспринимающую давление мембрану 2, штуцер 3, стержневой упругий элемент 4 с металлопленочными тензо- резисторами и терморезисторами, сфор- NDspoBaHHbrbni на противоположных плоских гранях Аи Б. На грани Л размещены тензорезисторы 5-8 и терморезистор 9 (фиг. 2а), на грани Б - тензорезисторы 10-13 и терморезистор 14 (фиг. 26) Тензорезисторы 5, 7 и 10, 12 установлены в продольном направлении по краям граней Л и Б, а тензорезисторы 6, 8 и 11, 13 - в пстеречном. Тензорезисторы 5-8 и 10-13 образуют по форме квадраты, внутри которых размещены терморезисторы 9 и 14, имеющие форму меандра, Koropi i;-ni заполнена площадь, ограшпенная Т1;нзорезисторпми 5-7 и 10-13. Терморечисторы 9 и 14 тислючен п плечи мостовых измерительпых цепей 15, 16, образованных тензорезисто- 5-7 и 10-13. Терморезистор 9 включен последовател с тензоре- зистором 7, Н терморезистор 14 - последовательно с тензорезистором 12. Направление длинных сторон меандров терморезисторов 9 и 14 совпа.цает с направлением тензорезпсторов 7 и 12 (они параллельны). Площадь, ограни- ченная тензорезисторами 5-8, равна 11Л оща д 1, о г р л и I . ч (м п о ft т е н з ор с- з и с т о - рамп 10-ГЗ. Вхпдм могтоных итмори- тельных цепей 15 (из тензорези. торов 5-8 и терморезистора 9) и 1Ь (из тензорезисторов 10-13 и |-ермор чпс 1Ч)- ра 14) подключены к истг)чни1;у 17 питания (фиг. 3). Выход изме- рительно цепи 1 5 соединен с входом усилителя 18, а выход мостовой измерительной цепи 16 - с входом усилителя 19. Выходы усилителей 18 и 19 соединены с входами сумматора 20, выход которого подключен к измерительному прибору 21.

Датчик работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления на мембрану 2 (фиг. 1) давление преобразуется в силу, которая передается . стержневому упругому элементу 3. Тензорезисторы 3-8 и 10-13 (фиг. 2а, б) испытывают деформацию: тензорезисторы 5, 7 и 10, 12 - продольную, а тензорезисторы 6, 8 и 11, 13 - поперечную. Вследствие этого на выходе мостовых измерительных цепей 15 и 16 (фиг. 3) появляется сигнал, пропорциональный измеряемому давлению. Сигнал с мостовой измерительной цепи 15 усиливается усилителем 19. Сигналы с усилителей 18 и 19 складываются в сумматоре 20. С выхода сумматора 20 сигнал подается на измерительный прибор 21.

При работе датчика в условиях действия нестационарных температур или при работе в условиях сильного теплового воздействия (когда температура измеряемой среды значительно отличается от температуры окружающей среды) т.е. в случае наличия градиента температур по поверхности упругого элемента, в каждой мостовой измерительной цепи благодаря наличию терморезисторов 9 и 14 происходит компенса- 1Ц1Я температурной погрешности. Неравномерность распределения температуры по поверхностям Л и Б стержневого упругого элемента 3 (фиг. 1) учитывается при компенсации благодаря вьпшлне- нию терморезисторов 9 и 14 в форме меандров, которыми заполнены площади, ограниченные тензорезисторами 5-8 и 10-13.

При работе датчика в условиях действия вибраций, когда возникают напряжения изгиба, в устройстве происходит компенсан 1я погрешностей от изгиба. Компенсация происходит благодаря тому, что тензорезисторы 5-8 и 10-13 мостовых измерительных цепей 15, 16 (фиг. 2 и 3) расположены по краях

lUHiCKMx граней A и К идентично и соо ветс венио, л citrna. ii.i с этих м : с говы измерительных пеней складываются.

Так, например, при изгибе стержневого упругого элемента в плоскости, перпендикулярной граням А и Б (фиг.4 тенэорезисторы 5 и 7 мостопой измерительной цепи 15 будут испытывать деформацию изгиба со знаком плюс, а. тензорезисторы Ю и 12 мостовой измерительной цепи 16 - со знаком минус. Эти деформации и соответствуюиу е им изменения сопротивлений тензорезис- торов 5, 7 и 10, 12 равны по величине и противоположны по знаку. В каждой мостовой измерительной цепи в этом случае возникает погрешность, однако эта погрешность компенсируется в сумматоре 20 устройства, посколь ку возникающие погрешности равны и противоположны по знаку.

Аналогичным образом деформации изгиба компенсируются в других плоскостях .

Устрбйство имеет повышенную чувствительность, так как на измерительный прибор подается сигнал, равный сумме сигналов двух мостовых измерительных цепей.

Благодапя тому, что в устройстве уменьшается температурная погрешность, повышается чувствительность и значительно уменьшается влияние изгиба чувствительного элемента на выходной сигнал, повьш ается точность и стабильность.

Применение изобретения позволяет повысить точность, чувствительность и стабильность. При этом чувствительность повышается в 2 раза, точность - более чем в 1,5 раза.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, включающее датчик давлеш1я, содержащи

10

5

0

hiipnyc:, MeN 6paHy, сос дпмеииую со с гер- жиопым упругим элементом, на котором выполнены четыре взаимно перпендикулярные и равные по площади грани, на одной из которых расположена первая измерительная мостовая цепь из тен- зорезисторов, а на другой, ей параллельной, вторая мостовая измерительная цепь, при этом в обеих мостовых цепях два тензорезистора расположены по краям грани параллельно оси стержневого упругого элемента, а два других - перпе1у,икулярно им и образуют на гранях равные квадраты, а также источник питания, измерительный прибор, первый и второй усилители, сумматор, при этом выход первой мостовой измерительной цепи соединен с входом первого усилителя, выход второй - с входом второго усилителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, подключенного к измерительному прибору, а вход второй измерительной мостовой цепи соединен с источником питания, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности и чувствительности в условиях воздействия термоудара и вибраций, в него введены два терморезистора, причем два тензорезистора второй мостовой цепи, расположенные по краям грани, образуют противоположные плечи моста, и в одни из плеч первой и второй измерительных мостовых цепей включено по одному упомянутому тер- г- орезистору, при этом каждый терморезистор выполнен в форме меа)дра, расположен в площади квадрата, а длинные стороны меандра совпадают с направлением расположения тензорезисто- ров, в плечи которых терморезисторы включены, при этом вход первой мосто- Boii измерительной цепи также соединен 5 с источником питания, а выход первого усичителя соединен с вторым входом сумматора.

5

0

5

0

ч ч 1 fj f . у j

фиг.

f3

фие.2

Изобретение может быть использовано для измерения давления с повышенной точностью в условиях воздействия термоудара и вибраций. С этой целью на стержневом упругом элементе с металлопленочными тензорезисторами, расположенными на противоположных плоских гранях, размещены терморезисторы 9,14, выполненные в виде меандра. Вследствие этого в случае наличия градиента температуры по поверхности упругого элемента в каждой мостовой измерительной цепи происходит компенсация температурной погрешности. Благодаря тому, что тензорезисторы 5-8 и 10-13 цепей 15,16 расположены по краям плоских граней идентично и их сигналы складываются, происходит компенсация погрешности от вибрации и изгиба стержневого упругого элемента. 4 ил.

Редактор A, Маковская

Составитель О. Слюсарев Техред Л.Олийнык

Заказ 6270/42

Тираж 789

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

(риеЛ

Корректор О. Ципле

Подписное