Датчик давления Советский патент 1989 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измереннп лаилетшй в двигателях виутреннег п сгорания.

Цель изобретения - уреличение точности при работе п условиях действия циклического термоудара повып ен- ной температуры.

На фиг.1 представлена конструкция датчика; на фиг.2 - расположение теи- зорезисторов на мембране; на фиг.З - распределение температуры по поверхности мембраны.

Датчик давления содержит корпус 1. восприиимающую мембрану 2, на которой сформированы по интегральной технологии металлопленочные тензорезисторы 3-6. Воспринимающая мембрана 2 выполнена заодно со штоком 7, установлен- 1ШМ в ее центре. 1Чток 7 соединен с

разделительной мембраной 8, на которой при помощи кольцерой насадки 9 закреплена прокладка 10, выполненная из гибкого теплоизоляционного мате- риала, например, из асбеста.

Между воспринимающей 2 и разделительной 8 мембранами установлена перегородка П с отверстием в центре,. Перегородка П может быть вьтолнена, например, из керамики. Через отверстие в перегородке 11 пропущеи шток 7. Полость 12 между восприиимающей 2 и разделительной 8 мембранами ваку- умирована.,Замембранная полость 13 вакуумирована или заполнена инертным газом, Тензорезисторы 3-6, установленные на воспринимающей мембр,тне 2, включены в мостовую измерительную цепь. Расположение теизорезистороп

3-6 на мембране 2 представлено на фиг,2, Тензррезнсторы 3 и 5, установленные в радиальном направлении, выполнены составными из двух равных частей. Тензорезисторы 4 и 6, расположенные по дуге окружности, своей срединной частью размещены на окружности с радиусом, paBiaiM расстоянию от центра воспринимающей мембрата 2 до середины радиальных тензорезисто- ров 3 и 5.

Датчик давления работает следующим образом.

Измеряемое давление преобразуется разделительной мембраной 8 в силу, которая передается посредством штока 7 воспринимающей мембране 2. Последняя прогибается и тензорезисторы 3-6 воспринимают ее деформацию. Тензоре- зисторы 3 и 5 воспринимают радиальную деформацию, а тензорезисторы и 6 - окрутгную. На выходе мостовой измерительной схемы, образованной из тен- зорезисторов 3-6, появляется сигнал, пропорциональный измеряемому давлению

При работе датчика в условиях действия циклического.термоудара повышенной температуры, среда воздействует на гибкую теплоизоляционн ую про- кладку 10, которая передает (в силу своей гибкости) распределенную нагрузку на разделительную мембрану 8 и одновременно снижает тепловое воздействие на нее. Теплоизоляционная прокладка 10 способствует уменьшению теплопередачи от измеряемой среды через шток 7 к воспринимающей мембране 2. Благодаря наличию теплоизоляционной прокладки 10 снижаются темпе- ратурные деформации разделительной мембраны 8 и, как следствие, уменьшается температурная погрешность, вызванная температурными деформациями мембраны.

Поскольку внутренняя полость 12 между воспринимающей 2 и разделительной 8 мембранами вакуумирована, в конструкции датчика практически исклю чена теплопередача от разделительной мембраны 8 к воспринимающей мембране за счет теплопроводности газа и теплопередачи путем конвекции. Кроме того, вакуумирование полости 12 ЗТяет исключить возможность влиянй теплового расширения газа Все это также снижает температурную погрешность .

Дпя уменьшения теплопередачи путем излучения, в конструкции предусмотрена теплоизоляционная перегородка 11, которая позволяет преградить поток теплового излучения от разделительной мембраны 8 к воспринимающей мембране 2 и тем самым уменьшить.ее температуру, что, в свою очередь, приводит тоже к уменьше1шю температурной погреганости. Теплопередача со стороны измеряемой среды к воспринимающей мембране 2 происходит, в основном, через стенки корпуса 1 и шток 7. Теплопередача осуществляется за счет теплопроводности материала штока 7 и корпуса 1.

Поскольку шток 7 с разделительной мембраной 8 значительно увеличивают тепловую инерционность воспринимающей мембраны 2, циклическое изменение температуры измеряемой среды почти не передается,на воспринимающую мембрану 2 и на последней имеет место установившаяся температура, практически с линейно меняющимся градиентом по радиусу. Наличие градиента температуры обусловлено 1)азличием температурных услопнй в центре, где распорожен шток 7, и на периферии, в месте заделки.

Распределение температуры по радиусу воспринимаюЕ сй мембра 1ы, полученное экспериментальным путем, представлено на фиг.З. Вследствие наличия градиента температуры по радиусу мембраны, температура в различных точках радиальных тензорезисторов 3 и 5 не одинакова. Температура в центре мембраны максимальна и минимальна на периферии. Поскольку в местах установ-- ки радиалыа1х тензорезисторов 3 и 5 градиент теьтературы меняется линейно от начала до конца каждого тензоре- зистора, то точка среднего значения температуры совпадает с центром ради- алыгых тензорезисторов. При этом изменение сопротивлений радиальных тензорезисторов определяется средним значением температуры эт11Х тензорезисторов.

Поскольку тензорезисторы 4 и 6 расположены по дуге окружности и своей срединной частью размещены на окружности с радиусом TQ , равным расстоянию от центра мембраны до середины радиальных тензорезисторов 3 и 5, то изменения. сопротивле дий этих тензорезисторов рав1ш изменениям со

Изобретение может быть использовано для измерения давления с повышенной точностью в условиях воздействия нестационарных температур, например в двигателях внутреннего сгорания. С этой целью воспринимающая мембрана соединена с разделительной мембраной штоком. На разделительной мембране установлена гибкая теплоизоляционная прокладка, которая закреплена при помощи кольцевой насадки. Между воспринимающей и разделительной мембранами установлена перегородка, выполняющая функцию теплового экрана. На воспринимающей мембране сформированы тензорезисторы, включенные в измерительную мостовую цепь. Тензорезисторы, расположенные по дуге окружности, своей срединной частью размещены на окружности с радиусом, равным расстоянию от центра мембраны до середины радиальных тензорезисторов. 3 ил.

Фиг.

Фиг. г

3 ч

Составитель О.Слюсарев Редактор И.Касарда Техред А.Кравчук Корректор С.Черни

Заказ 7212/35

Тираж 789

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Фи9Подписное