ЕМКОСТНЫЙ МАТРИЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК G01L7/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений (нестационарных и статических) при аэродинамических и натурных испытаниях авиационной техники.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей и повышение чувствительности.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик давления в сборе; на фиг. 2 показаны отдельные элементы и конструкция датчика давления.

Датчик имеет пленочную основу (слой) 1 (фиг. 1 и 2а), экран 2, обкладки 3 конденсатора, вывод 4, перфорированную вторую пленку 5 (фиг. 2б), третий слой 6 (фиг. 2в), экран 7, выводы 8, обкладки 9. Верхняя поверхность третьего слоя оснащена экраном 10, выводами 11, обкладкой 12 (фиг. 2г). Датчик также содержит первую перфорированную пленку 13 (фиг. 2д). Нижняя поверхность второго верхнего слоя 14 содержит экран 15, обкладки 16, вывод 17 (фиг. 2е).

На слои 1, 6 и 14 методами термического испарения в вакууме из комбинации трех масок нанесены экраны 2, 7, 10, 15, обкладки 3, 9, 16 конденсаторов, образующих в зависимости от соединений различные комбинации из чувствительных элементов, и выводы 4, 8, 11, 17. Экраны обеспечивают защиту от внешних электромагнитных помех и трибоэлектрического эффекта при аэродинамическом обтекании. Перфорация пленки позволяет повысить чувствительность датчика за счет снижения модуля упругости пленки <30000 кгс/см². Увеличение диаметра отверстий перфорации также позволяет повышать чувствительность датчика за счет большого изгиба чувствительного элемента под давлением. Размеры и количество чувствительных элементов, расстояние между ними и длина выводов выбираются в зависимости от размеров исследуемой модели и из условия требований проводимых аэродинамических экспериментов. Полезный сигнал снимается с выводов 8, 11. Соединение выводов 8 и 11 между собой позволяет получить суммарный сигнал. За счет этого уменьшается нижний порог по давлению, возрастает выходная емкость в два раза и т. д. Увеличение выходной емкости датчика облегчает условия согласования датчика с аппаратурой. С выводов при наличии соответствующей измерительной аппаратуры одновременно в заданной точке можно мерить сигнал разного рода, т. е. с одного из выходов сигнал, несущий информацию о пульсации давления, с другого выхода - распределение давления, их сумму и отношение. Напряжение поляризации датчиков подается с выводов 4, 17.

Выбранные геометрические размеры, в частности толщины перфорированных пленок и слоев, удовлетворяющие представленным соотношениям, дают возможность с выводов снять полезные сигналы, близкие по величине друг к другу.

Конструкция позволяет соединить чувствительные элементы в схеме четырехдиодного емкостного моста или трансформаторной цепи, подать напряжение поляризации переменного тока на несущей частоте и т. д. , что позволяет уменьшить влияние паразитных емкостей монтажа и кабеля. За счет ликвидации паразитных связей увеличивают чувствительность датчиков. В конструкции датчика обеспечивается защита чувствительных элементов от механических повреждений в процессе обтекания потоком газа. Конструкция датчика пригодна для измерения давления при высокой скорости обтекания потоком газа в объектах авиационной техники (звуковых, трансзвуковых и сверхзвуковых аэродинамических режимах). Все слои пленки соединены между собой и укреплены на поверхности исследуемого объекта с помощью клея 18.

Работа датчика заключается в следующем.

При изменении давления Р наблюдается прогиб чувствительного элемента под обкладками 9, 12, соответственно электрическая емкость С изменяется пропорционально давлению на величину ΔС. При этом выходное напряжение ΔU, снимаемое с датчика, пропорционально напряжению поляризации и соотношению ΔC/C. (56) Авторское свидетельство СССР N 1356680, кл. G 01 L 9/12, 1987.

Изобретение позволяет измерить давление, повысить точность измерения за счет изоляции датчика от паразитных емкостей, монтажа и кабеля. Конструкция датчика содержит пять слоев полимидной пленки. Две из них перфорированы, являются упругими элементами. На первом слое пленки сверху нанесены металлизированные обкладки, образующие часть чувствительных элементов с выводами и экранами. Вторая часть чувствительных элементов, экранов и выводов образована на обеих поверхностях третьего слоя. Выбранные соотношения геометрических размеров пленок и слоев дают возможность снять с выводов полезные сигналы, близкие по величине друг к другу. Соединение выводов третьего слоя между собой позволяет получить суммарный сигнал. За счет этого уменьшается нижний порог по давлению, возрастает выходная емкость в два раза и т. д. 2 ил.

ЕМКОСТНЫЙ МАТРИЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий первый нижний слой толщиной h₄, который выполнен из пленки твердого диэлектрика с нанесенными на ее верхнюю поверхность металлизированными обкладками конденсатора, с выводами и экраном, второй верхний слой толщиной h₂, который выполнен из пленки твердого диэлектрика с нанесенными на ее нижнюю поверхность металлизированными обкладками конденсатора, с выводами и экраном, первую перфорированную полиимидную пленку толщиной h₃, которая расположена под вторым верхним слоем и выполнена из материала с модулем упругости меньшим и диэлектрической проницаемостью большей соответственно модуля упругости и диэлектрической проницаемости материала пленки первого и второго слоев, а толщина первой пленки в 2 - 3 раза больше толщины первого слоя, отличающийся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и повышения чувствительности, в него введены вторая перфорированная пленка толщиной h₄ и третий слой толщиной h₅, который выполнен из пленки твердого диэлектрика, на одной и другой поверхностях которой нанесены металлизированные обкладки конденсаторов с выводами и экраны, расположенные соответственно обкладкам конденсаторов, с выводами и экранами первого и второго слоев, причем вторая пленка расположена над первым слоем, а третий слой - над второй пленкой, и все пленки и слои склеены друг с другом, при этом диаметр отверстия перфорации второй пленки в 1,25 - 1,5 раза больше диаметра отверстия перфорации первой пленки, а толщины слоев и пленок удовлетворяют следующим соотношениям:
h₃ = (1,5 - 2,0) h₂;
h₄ = (1,5 - 2,0) h₅;
h₄ = (1,2 - 1,4) h₃.