Датчик давления Советский патент 1991 года по МПК G01L9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления газов и жидкостейо

Целью изобретения является повышение линейности функции преобразования „

На показана схема датчика давления; на фиго2 - топология электрода, площадь которого зависит от радиуса по оптимальному для повышения линейности преобразования закону; ,на фигоЗ - график зависимости площади контакта мембраны из электропроводного материала с электродом до оптимизации зависимости площади электрода от радиусао

Датчик давлении содержит корпус 1 из диэлектрика, электрод 2, площадь которого зависит от радиуса по оптимальному чакону, мембрану 3 из электропроводящего материала, неподвижно и герметично скрепленную с корпусом 1 (R - радиус закьепленки мембраны, Н0 - максимальный радл/с электрода)о

Датчик давления работает следующим образомо

Под действием давления мембрана 3 прогибается и обкатывается по электроду 20 При этом площадь ко так- та изменяется по закону, обеспечивающему линейность функции преобразования

k {Ё1 Cf (r) (г)

()

09

с:

кэ

00

гдеф (г) 1 - г4 + 2r Inf2 +

1-2 2-1 ,-Л rjajS.

О 1

Ii-rT

l-rz+lnr 3

(2)

F(r) Ф (г)2 (-/) + , (ill 2illr.lnfrf +

, -2 , -а 1-г -i-ln г

, dllVlltlnlrf -« 1

2 2 Ј 2 Г (1-Г +ln Г )

2

-d-r-4 + in f)f

r

Г R

r - текущий радиус; R - радиус мембраны; CJ(r) - дуга части круга радиуса

г, занятой электродом; k - конструктивный коэффициент о

Функция (2) получена решением за- длчи изгиба плоской круглой пласти- Hi i радиуса R, жестко закрепленной по ннешнему контуру и частично прижатой ;ки ионном Р к абсолютно жесткому ос- поятнию, удаленному от плоскости за- крещения пластины на расстояние d 0

Прогиб пластины в этом случае Р1гечитмнтется по формуле .

;j :4и;21пг+с3г2+С4г21п г+ ||Б, (3)

IVIL г - текущий радиус;

О - цилиндрическая жесткость мембраны;

, - постоянные интегрирования, 4 которые определяются из

граничных условий Преобразованием к безразмерному радиусу г r/R уравнение (3) приводится к виду

(/- - 7 2-

(+C2ln r + C3r +C4r

In г

+ ,

(4)

где с) С( + С21п г;

Ci С2;

С (B.u( R);

с; R2C4;

PR

G}. 777; прогиб центра мемора- У O4U

ны при отсутствии ограничителя

Граничные условия, из которых определяются постоянные интегрирования г г г ,,i -i

)

чае имеют вид:

- на внешнем контуре

- , С, Сз, С4 в рассматриваемом г-лСО

r R

W|Fr) 0;

R

1 R drlhri

o;

тграннчивакнцеи площадь контакта

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления газов и жидкостей о Целью изобретения является повышение точности измерения датчика давления за счет уменьшения нелинейности функции преобразования;, Датчик давления содержит корпус из диэлектрика, электрод, профиль которого изменяется по оптимальной зависимости, мембрану из электропроводящего материала, неподвижно и герметично скрепленную с подложкой „ Зависимость площади электрода от текущего радиуса, обеспечивающая линейность функции пропоразовак я, определяется ег топологией, вьь , IH- ной путем расчета деформации м 1 .- рань. „ 3 ил.

,

CJ

do

R

M,

D

R2

При этих условиях из уравнения (4) получаются пять уравнений для определения четырех постоянных интегрирования и относитепыюго радиуса 0 - r, /R

CO/rs,C,+ с; + СО 0 0;

1 R

dW

df |п.-, R (V2C;+4CO,)0;45

СО / , +C 6/2+C4V2lnC +

+ У0(У

d,.

1° h, +C(H2ino(). 50 +4 0N/3J 0;

т;т I C, - -2C.-C-(

D R2 dr -4

(3+

R4 (Уг

+ 21nw)-12C00 « 0 ,

Релгение этой системы уравнении ределяет зависимость, связывающую

55

dO |

d |h r0

-1 ECO R dr f,-(y

dr2 Jr-ot

0

0

5

0

5

(5)

где 1 - -й™ величина давления,

площадь контакта с действующим давлением Р

Р 1

Р ФМ

°

при котором мембрана касаемся ограничительной поверхностно

Зависимость (5) показана на Как видно из графика, зависимость имеет нелинейный характер, причем с повышением давления нелинейность увеличивается,,

Для обеспечения линейности харак теристики преобразования (p) площадь электрода профилируется по закону, определяемому введением функции (p(F), представляющей Дугу части круга радиуса г, занятой электродом. Тогда площадь электрода на удалении г центра

S(oO 2

90((r) r0dr0

2fi R2 J q(r) rdr .

о

Если поставить условием линейную висимость площади от отношения Р/РЙ

(X.

k W)

2fiR J tj(Ј) | о о

Дифференцирование этого равенства при условии, что подынтегральная функция непрерывна, дает

k 1 d Г 1 1 Ш1 5 dpi L ()J ; или

Cf(K)

--йЬ-Шг

Использование элeктpoдaj профилированного по этому закону, обеспечивает линейную зависимость площади контакта от действующего давления и увеличивает точность измерения,,

Формула .изобретения

Датчик давления, содержащий полый цилиндрический корпус с основанием, выполненный из диэлектрического материала, на внутренней поверхности которого выполнена опорная плоская площад а, на которой размещен электрод, и мембрану из электропроводног

27869

материала, герметично закрепленную на корпусе по его периметру с образованием внутренней полости, отличающийся тем, что, с целью увеличения линейности функции преобразования в нем, мембрана выполнена плоской, а электрод спрофилирован по закону

. JS . IJEI. ,

ГУТ15/ Л7/Гг I

10

15

Cf(r)

ffR2 2(r)

где Ц) (г) - дуга части круга радиуса, занятой электродом; k - коэффициент пропорциональности;

F (г) .2 (1 -г2) .l2rin r- +

(1-Г -Г21п2Г2 -2 2.

1ЧТ-г 1Г 2)( +1п г

R - радиус мембраны; P(f) l-fWln r2+2fl-r2- -/-lx

L i-r2 J i

l-rz+ln f2

т r/R;

r - текущее значение papnvc-a электрода„

г 1

фиг. 2