Датчик давления Советский патент 1991 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления, и может быть ипользовано для измерения быстропеременрых давлений жидких и газообразных сред в .условиях сильного теплового воздействия и вибраций, например, при измерении давления пороховых газов, в топливно-энергетических системах двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения - повышение чувствительности и увеличение линейности выходной характеристики.

На фиг о 1 изображена конструкция датчика давления} на фиг. 2 - конструкция чувствительного элемента.

Датчик давления содержит корпус 1, воспринимающую давление мембрану 2, стержневой упругий элемент 3„ Стержневой упругий элемент 3 имеет две ступени, образованные отверстиями 4 и 5. Отверстие 5 больше по размеру, чем отверстие 4. При этом отверстия 4 и 5 выполнены таким образом, что площадь поперечного сечения первой ступени стержня больше площади поперечного сечения второй ступени в 2,5- 3,3 рача„ На поверхности ступени, образованной меньшим отверстием 4, установлены два тензорезистора 6 и 7 в продольном направлении, а на поверхности ступени, образованной большим отверстием 5, установлены два тензорезистора 8 и 9 в поперечном направлении.

Датчик давления работает следующим образом

оэ ю со vj

О5

ьо

При подаче измеряемого давления в приемную полость 10 давление действует на мембрану 2„ Усилие с мембраны 2 передается стержневому упруго- г му элементу 3, в котором возникают продольные и поперечные деформации Тензорезисторы 6 и 7 установлены в продольном направлении на ступени с большим поперечным сечением упругого to элемента 3, воспринимают продольную деформацию.сжатия, а тензорезисторы 8 и 9, установленные в поперечном направлении на ступени с меньшим поперечным сечением упругого элемента - ,5 поперечную деформацию растяжения. Поскольку ступени элемента (площади сечений) отличаются.в 2,5-3,3 раза, то обеспечивается равенство по велиДля получения равенства по величине продольной и поперечной деформаций необходимо обеспечить условие F JUF

Sct, E

(3)

откуда

/U-S,

сп эсТ2

Коэффициент Пуассона для обычно используемых в упругих элементах материалов составляет 0,33-0,4, поэтому

2ЈГ1 5-3 3 ( SCTI |М (4)

Таким образом, двуступенчатый упругий элемент, выполненный с соблюдечине продольной и поперечной деформа- 2о нием соотношения (А), позволяет полудни. Поэтому все четыре тензорезисто- ра изменяют свое сопротивление по абсолютной величине одинаково, что приводит к увеличению выходного сигнала и снижению нелинейности измерительной цепи по сравнению с измерительной цепью, в которой тензорезисторы (продольные и поперечные) изменяют свое сопротивление неодинаково.

Отношение 2,5-3,3 выбрано из следующих соображений.

Известно, что продольная деформация стержня определяется выражением

. (1)

где Со- относительная продольная

деформация стержня; . F - сила, действующая на стер- жень в продольном направлении;

модуль упругости материала стержня;

площадь поперечного сечения первой ступени стержня Поперечная деформация стержня определяется

с- - f Сл о Гт d S СТ2 Е

где JIT - коэффициент Пуассона;

S га - площадь поперечного сечения ы

второй ступени стержня

25

30

Е CTl

35

40

45

50

чить продольную и поперечную деформации, равные по абсолютной величине, что способствует уменьшению погрешности от нелинейности

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус с мембраной, установленный на основании в корпусе стержневой упругий элемент, контактирующий с мембраной, и тензорезисторы, расположенные на упругом элементе и включенные в измери- тапьный мост, отличающийся тем, что, с целью повышения чув ствительности и увеличения линейности выходной характеристики, в нем стержневой упругий элемент выполнен двухступенчатым, причем первая ступень упругого элемента, расположенная ближе к мембране, выполнена с площадью поперечного сечения, в 2,5-3,3 раза большей площади поперечного сечения второй ступени упругого элемента, контактирующей с основанием, при этом два противоположных; тензорезистора моста установлены в продольном направлении на первой ступени упругого элемента, а два других тензорезистора - в поперечном направлении на второй ступени упругого элемента

Для получения равенства по величине продольной и поперечной деформаций необходимо обеспечить условие F JUF

Sct, E

(3)

откуда

/U-S,

сп эсТ2

Коэффициент Пуассона для обычно используемых в упругих элементах материалов составляет 0,33-0,4, поэтому

2ЈГ1 5-3 3 ( SCTI |М (4)

Таким образом, двуступенчатый упругий элемент, выполненный с соблюдением соотношения (А), позволяет полу

чить продольную и поперечную деформации, равные по абсолютной величине, что способствует уменьшению погрешности от нелинейности

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус с мембраной, установленный на основании в корпусе стержневой упругий элемент, контактирующий с мембраной, и тензорезисторы, расположенные на упругом элементе и включенные в измери- тапьный мост, отличающийся тем, что, с целью повышения чув ствительности и увеличения линейности выходной характеристики, в нем стержневой упругий элемент выполнен двухступенчатым, причем первая ступень упругого элемента, расположенная ближе к мембране, выполнена с площадью поперечного сечения, в 2,5-3,3 раза большей площади поперечного сечения второй ступени упругого элемента, контактирующей с основанием, при этом два противоположных; тензорезистора моста установлены в продольном направлении на первой ступени упругого элемента, а два других тензорезистора - в поперечном направлении на второй ступени упругого элемента

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред, в условиях сильного теплового воздействия, например в топливно-энергетических системах двигателей внутреннего сгорания. С целью повышения линейности и чулст- вительности стержневой упругий элемент выполнен двухступенчатым так, что площадь поперечного сечения первой ступени стержня больше площади поперечного сечения его второй ступени в 2,5-3,3 раза При этом два тензорезистсра мостовой цепи установлены в продольном направлении на ступени с большим поперечным сечением, а два других тензорезистора - на ступени с меныцим поперечным сечением.

Фиг. 1