Измеритель давления Советский патент 1991 года по МПК G01L9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быт.ь использовано для измерения давления жидких и газообразных сред или малых перемещений.

Цель изобретения - уменьшение нелинейности выходной характеристики.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого измерителя давления; на фиг.2 - электрическая схема замещения датчика давления; на фиг.З - выходные характеристики ДЯ/И0 f,(r) предлагаемого устройства для различных значений величины Ь.

Измеритель давления включает в себя датчик, содержащий корпус 1,на

котором жестко закреплена по периметру чувствительная к давлению мембрана 2, выполненная в виде упругой пластины, подвижный электрод 3,электрически изолированный от мембраны 2 и скрепленный с ней одним краем в центральной точке мембраны 2 при помощи штифта 4, который подпружинен пружиной 5, а другой край подвижного электрода 3 перемещается свободно вокруг неподвижной оси вращения, неподвижный электрод 6, имеющий равномерное резистивное сопротивление и образующий с подвижным электродом плоский конденсатор, автогенератор 7, выводы которого соединены с вывотл

С& СО

со

05

дами резистивного слоя неподвижного электрода 6, и измеритель амплитуды напряжения 3, подключенный к подвижному электроду 3 и общему выводу автогенератора 7.

Электрическая схема замещения датчика давления представлена на фиг.2, где RO - полное сопротивление резистивного слоя неподвижного электрода (между противоположными выводами); С - емкость между поверхностями подвижного и неподвижного электродов и приведенная к электрическому центру, положение которого определяется равенством распределенных емкостей по обеим сторонам относительно данного центра; &R - изменение сопротивления участка неподвижного электрода определяемое расстоянием между электрическим центром при параллельных подвижном и неподвижном электродах, и электрическим центром, определяемым перемещением подвижного электрода под действием мембраны.

Измеритель давления работает следующим образом.

При включении питания автогенератор 7 генерирует переменное напряжение амплитудой U0, которое подается на выводы неподвижного электрода 6. В результате измеритель амплитуды напряжения 8, входное сопротивление которого много больше сопротивления, вносимого емкостью связи, зафиксирует напряжение Ugc)y, равное

Rjj/2jL4R RO

т, . о±21ЛК

U0 7 P

ивых ио

2- Rc

где R р-1; р - погонное сопротивление; 1 - расстояние между электрическими центрами для параллельных и перекошенных электродов.

Изменение сопротивления Д R пропорционально смещению электрического центра, которое зависимо от смещения г края подвижного электрода 3 под влиянием давления (фиг,2а). Для анализа погрешности нелинейности разобьем плоский конденсатор, образованный подвижным к неподвижным электродами по длине на бесконечно малые участки длиной dj(. На выделенных участках емкость между электродами можно считать как емкость плоских конденсаторов

10

15

(1C

Ј60ndx

b - xtgfll

где С - относительная диэлектрическая проницаемость среды; 50 абсолютная диэлектрическая

проницаемость вакуума; п - ширина резистивного слоя; b - расстояние между поверхностью неподвижного электрода и осью вращения подвижного электрода; Об - угол между подвижным и неподвижным электродами; X - текущая координата рассматриваемого участка. При малых углах оЈ tg Об « 0 Относительно электрического цент

слеьа ССПрава, т.е.

f ..

Jb - xrf. b

-bfZ

Проинтегрировав,получим uШ

ln(b - - In(b-xoi) b Ъ + у

-e/2

t

4зо ь - Y у

Ь2-оЛ 12/4

(b-yoO

Отсюда

35 . bibLi ii M

У

06

Выразим смещение электрического центра у через смещение края подвиж- ного электрода г, так как ( к tg o

2-е - -г для малых г, то

45

- -2-1- a, -F

-г.

Поскольку неподвижный электрод 6 имеет равномерное резистивное сопротивление, то чувствительность предлагаемого датчика определится следующим образом

i UebW

2r

UR I

R; г (b --Jb2 - r2).

(2)

Повышение линейности выходной характеристики достигается за счет то51

го, что нелинейность зависимости сопротивления от величины перемещения мембраны меньше нелинейности зависимости емкости от аналогичного перемещения мембраны (в известном измерителе) примерно на порядок.Кроме того, устраняется дополнительная погрешность нелинейности, обусловленная неплоскостностью поверхности мембраны, а также возможным несовпадением перемещения с вертикальной осью датчика.

Формула изобретения

Измеритель давления, содержащий датчик давления с корпусом, установленной в нем мембраной и связанным с центром мембраны и изолированным от нее подвижным электродом,расположенным со стороны мембраны противоположной стороне подвода измеряемой среды, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейности выходной характеристики, в него введены автогенератор и измеритель амплитуды напряжения, а в датчик давления дополнительно введены установлен ньй в корпусе неподвижный электрод, имеющий равномерное резистивное сопротивление, образующий с подвижным электродом плоский конденсатор, и ось вращения подвижного электрода, установленная в центре мембраны,при этом один конец подвижного электрода смонтирован на оси вращения, а другой свободный подключен к измерителю амплитуды напряжения, соединенному с одним их выводов автогенератора, причем неподвижный электрод изолирован от корпуса и своими концами подсоединен к выводам автогенератора.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления. Целью изобретения является уменьшение нелинейности выходной характеристики за счет умень-- шения погрешностей, обусловленных нелинейной зависимостью результата измерения от величины зазора между электродами, и исключения погрешностей, обусловленных неплоскостностью поверхностей электродов. Цель достигается за счет дополнительного введения в устройство автогенератора 7, измерителя 3 амплитуды напряжения и неподвижного электрода 6,образующего с подвижным электродом 3 плоский конденсатор, причем один край подвижного электрода 3 скреплен с мембраной 2, а другой перемещается свободно вокруг неподвижной оси вращения. Неподвижный электрод 6,имеющий равномерное резистивное сопротивление, изолирован от корпуса 1 , причем выводы автогенератора 7 соединены с противоположными выводами резистивного неподвижного электрода 6, а измеритель 3 амплитуды напряжения подключен к подвижному электроду 3 и к общему выводу автогенератора 7. 3 ил. с SS С/3

1J- + &R $g-±hR

Т 0

Фиг. 2

нелинейность,

ОМ

1020JO

Фиг.З

ЬО г,мкн