Датчик давления Советский патент 1991 года по МПК G01L9/04 

i

(/

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения с повышенной точностью давлений жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы (при термоударе). За счет выполнения кольцевой проточки на мембране 2, разделяющей ее на жесткий центр и жесткое кольцо, причем радиус жесткого центра равен ширине жесткого кольца, а толщина опорного основания равна толщине мембраны в месте проточки, достигается равенство тепловых полей на поверхности тензорезис- торов 6-9, расположенных на разных сторонах проточки. Кроме того, исключается локальный перегрев от неравномерного распределения тока от напряжения питания по всей длцне тензорезисторов, что повышает срок эксплуатации датчика. 3 ил.

ф

Јь

СО ОЭ

СО

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения давлений жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы (при термоударе).

Цель изобретения - повышение точности в условиях действия термоудара и долговечности.

На фиг. 1 показана конструкция тензо- резистивного датчика давления; на фиг. 2 - расположение тензорезисторов на мембране (топология); на фиг. 3 - измерительная мостовая схема датчика.

Датчик давления содержит корпус 1, круглую воспринимающую мембрану 2, выполненную за одно целое с опорным основанием 3. Кольцевая проточка разделяют мембрану на жесткий центр 4 и жесткое кольцо 5. На плоской стороне мембраны установлены тензорезисторы 6-9, имеющие форму секторов колец, образующих измерительный мост. Контактные площадки 10 служат для подключения измерительного моста к напряжению питания (Unm-) и для снятия выходного сигнала (Usux).

Датчик работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления Р через опорное основание на воспринимающую мембрану 2 (фиг. 1) последняя прогибается, тензорезисторы испытывают поперечную деформацию, причем тензорезисторы 6 и 9, прилегающие к жесткому кольцу, - поперечную деформацию сжатия, а тензорезисторы 8 и 7, прилегающие к жесткому центру, - поперечную деформацию растяжения (фиг. 2). Поэтому при подключенном к выходной диагонали измерительного моста напряжении питания LUr на выходной диагонали измерительного моста появляется выходной сигнал LJewx (фиг. 3), пропорциональный измеряемому давлению Р.

При работе в условиях действия термоудара при любых тепловых возмущениях с любым тепловым градиентом измеряемой среды среднеинтегральная температура на поверхности мембраны (по окружностям) в зонах расположения тензорезисторов, прилегающих к жесткому центру, одинакова с температурой в зоне расположения тензорезисторов, прилегающих к жесткому кольцу, в процессе всего времени нестационарных тепловых процессов. Равенство температурных полей при термоударе на поверхности, занимаемой каждым тензорезистором, достигается двумя факторами: выравниванием тепловых потоков, поступающих на каждый тензорезистор от измеряемой среды через тело мембраны, и равенством теплоотдачи от каждого тензорезистора во внешнюю среду. Равенство тепловых полей на поверхности тензорезисторов, расположенных на разных сторонах проточки, достигается за

счет представленных соотношений конструктивных размеров.

Перепад температуры измеряемой среды

приводит к одинаковым изменениям средне- интегральной температуры на тензорезис- торах, а значит, к одинаковым изменениям сопротивлений тензорезисторов и, как следствие, в силу характерных свойств мостовых схем к самокомпенсации температурных

изменений выходного сигнала. Полная самокомпенсация температурных изменений вы- хрдноп сигпла от термоудара повышает точность измерения. Кроме того, выполнение всех тензорезисторов измерительной

схемы по дуге повышает срок эксплуатации конструкции за счет равномерности деформации по всей длине тензорезисторов от рабочего параметра и влияющих факторов.

Кроме того, в датчике исключается локальный перегрев от неравномерного рас0 пределения тока от напряжения питания по всей длине тензорезисторов, тем самым повышается срок эксплуатации измерительной мостовой схемы, а следовательно, датчика в целом.

25

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, мембрану с жестким центром и утолщенной периферийной частью на одной ее вос0 принимающей давление стороне, при этом на другой ее плоской стороне закреплены две пары тензорезисторов, каждая из которых размещена соответственно на первой и второй окружностях вокруг центра мембраны, причем тензорезисторы каждой

5 пары идентичны, расположены симметрично один относительно другого, все тензорезисторы соединены контактными площадками в измерительный мост и выполнены в виде кольцевых сегментов шириной s, причем кольца первой пары тензорезисторов расположены своим внутренним диаметром на первой окружности, а кольца второй пары своим наружным диаметром - на второй окружности, при этом между жестким центром мембраны и периферийной утол5 щенной частью с внутренним радиусом г-М и шириной h-f-c выполнена кольцевая проточка шириной t, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в условиях действия термоудара и долговечности, в нем корпус в месте соединения

0 с периферийной частью мембраны по ее периметру выполнен за одно целое с мембраной в виде полого цилиндра с толщиной стенки с, равной толщине И мембраны, причем радиус первой окружности, на которой расположены тензорезисторы первой

5 пары, равен радиусу г жесткого центра мембраны, а радиус второй окружности, на которой расположены тензорезисторы второй пары, равен внутреннему радиусу

r-М утолщенной периферийной части мембраны, при этом центральный угол кольцевого сегмента, образующего тензорезистор первой пары, выполнен с углом а, а центральный угол кольцевого сегмента, образующего тензорезистор второй пары, - с углом (3, которые связаны соотношением

Вид А

а

(3 In

г-И.

V-ft-S

a геометрические параметры мембраны определены из соотношения

.