Датчик давления Советский патент 1991 года по МПК G01L9/12 

фцг.1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным преобразователям давления, и может быть использовано для измерения статических и динамических давлений жидких и газообразных высокотемпературных сред.

Цель изобретения - повышение точности измерения давления путем умень- шения температурной погрешности.

На фиг. 1 изображен емкостный датчик давления, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А (измерительная схема, в которую включен датчик, не показана).

Датчик содержит корпус 1, упругий элемент - мембрану 2 с жестким центром 3, выполненные за одно целое с корпусом, пластину 4, втулку 5, жестко соединенную по контуру с жестким центром 3 сваркой. На поверхностях мембраны 2 втулки 5 и пластины 4, обращенных одна к другой, сформированы методом напыления обкладки 6, 7 конденсатора измерительного (Сх), об- кладки 8„ 9 компенсационного конденсатора (С) и обкладки 10, 11 эталонного конденсатора (С), которые включены в электрическую измерительную схеденсатора, расположенная между мембраной 2 и пластиной 4, остается относительно постоянной.

Величины емкостей передаются с помощью измерительной схемы на регисрацию аппаратуру, преобразующую их в выходной сигнал пропорционально отношению емкостей , где Св - ёмкость конденсатора при нулевом давлении. Величина этого отношения на самом низком уровне измеряемого давления соответствует значению

С0/СХ(Р0)«1,

т.е. емкость измерительного и эталонного конденсаторов устанавливается равным на самом низком уровне измеряемого давления. Возникающие температурные напряжения в материале корпуса изменяют величины зазоров конденсаторов между обкладками 6-11 электродов неравномерно в силу неодинаковых изменений размеров толщин мембраны и пластины, образующих зазор.

Следовательно, значение измерительной емкости Су уже при давлении, равном нулю, изменяется пропорцио-

Изобретение относится к приборостроению, в частности к емкостным датчикам давления, и может быть использовано при замере давления в средах с наличием перегрузок. Цель изобретения - повышение надежности и устойчивости к многократным перегрузкам. Это достигается за счет снабжения датчика упругим элементом, пружиной 4, подпружинивающей пластину 3 с электродами. Кроме того, жесткий центр 8 мембраны 2 выполнен с утолщением с противоположной стороны от измеряемого давления. 1 ил.

35

му с помощью проводников. Конструкция зо нальн° изменению температуры, при- датчика основана на принципе изменения начального зазора d между пластиной 4 и мембраной 2 при воздействии давления Р„

Емкость Сх измерительного конденсатора и емкость Сэ эталонного конденсатора становятся равными на самом низком уровне измеряемого давления, что достигается идентичным выполнением поверхностей этих конденсаторов (GX и CU) и сохранением одинакового расстояния между этими поверхностями, т.е. , где сЦ-- зазор между элек40

тродами измерительного °конденсатора,

d - зазор между электродами эталон- 45

о ного конденсатора.

Датчик давления работает следующим образом.

При подаче измеряемой среды с давчем значение измерительной емкости CK отличается от емкости С0, т.е. при температуре С0/СХ (Р0)1.

Так как материал втулки 5 по тем- пературном коэффициенту линейного расширения (ТКЛР-) выбран с достаточн высокой степенью чувствительности к малому изменению температуры относительно материала мембраны, то устано ка втулки 5 в цилиндрическую часть жесткого центра 3 мембраны 2 меняет относительное положение поверхностей электродов 6 и 8, т.е. компенсационный конденсатор (С,,.) является более чувствительным к температуре, чем измерительный конденсатор (Сх), и яв ляется таким образом термокомпенсаци онным. Подсоединяя компенсационную емкость С fc к измерительной емкости

лением Р., на мембрану 2 происходит ее 5о х последовательно, или параллельно,

прогиб и относительное перемещение жесткого центра 3 на величину &dx между электродом 6, расположенным на мембране 2 в районе жесткого центра 3, и электродом 7, расположенным на пластине 4Э в результате чего меня- ( ется (увеличивается) емкость С измерительного конденсатора на зеличину &СХ, тогда емкость С эталонного кон-

55

отношение емкостей

. (р г CX+CK % с

при параллельном соединении емкостей (с и С

Схи

JЈ (p ЧГ0

CX.+GK

t)

нальн° изменению температуры, при-

чем значение измерительной емкости CK отличается от емкости С0, т.е. при температуре С0/СХ (Р0)1.

Так как материал втулки 5 по тем- пературном коэффициенту линейного расширения (ТКЛР-) выбран с достаточно высокой степенью чувствительности к малому изменению температуры относительно материала мембраны, то установка втулки 5 в цилиндрическую часть жесткого центра 3 мембраны 2 меняет относительное положение поверхностей электродов 6 и 8, т.е. компенсационный конденсатор (С,,.) является более чувствительным к температуре, чем измерительный конденсатор (Сх), и является таким образом термокомпенсационным. Подсоединяя компенсационную емкость С fc к измерительной емкости

х последовательно, или параллельно,

х последовательно, или параллельно,

отношение емкостей

. (р г CX+CK % с

при параллельном соединении емкостей (с и С

Схи

JЈ (p ЧГ0

CX.+GK

t)

при последовательном соединении С и Ск остается не измененным при любых изменениях температуры.

Таким образом, положительный эффект в изобретении достигается за счет компенсации температурных нений соотношения емкостей эталонного и измерительного конденсаторов путем подключения последовательно, или параллельно компенсационного (термозависимого) конденсатора к измерительному. Кроме того, достигается практически полное исключение температурной погрешности начального вы- ходного сигнала, а следовательно, увеличение точности измерений давлений измеряемой среды в 1,5-2 раза в диапазоне от -200 до +200°С криогенных температур.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, включающее емкостный датчик давления и измерительную схему с регистратором, при этом датчик давления содержит вакуумированный корпус, упругую мембрану с жестким утолщенным центром, выполненным со стороны подвода измеряемой среды, изолирован- ными центральным электродом измерительного конденсатора и кольцевым периферийным электродом эталонного конденсатора и установленную с зазором относительно мембраны пластину

5

0

5

с расположенными на ней зеркально- симметричными неподвижными изолированными электродами измерительного и эталонного конденсаторов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения температурной погрешности, в датчике давления в жестком центре мембраны по центру выполнено сквозное отверстие, в которое установлена с зазором введенная в датчик втулка, выполненная из материала с коэффициентом линейного расширения большим по сравнению с коэффициентом линейного расширения материала мембраны, при этом один торец втулки жестко скреплен с торцовой частью жесткого центра, а ее свободный торец расположен заподлицо с поверхностью мембраны и на нем установлен через изолирующую прокладку дополнительный круглый электрод, введенный в датчик термокомпенсационного конденсатора, второй ответный электрод которого в виде круга расположен зеркально-симметрично на пластине, а электроды измерительного конденсатора выполнены в форме колец, один из которых установлен по краю отверстия жесткого центра, а другой - на пластине, при этом термокомпенсационный конденсатор включен в измерительную схему последовательно или параллельно с измерительным конденсатором.

А-А