Датчик давления Советский патент 1991 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, пред- назначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара).

Целью изобретения является повышение точности в условиях действия термоудара, увеличение термостойкости и чувствительности.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик давления; на фиг. 2 - то же, общий вид; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1; на фиг. 4 - узел II на фиг. 1..

Датчик давления содержит корпус 1, упругий элемент в виде круглой мембраны 2, выполненной за одно целое с опорным основанием 3; на которой расположены соединенные в мостовую схему тензорезисторы. Окружные 4 и радиальные 5тензорезисторы выполнены в виде соединенных низкоомными перемычками 6 и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных кольцевых секторов 7. Каждый кольцевой сектор ограничен с внутренней стороны окружностью 8, равноудаленной от границы 9 разделаГмембраны и опорного основания. С наружной стороны секторы ограничены границей 9 раздела мембраны и опорного основания.

Датчик давления работает следующим образом.

При воздействии на мембрану давления в ней возникают радиальные и тангенциальо ю о ю

00

ные напряжения, которые приводят к появлению на пленарной стороне мембраны радиальных и тангенциальных деформаций (фиг. 3 и 4), Так как кольцевые секторы ограничены с наружной стороны границей раздела мембраны и опорного основания, с внутренней стороны - окружностью, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основания, и с боковых сторон радиусами мембраны, а также в связи с тем, что параметры кольцевых секторов выбраны исходя из представленных соотношений, сектор окружного тензорезистора (фиг. 3) подвергается воздействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора. В результате воздействия таких деформаций сопротивление сектора окружного тензорезистора увеличится. Вследствие аналогичных причин сектор радиального тензорезистора (фиг. 4) подвергается воздействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора, и сжимающих радиальных деформаций, направленных вдоль длины резистора. В результате воздействия таких деформаций сопротивление сектора радиального тензорезистора уменьшится, В связи с тем, что окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомных перемычками и равномерно размещенных по периферии м.ембраны идентичных секторов, то во-первых, изменение сопротивления окружных и радиальных тен- зорезисторов будет равно сумме изменений сопротивлений соответствующих секторов, а во-вторых, изменения сопротивлений соответствующих секторов равны между собой. Увеличение сопротивлений противоположно включенных окружных резисторов и уменьшение противоположно включенных радиальных резисторов преобразуются мостовой схемой в электрический сигнал, который поступает на выходные контакты датчика. При воздействии нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара) вследствие различных термических сопротивлений сравнительно тонкой мембраны и массивного опорного основания на мембране возникает неравномерное поле температур. В связи с тем, что размеры секторов радиальных и окружных тензоре- зисторов одинаковы, а все секторы с наружной стороны ограничены границей раздела мембраны и опорного основания, а с внутренней стороны - окружностью, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основания, то несмотря на нестационарный характер изменения температуры на планарной стороне мембраны, сред- неинтегральная температура секторов окружных и радиальных тензорезисторов, изменяясь со временем, будет одинакова в

каждый конкретный момент времени. Одинаковая температура радиальных и окружным тензорезисторов в каждый конкретный момент времени вызывает одинаковые изменения сопротивлений тензорезисторов, которые

вследствие включения тензорезисторов в мостовую схему взаимно компенсируются,

Аддитивная температурная погрешность датчика давления при воздействии нестационарной температуры измеряемой

среды от +5°С до температуры жидкого азота не превышает 0,6%.

Преимуществом предлагаемого датчика является повышение точности в условиях воздействия нестационарной температуры

измеряемой среды за счет полной идентичности температуры и ее изменения при термоударе в зоне размещения радиальных и окружных тензорезисторов. Другим преимуществом конструкции является увеличение

нагревостойкости за счет идентичности и минимизации термических сопротивлений зон размещения радиальных и окружных тензорезисторов, а также их отдельных элементов. Преимуществом конструкции является также

повышение чувствительности за счет размещения радиальных и окружных тензорезисторов в зоне максимального изменения радиальных деформаций, а также за счет суммирования воздействия радиальных и тангенциальных деформаций.

Формула изобретения Датчик давления, содержащий корпус, мембрану с утолщенным периферийным основанием и закрепленные на планарной

стороне мембраны и соединенные низкоом- ными перемычками в мостовую схему окружные и радиальные тензорезисторы, выполненные в виде тензоэлементов, соединенных последовательно другими низкоомными перемычками, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в условиях действия термоудара, увеличения термостойкости и чувствительности,, в нем тензоэлементы выполнены в виде кольцевых секторов, причем одна дуга каждого кольцевого сектора расположена на окружности радиуса п мембраны, а другая - по окружности радиуса га, который определен из условия га 0,8п, при этом боковые стороны кольцевого сектора расположены по радиусам, угол ©между которыми определен из условия

2(п -Г2jlnn/fT (pan)

W-П+Г2

СО

со

чтет со о

СО

о,

0

С

I

О s

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, пред- назначенным для использования в , различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды. Целью изобретения является .повышение точности в условиях действия термоудара, увеличение термостойкости и чувствительности за счет размещения радиальных тензорезисторов в зоне мембраны, где температура и ее изменение полностью идентичны температуре и ее изменению в зоне размещения окружных тензорезисторов и за счет идентичности и минимизации термических сопротивлений зон размещения радиальных и окружных тензорезисторов. В датчике давления окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных кольцевых секторов, ограниченных с наружной стороны границей раздела мембраны и опорного основания, с внутренней стороны - окружностью, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основания, и с боковых сторон - радиусами мембраны, причем параметры секторов выбраны по приведенным соотношения. 4 ил. Of Ё

0MJ