Датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения быстропеременных высоких давлений в условиях действия повышенных температур.

Целью изобретения является повышение точности в условиях воздействия термоудара и уменьшение габаритов.

На фиг. 1 изображена конструкция предлагаемого датчика; на фиг. 2 - расположение тензорезисторов на стержневом упругом элементе.

Датчик дзвлени-я содержит корпус 1, воспринимающую мембрану 2 и стержневой упругий элемент3. На стержневом упругом элементе (см. фиг. 2) по митральной технологии сформированы гензор :зис Оры: 4 - 7 - в центральной части плоской грани и 8 и 9 - по краям. Тензорезисторы 4, 5 установлены D поперечном направлении так, ч to их середины расположены на расстоянии h

.р. от концов тензорезисторов 8. 9, установленных в продольном направлении,а середины тензорезисторов 6, 7 - на расстоянии h 3/8fT.p. от концов тензорезисторов 8,9, где 1т.р. - длина продольных.тензорезисторов.

Тензорезисторы 4 и 6, 5 и 7 имеют одинаковые сопротивления, включены последовательно и являются частями составных тензорезисторов двух противоположных плеч моста.

Тензорезисторы 4-9 объединены в мостовую измерительную цепь.

Датчик работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления на воспринимающую мембрану 2 (см. фиг. I) последняя гфеоСрззус. дазг,С1;ие с силу, которая передается стержневому упруюму элементу 3. Стержневой упругий элемент 3 испытывает деформацию, вместе с ним и Тензорезисторы 4-9 (тензорезисторы 4-7

ч

О

ь.

00

ю

- поперечную деформацию растяжения, а тензорезисторы 8, 9 - продольную деформацию сжатия). Вследствие этого на выходе мостовой измерительной цепи появляется сигнал, пропорциональный измеряемому давлению.

При работе датчика в условиях стационарных температур, когда температура измеряемой среды значительно отличается от температуры окружающей среды, по длине упругого элемента будет иметь место градиент температуры, при этом распределение температуры в установившемся режиме практически линейно.

Благодаря тому, что продольные тензорезисторы 8 и 9 имеют одинаковую длину (и одинаковое сопротивление), а их концы расположены на одинаковом расстоянии от мембраны, они находятся в одинаковых температурных условиях. Изменения сопротивлений этих тензррезисторов равны.

В мостовой измерительной цепи датчика изменения сопротивлений тензорезисто- ров 8 и 9 складываются (так как они

включены в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и имеют одинаковый знак).

Для тогр, чтобы на выходе мостовой измерительной цепи не появлялся ложный сигнал (не возникала емпературная погрешность), требует я, чтобы суммы изменений сопротивлений противоположных плеч от температуры были одинаковыми.

Это можно получить установкой тензо- резисторов 4 - 7 в точках средних температур четвертинок тензорезисторов 8 и 9.

Эти точки имеют координаты по длине продольных тензорезисторов: 1/81т.р.. 3/8Ь.р..5/8ег.Р.и7/8{т.р.

При установке тензорезисторов 4-7 указанным образом, как сделано в конструкции, тензорезисторы 4 и 5 оказываются на расстоянии h 1 /8tr.p.. а тензорезисторы 6 и 7 - на расстоянии h 3/81т.р. от концов продольных тензорезисторов 8 и 9.

Таким образом, в случае линейного распределения температуры по длине стержневого упругого элемента будет происходить полная самокомпенсация температурной погрешности, обусловленной наличием градиента температуры.

При работе датчика в условиях действия нестационарных температур будет также иметь место градиент температуры по длине стержневого упругого элемента, но при

этом распределение температуры (в момент термоудара) будет нелинейным.

В этом случав , точка средней температуры концов четвертинок тензорезисторов 8 и 9 будет определяться среднеинтегральным значением температуры на их длине и не совпадать со среднеарифметическим значением температуры. В результате возникает Погрешность, пропорциональная сумме разностей-среднеинтегральной и

среднеарифметической температур концов четырех четвертинок продольных тензорезисторов.

Так как часть разностей среднеинтег- рэльных значений температуры и среднеарифметических будет иметь знак плюс, а

часть - минусу то происходит частичная компенсация возникающей погрешности при сложении составляющих.

Применение изобретения позволяет повысить точность за счет уменьшения температурной погрешности. Температурная погрешность снижается до 1 - 3%. Тем самым повышается достоверность получав мой информации.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус с выполненной за одно целое с ним мембраной, контактирующей со стержневым упругим элементом, на плоской грани которого закреплены соединенные в измерительный

мосттензорезисторы, два из которых расположены по краям грани вдоль оси стержне- вою упругого элемента, а два других, включенных в противоположные плечи моста, - в центральной части симметрично относительно концов .первых двух, тензореэисторов и перпендикулярно им. о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности в условиях воздействия термоудара и уменьшения габаритов, в нем

тензорезисторы центральной части грани выполнены составными из двух частей каждый, при этом составные части тензорсзи- сторов расположены параллельно одна относительно другой на расстоянии, равном

четверти длины тензорезистора, расположенного по краю грани.

ФигЛ

Ј

Нсо

Ч

Фиг.2

Изобретение может быть использовано для измерения с повышенной точностью бы стропеременных высоких давлений в условиях термоудара. При работе датчика-в условиях термоудара точка средней температуры концов четвертинок тензоре- зистороо 8,9 будет определяться среднеин- тегральиым значением температурь; на их длине. как часть разностей среднеинтег- ральных значений температуры и среднеарифметических будет иметь знак плюс, а. часть - минус, то происходит частичная компенсация возникающей погрешности п.)и сложении составляющих. 2 ил.