Датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления, и может быть использовано для измерения статического и динамического давлений жидких и газообразных сред.

Известен емкостный преобразователь давления, содержащий корпус и мембрану, выполненные из одинакового материала и соединенные неразъемно, на которых размещены два электрода.

Недостатком известной конструкции является нелинейность, обусловленная отсутствием опорной емкости и неравномерным приращением емкости от измеряемого давления, за счет того, что подвижная мем- брана от давления становится выпуклой, а неподвижный электрод остается плоским.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик давления, содержащий вакуумированный корпус, мембрану, снабженную напротив нее диском, закрепленным в корпусе с помощью штока, емкостный преобразователь деформации, выполненный в виде двух пар противолежащих электродов - центрально- го и периферийного.LНедостатками известногб Д атчика давления являются нелинейность выходной характеристики из-за неплоскопараллельного перемещения электродов емкостей и нали- чие внутренней полости в опорном основании, в результате чего образуется застойная зона датчика, где может накапливаться и застывать измеряемая среда.

Цель изобретения - повышение точно- сти за счет уменьшения, нелинейности.

Поставленная цель достигается тем, что конструкция датчика давления, содержащего корпус с электродами и размещенную напротив электродов мембрану, предус- матривает выполнение дополнительных изолированных электродов, зеркально симметричных электродам корпуса, а на мембране между дополнительными электродами выполнена кольцевая проточка с за- данными размерами.

Положительный эффект, заключающий- ся в увеличении точности, достигается за счет выполнения кольцевой проточки и дополнительных изолированных электродов.

На фиг. 1 показаны конструкция датчика давления и топология электродов на поверхности мембраны; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Датчик давления включает мембрану 1, проточка которой разделяет ее на центральную подвижную часть 2 и периферийную неподвижную часть 3.

К периферийной неподвижной части 3 при помощи кольца 4 жестко крепится диск

5. На центральной подвижной части 2, со стороны, обратной воздействию измеряемой среды, а также на противолежащей стороне диска 5 выполнены центральные электроды 6, образующие переменную емкость Сх. На периферийной неподвижной части 3 с той же стороны, а также на диске

5выполнены периферийные электроды 7, образующие эталонную емкость Сэ. От внешней среды электроды, образующие емкости, защищены гермопроходником 8. в котором предусмотрены контакты 9 для соединения электродов 6 и 7 с преобразователем емкости в напряжение или ток. При помощи штуцера 10 конструкция устанавливается на контролируемые объекты.

Датчик давления работает следующим образом..

При подаче измеряемого давления Рхна мембрану 1 происходят ее прогиб и перемещение центральной подвижной части 2 по отношению к диску 5 вместе с центральным электродом 6, в результате чего меняется (увеличивается) емкость на величину Сх и становится равной

ДСх,

где Со - величина переменной емкости на самом низком уровне измеряемого давления.

Емкость периферийных электродов 7 не изменяется, так как периферийная неподвижная часть 3 от давления не перемещается по отношению к диску 5 и остается равной Сэ. Равенство начальных емкостей при начальном уровне давления Со-Сэ обусловлено равенством площадей электродов и одинаковой величиной зазора между частями 2 и 3 мембраны по отношению к диску 5. Таким образом, от изменения давления Рх емкость между центральными электродами

6увеличивается на величину Сх, а емкость между периферийными электродами 7 не изменяется. В преобразователе емкости в напряжение или ток выходной сигнал изменяется пропорционально величине отношений, переменной к эталонной емкости, а следовательно, пропорционально величине изменения давления.

Реализация осуществляется за счет выбора оптимальных размеров внутреннего и наружного радиусов проточки в мембране 1 с позиции сохранения достаточной величины перемещения центральной подвижной части 2 при сохранении необходимой величины площади плоской ее поверхности для размещения центрального электрода 6 и достижения равенства площадей центральной подвижной и периферийной частей, где размещены электроды, при обеспечении плоскопараллельного перемещения центрального электрода. Размеры проточки, обеспечивающие указанные условия, задаются по соотношению

r 0-544 R, ,769 R, где г-внутренний радиус:

t - наружный радиус проточки;

R - радиус мембраны.

Таким образом, выполнение проточки в мембране по приведенному соотношению позволяет повысить точность датчика за счет обеспечения плоскопараллельного перемещения центрального электрода и отсутствия перемещения периферийного электрода от давления измеряемой среды. При этом сохраняется равенство площадей электродов измерительной и эталонной емкостей..

Кроме того, выполнение проточки на мембране со стороны, обратной воздействию измеряемой среды, обеспечивает эбсо- лютную плоскостность воспринимающего элемента датчика (отсутствие углублений со стороны воздействия измеряемой среды), что позволяет использовать датчик для измерения вязких сред с высокой точностью.

Сущность изобретения заключается в достижении плоскопараллельного перемещения центрального электрода с максимальной чувствительностью относительного изменения емкостей к измеряемо-

му давлению при отсутствии углублений и полостей на контактирующей со средой поверхности мембраны датчика, в результате чего за счет уменьшения нелинейности возрастает точность измерения.

Предлагаемый датчик давления выгодно отличается от прототипа более линейной метрологической характеристикой от измеряемого параметра, в результате - повышенной в 1,7-1,9 раз точностью измерения при расширении функциональных возможностей.

Формула изобретения Датчик давления, содержащий корпус с центральным круглым и периферийным кольцевым электродами, размещенную напротив электродов мембрану, от ли ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения нелинейно-- сти, в нем на мембране выполнены дополнительные изолированные электроды, зеркально симметричные электродам корпуса, причем на мембране между дополнительными электродами выполнена кольцевая проточка, внутренний г и наружный t радиусы которой определены из соотношений

,544 R, ,769 R, где R - радиус мембраны.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статическою и динамического давлений жидких и газообразных сред. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения нелинейности. Датчик содержит мембрану 1, проточка которой разделяет ее на центральную подвижную часть 2 и периферийную неподвижную часть 3. К периферийной неподвижной части 3 при помощи кольца 4 жестко крепится диск 5. На центральной подвижной части 2 и на диске 5 выполнены центральные электроды, образующие переменную емкость. На периферийной неподвижной части 3 и на диске 5 выполнены периферийные электроды 7, образующие эталонную емкость. От внешней среды электроды защищены гермоп- роходником 8, в котором предусмотрены контакты 9 для соединения электродов электронным преобразователем. При помощи штуцера 10 конструкция устанавливается на контролируемые объекты. 2 ил. СО С о о J го

А -А