Тензорезисторный датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения с высокой точностью избыточных давлений.

Известен датчик давления, содержа- щий мембрану с пьезоэлементом на ее поверхности, соединенную с упругой перегородкой, на которой находятся тензо- резисторы, подпружиненным полым цилиндром, с опиранием упругой перего родки на регулируемый упор.

Недостатками данной конструкции являются невысокая нелинейность выходного сигнала, сложность конструкции, высокий гистерезис.

Известен датчик давления, содержащий чувствительный элемент в виде двух гофрированных мембран, стянутых в центре гайкой, а по периферии опирающихся на опорные поверхности корпуса и имеющих цилиндрические участки с навитыми на них тензорезисторами, расположенные на вершинах кольцевых выступов, образованных прилегающими одна к другой коническими оболочками.

В известной конструкции устранены ги- стерезисные явления и значительно снижена сложность, однако недостатком датчика является высокая нелинейность, особенно в диапазоне малых значений измеряемого давления,связанная с неопределенностью напряженно деформированного состояния упругих элементов датчика в статическом состоянии и формой упругих элементов.

Цель изобретения - повышение линей- ности рабочей характеристики при малых значениях измеряемого давления.

Поставленная цель достигается тем, что расстояние между опорными поверхностями корпуса, на которых расположены пери- ферийные области составных частей упругого элемента, больше, чем сумма толщин жестких центров этих частей, а составные части упругих элементов выполнены различной жесткости.

На чертеже представлена конструкция датчика.

Упругий элемент датчика выполнен составным в виде жесткой 1 и податливой 2 частей, на подрезисторных выступах кото- рых расположены тензорезисторы 3-6. Обе составные части 1 и 2 упругого элемента запрессованы в корпус 7. Жесткие центры составных частей упругого элемента стянуты между собой гайкой 8, которая соединяет упругий элемент с разъемом 9. От внешней среды рабочая зонатензорезисторов герметизируется уплотнениями 10. При этом расстояние между опорными поверхностями корпуса 7, в которые упираются торцовые

периферийные области составных частей упругого элемента, больше, чем сумма толщин жестких центров этих частей. .

В связи с этим при сборке датчика после размещения тензорезисторов на составных частях упругого элемента с расположением их в корпусе 7 и стягивания между собой жестких центров составных частей 1 и 2 упругого элемента до упора при помощи гайки 8 тензорезисторы 3-6 испытывают приращение деформаций растяжения. Поскольку осевая жесткость составной части 1 упругого элемента значительно больше, чем части 2, последняя подвергается значительно большей деформации. При подаче измеряемого давления Р во внутреннюю полость составной части 1 упругого элемента она начинает деформироваться в том же направлении, что и усилия выборки осевого зазора, между жесткими центрами, т.е. догружаться с дальнейшим приращением деформации растяжения тензорезисторов 5 и 6. При этом за счет осевого перемещения центральной части составной части 1 упругого элемента происходит перемещение составной части 2 упругого элемента, но в сторону, противоположную перемещению, возникающему при выборке осевого зазора, т.е. с разгрузкой составной части 2 упругого элемента и приращением деформации сжатия тензорезисторов 3 и 4. Это позволяет реализовать измерительную мостовую схему с четырьмя активными тензорезисторами. Так как в нагруженном датчике существует силовой контакт между составными частями упругого элемента и между ними и корпусом без изменения знака силового взаимодействия, то это обуслав- ливает нейтрализацию искажения характеристики датчика в начальном участке вследствие выборки всех зазоров в стыках и сопряжениях. Выполнение всех деталей датчика в форме тел вращения позволят осуществить их высокоточное изготовление с минимальными трудозатратами и обеспечить интегрирование поля напряжений тензорезисторами.

Техническим преимуществом предлагаемого решения является высокая линейность выходного сигнала датчика, особенно при малых значениях измеряемого давления.

Формула изобретения

Тензорезисторный датчик давления, содержащий корпус, упругий элемент, который выполнен из двух соосно расположенных составных частей, имеющих форму тел вращения, каждая составная часть упругого элемента по своей периферии расположена на опорных поверхностях

корпуса и выполнена с жестким центром, при этом жесткие центры стянуты между собой резьбовым соединением, а также содержащий закрепленные на упругом элементе тензорезисторы, отличающийся тем, что, с целью повышения линейности рабочей характеристики при малых значениях

измеряемого давления, в нем расстояние между опорными поверхностями корпуса, на которых расположены составные части упругого элемента, больше, чем сумма толщин жестких центров этих частей, а составные части упругих элементов выполнены разной жесткости.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения с высокой точностью избыточЮ ных давлений. При этом достигается повышение линейности характеристики при малых значениях величины измеряемого давления. Цель обеспечивается тем, что упругий элемент выполнен составным в виде тел 1, 2 вращения. При этом в ненагруженном измеряемым давлением датчике обе со- ставные части упругого элемента предварительно стянуты при помощи резьбового соединения. При подаче давления за счет осевого перемещения центра составной части 1 упругого элемента происходит перемещение составной части 2 упругого элемента, но в противоположную сторону. Это позволяет реализовать измерительную схему с четырьмя активными тензорезисто- рами 3,4. 1 ил. п п сл с VJ Јь N сл Сл) KD