Емкостный датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/12 

(UU2.1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления, содержащим емкостный преобразователь давления в электрический сигнал.

Известен емкостный датчик давления, содержащий мембрану с жестким центром, изготовленную за одно целое с корпусом, являющимся одним из электродов рабочего конденсатора. К жесткому центру мембраны крепится подвижная пласти- на, состоящая из центрального круга и расположенного на периферии второго электрода кольцевой формы, разделенных изолятором.

Недостатком указанного датчика явля- ется невысокая точность измерений, обусловленная большими значениями температурной погрешности и погрешности линейности. Причиной температурной погрешности является изменение зазора между электродами при колебаниях температуры, причинами погрешности линейности - гиперболическая зависимость емкости от зазора и расположение части второго электрода рабочего конденсатора над де- формируемым участком мембраны.

Наиболее близким к предлагаемому является содержащий изготовленную за одно целое с корпусом мембрану с жестким центром, на которую по микроэлектронной тех- нологии нанесен электрод рабочего конденсатора в виде круга и кольцевой электрод эталонного конденсатора, размещенный на утолщенной недеформируемой части корпуса. Неподвижные электроды ра- бочего и эталонного конденсаторов, также изготовленные по микроэлектронной технологии, расположены зеркально-симметрично на пластине в виде диска, скрепленной с корпусом не менее чем в трех точках.

Функция преобразования такого датчика в сочетании с вторичным преобразователем на основе гиперболической измерительной схемы имеет вид

Со

О)

где К- конструктивный коэффициент;

Со, Сх емкости соответственно эталон- ного и рабочего конденсаторов.

Применение такого преобразования и тонкопленочных электродов позволяет значительно уменьшить температурную погрешность и погрешность линейности.

Недостатком известного датчика является невысокая относительная чувствительность, зависящая от отношения величины радиуса жесткого центра г к радиусу мембраны R. Для повышения чувствительности необходимо уменьшить радиус жесткого центра по отношению к радиусу мембраны. Однако при этом емкость рабочего конденсатора уменьшается пропорционально квадрату радиуса жесткого центра (радиуса электрода рабочего конденсатора), что резко снижает емкость рабочего конденсатора, а следовательно, и чувствительность датчика к измеряемой величине.

Целью изобретения является увеличение чувствительности датчика.

Для достижения поставленной цели пластина разделена на центральную подвижную и неподвижную периферийную части, соединенные между собой упругими перемычками, причем центральная подвижная часть пластины жестко скреплена по центру с мембраной, а электроды рабочего конденсатора выполнены в виде колец и расположены соответственно на периферии подвижной части пластины и на недеформируемой части корпуса.

На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого датчика давления; на фиг.2 - топология нанесенных на пластину электрода рабочего конденсатора и электрода эталонного конденсатора.

Датчик содержит мембрану 1 с жестким центром 2, выполненную за одно целое с корпусом 3, на котором размещены электрод 4 рабочего конденсатора и электрод 5 эталонного конденсатора, пластину 6 с перемычками 7, скрепленную по центру с жестким центром 2 точечной сваркой 8 и по периферии с корпусом точечной сваркой 9. На пластине зеркально-симметрично расположены подвижный электрод 10 рабочего конденсатора и электрод 11 эталонного конденсатора.

Электрический вывод электрода рабочего конденсатора производится по перемычке 7.

Емкостный датчик давления работает следующим образом.

При подаче давления в полость корпуса 3 мембрана 1 прогибается и перемещает скрепленную с жестким центром 2 подвижную часть пластины 6. Емкость рабочего конденсатора уменьшается. Упругие перемычки 7 практически не препятствуют перемещению мембраны и подвижной части пластины, так как их суммарная жесткость значительно меньше жесткости мембраны, При использовании вторичного преобразователя с функцией преобразования (1) выходное напряжение будет пропорционально перемещению подвижной части верхней пластины. Погрешность линейности будет определяться только нелинейной

зависимостью прогиба мембраны от давления. При колебаниях температуры начальный зазор между электродами рабочего и эталонного конденсаторов изменяется на одинаковую величину, что резко уменьшает температурную погрешность.

Вы нос электрода 10 рабочего конденсатора на периферию подвижной части пластины 6 позволяет уменьшить значение радиуса жесткого центра 2 до значений, обеспечивающих скрепление подвижной части пластины 6 с жестким центром, и тем самым увеличить чувствительность датчика.

Формула изобретения Емкостный датчик давления, содержащий выполненную за одно целое с корпусом мембрану с жестким центром, первый тонкопленочный электрод рабочего конденсатора, нанесенный на корпус первый тонкопленочный кольцевой электрод эталонного конденсатора и пластину в виде диска, скрепленную по периферии с корпусом, на

которой зеркально симметрично расположены вторые тонкопленочные электроды рабочего и эталонного конденсаторов, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в нем пластина разделена на центральную подвижную и неподвижную периферийную части, соединенные между собой упругими перемычками, причем центральная подвижная часть пластины жестко скреплена по центру с мембраной, а

электроды рабочего конденсатора выполнены в виде колец и расположены соответственно на периферии подвижной части пластины и на недеформируемой части корпуса.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления, и позволяет увеличить чувствительность датчика. Датчик давления содержит мембрану 1 с жестким центром 2, выполненную за одно целое с корпусом 3, на котором размещены электрод 4 рабочего конденсатора и электрод 5 эталонного конденсатора, пластину 6 с упругими перемычками 7, скрепленную по центру с жестким центром 2 и по периферии с корпусом 3. На пластине 6 зеркально симметрично расположены подвижный электрод 10 рабочего конденсатора и электрод 11 эталонного конденсатора. Вынос электрода 10 на периферию подвижной части пластины 6 позволяет уменьшить радиус жесткого центра 2 и увеличить чувствительность датчика. 2 ил.

7