Датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/08 

фиг.2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении акустического или быстропере- менного давления при воздействии циклически меняющейся температуры рабочей (измеряемой) среды на изделиях двигателе- строения, автомобилестроения, самолетостроения и т.д.

Известны конструкции пьезоэлектрических датчиков, работоспособных в условиях воздействия температуры рабочей среды, например, мембрана для пьезоэлектрических преобразователей, которая с одной стороны покрыта слоем, обладающим пьезоэлектрическими свойствами, и отличается тем, что она выполнена из материала, температурный коэффициент которого соответствует температурному коэффициенту слоя, обладающего пьезоэлектрическими свойствами.

Недостатком такой конструкции является то, что при изменении температуры среды имеет место неоднородный нагрев мембраны и слоя, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, что приводит к скачкообразным температурным деформациям мембраны (мембрана хлопает). При этом происходит изменение внутренних напряжений мембраны, что приводит к изменению передаточного коэффициента от мембраны к пьезоэлектрическому слою и нарушению линейности его изменения.

Прототипом предлагаемого устройства является акустический датчик, в котором на металлическую мембрану наклеен дисковый пьезоэлемент.

Недостатком указанной конструкции является то, что для обеспечения работоспособности этой конструкции необходимо, чтобы плоскость склеивания (кяеевой слой) не деформировалась, т.е. чтобы мембрана и пьезоэлемент испытывали чистый изгиб. Таким образом, а этой конструкции необходимо применять клей, который имеет высокую твердость в полимеризованном состоянии (например, ВК-20). При изменении температуры, вследствие различных коэффициентов линейного расширения материалов мембраны и пьезоэлемента, клеевой слой испытывает большие сдвиговые деформации, величина которых увеличивается по мере удаления от центра мембраны, причем устранить температурные деформации подбором коэффициентов линейного расширения материалов мембраны и пьезоэлемента практически невозможно. Сдвиговые деформации клеевого слоя, совметно со знакопеременными изгибными колебаниями от воздействия измеряемого давления, приводят к отрыву пьезоэлемента от мембраны по

его периметру. Датчик становится неработоспособен. Этот эффект неоднократно наблюдался у датчиков ЛХ1501 и типа ДХС, имеющих такую конструкцию. 5Целью изобретения является увеличение ресурса работы датчика при воздействии циклически меняющейся температуры рабочей среды.

Поставленная цель достигается тем, что

0 чувствительный элемент датчика выполнен в виде ленты, свернутой в плоскую спираль, причем поперечное сечение ленты имеет форму равнобедренной трапеции, меньшим основанием ориентированную в сторону

5 мембраны, электроды расположены на торцевых поверхностях спирали по всей ее длина, а слой клея размещен между витками Ъпирали.

На фиг.1 и 2 дана схема датчика давле0 ния.

Датчик состоит из корпуса 1 с мембраной 2, на которую наклеен пьезоэлектрический чувствительный элемент 3 (клеевой слой 4), выходной сигнал снимается посред5 ством токосьемника 5 с электрода 6 и корпуса с электрода 7.

Датчик работает следующим образом. При воздействии измеряемого давления на мембрану 2 она прогибается. Вместе

0 с мембраной прогибается и наклеенный на нее чувствительный элемент. Поскольку чувствительный элемент имеет форму плоской спирали, то прогиб его выглядит как смещение в осевом направлении центра относи5 тельно периметра. При этом на электродах 6 и 8 генерируется электрический заряд. Эквивалентно прогиб чувствительного элемента можно представить как изгиб консольной балки, свернутой в плоскую спи0 раль

При воздействии температуры в мембране 2 возникают механические напряжения, которые приводят к деформации мембраны, отчего в свою очередь возника5 ют механические напряжения и деформации в клеевом слое 4 и чувствительном элементе. При этом отрыва чувствительного элемента от мембраны не происходит, ввиду пластичности клея и большей площа0 ди клеевого контакта между мембраной и чувствительным элементом. Увеличение площади клеевого контакта достигнуто за счет того, что виток спирали чувствительного элемента имеет форму равнобедренной

5 трапециии, у которой меньшее основание находится со стороны мембраны. Таким образом, клеевой слой имеет форму диска со спиральным выступом. Выступ предназначен для снижения пластичности клеевого

слоя и демпфирования резких деформаций

мембраны при резких перепадах температуры рабочей среды.

Предлагаемое устройство позволяет повысить ресурс работы датчика в 11-16 раз по сравнению с известными датчиками ЛХ1501 и типа ДХС в условиях циклически меняющейся температуры рабочей среды в диапазоне от 100 до 250 С.

Формула изобретения Датчик давления, содержащий корпус с мембраной, на которой с помощью клеевого соединения закреплен пьезоэлектрический чувствительный элемент с электродами,

0

один из которых подключен к токосъемнику, отличающийся тем, что. с целью увеличения ресурса работы при воздействии циклически меняющейся температуры рабочей среды, в нем чувствительный элемент выполнен в виде ленты, свернутой в плоскую спираль, причем поперечное сечение ленты имеет форму равнобедренной трапеции, меньшим основанием ориентированной в сторону мембраны, электроды расположены на торцевых поверхностях спирали по всей ее длине, а слой клея размещен между витками спирали.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пьезоэлектрическим датчикам давления, и может быть использовано при измерении акустического или быстропеременного давления. Целью изобретения является увеличение ресурса работы датчика при воздействии циклически меняющейся температуры рабочей среды. Это достигается тем, что в датчике давления прикрепленный к мембране 2 с помощью клея 4 пьезоэлектрический чувствительный элемент 3 выполнен в виде ленты, свернутой в плоскую спираль, причем сечение ленты представляет собой равно- бедреную трапецию, сориентированную меньшим основанием в сторону мембраны. Выходной сигнал снимается с электродов 6 и 7, расположенных на торцах спирали. 2 ил.