Датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, пред- назначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара).

Целью изобретения является повышение точности в условиях действия термоув- дара, увеличение термостойкости и чувствительности.

На фиг. 1 изображен общий вид датчика давления; на фиг. 2 - фрагмент датчика.

Датчик давления содержит корпус 1, упругий элемент в виде круглой мембраны 2, выполненной за одно целое с опорным основанием 3, на которой расположены соединенные в мостовую схему тензорезисторы. Окружные тензорезисторы 4 и радиальные тензорезисторы 5 выполнены в виде соединенных низкоомными перемычками 6 и равномерно размещенных по периферии

мембраны идентичных тензоэлементов 7. При этом одна дуга тензоэлемента расположена на границе 8 раздела мембраны и опорного основания. Другая дуга тензоэлемента расположена на окружности 9.

Датчик давления работает следующим образом.

При воздействии на мембранудавления в ней возникают радиальные и тангенциальные напряжения, которые приводят к появлению на планарной стороне мембраны радиальных и тангенциальных деформаций (см. фиг. 2). Так как окружные тензорезисторы выполнены в виде тензоэлементов, местоположение и параметры которых выбраны исходя из представленных соотношений, тензоэлемент (см. фиг. 2. узел I) подвергается воздействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных вдоль длины резистора, и сжимающих деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора В результате возVJ

О

о о

00

действия таких деформаций сопротивление тензорезистора увеличивается. Вследствие аналогичных причин тензоэлемент радиального тензорезистора (см. фиг. 2 узел II) подвергается воздействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора, и сжимающих радиальных деформаций, направленных вдоль длины резистора, В результате воздействия таких деформаций сопротивление тензоэлемента радиального тензорезистора уменьшается. В связи с тем, что окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных тензоэлементов, то, во-первых, изменение сопротивления окружных и радиальных тензорезисторов равно сумме изменений сопротивлений соответствующих тензоэлементов, а во-вторых, изменения сопротивлений соответствующих тензоэлементов равны между собой.

Увеличение сопротивлений противоположно включенных окружных резисторов и уменьшение противоположно включенных радиальных резисторов преобразуются мостовой схемой в электрический сигнал, который поступает на выходные контакты датчика. При воздействии нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара) вследствие различных термических сопротивлений сравнительно тонкой мембраны и массивного спорного основания на мембране возникает неравномерное поле температур. В связи с тем, что параметры тензоэлемеитоа радиальных и окружных тензорезисторов одинаковы,а все тензоэлементы с наружной стороны ограничены границей раздела мембраны и опорного основания, а с внутренней стороны - окружностью, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основания, то, несмотря на нестационарный характер изменения температуры на плапарной стороне мембраны, среднеинтег- ральная температура трапеций окружных и радиальных тензорезистсров,изменяясь со временем, одинакова в каждый конкретный момент времени. Одинаковая температура радиальных м окружных тензорезьсторов в каждый конкретный момент времени вызывает одинаковые изменения сопротивлений тензорезисторов, которые вследствие включения

тензорезисторов в мостовую схему взаимно компенсируются.

Преимуществом датчика давления является повышение точности в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды за счет полной идентичности температуры и ее изменения при температуре в зоне размещения и радиальных и окружных тензорезисторов. Другим пре0 имуществом конструкции является увеличение термостойкости за счет идентичности и минимизации термических сопротивлений зон размещения радиальных и окружных тензорезисторов, а также их отдельных зле5 ментов. Причем повышение термостойкости достигнуто при тех же конструктивных материалах.

Преимуществом конструкции является также повышение чувствительности за счет

0 размещения радиальных и окружных тензорезисторов в зоне максимального изменения радиальных деформаций, а также за счет суммирования воздействия радиальных и тангенциальных деформаций.

5Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, мембрану радиуса п с утолщенным периферийным основанием и закрепленные на пла- нарной стороне мембраны м соединенные

0 низкоомными перемычками в мостовую схему окружные и радиальные тензорезисторы, выполненные в виде тензоэлементов, соединенных последовательно другими низкоом- чыми перемычками, причем каждый

5 тензоэлемент ограничен с одной стороны внешней дугой, расположенной на радиусе г, мембраны и с другой стороны внутренней дугой, расположенной не радиусе гг. который определен из соотношения гг 0,8г, при этом

0 боковые стороны каждого тензоэлемента выполнены прямыми, соединяющими концы внешней дуги с соответствующими концами внутренней дуги, отличающий-ся тем, что, с целью повышения точности в условиях

5 действия термоудара, увеличения термостой- костм и чувствительности, в нем расстояние U между концами внутренней дуги тензоэлемента выбрано из соотношения

Г1 ( п - г; ) ln п/пг

,-.

0

П + Г2

Г2

U П

где - расстояние между концами внешней дуги тензоэлемента.

BY pч

-10

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений в условиях нестационарных температур и термоудара. С целью повышения точности в условиях термоудара, увеличения нагревостойкости и повышения чувствительности в тензорезисторном датчике давления, содержащем корпус, упругий элемент в виде круглой жестко защемленной мембраны, на которой расположены тензорезисторы, размещенные по дуге окружности и по радиусу мембраны и выполненные в виде идентичных тензоэлементов, равномерно размещенных по периферии мембраны, местоположение и параметры тензоэлементов выбираются из представленных соотношений, при этом радиальные и окружные тензорезисторы расположены в зонах, где температура и ее изменение полностью идентичны, а деформации максимальны. 2 ил.