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

где Сх- емкость измерительного конденсатора.

Для датчиков, мембрана которых имеет жесткий центр, эта функция линейна относительно прогиба, однако эти датчики имеют неудовлетворительную абсолютную чувствительность , малую начальную емкость и, как следствие, невысокую помехозащищенность, так как величина измерительной емкости Сх ограничивается площадью жесткого центра, а при увеличении радиуса жесткого центра уменьшается чувствительность мембраны.

Датчики с плоской мембраной имеют удовлетворительные чувствительность и помехозащищенность, но функция преобразования у них нелинейна.

Наиболее близким к предлагаемому является емкостный датчик давления, содержащий закрепленную по периферии мембрану и скрепленную с ней в центре плоскую пластину, образующие измерительный конденсатор. Этот датчик имеет высокую чувствительность и хорошую помехозащищенность.

Существенным недостатком этого датчика является нелинейность характеристики, обусловленная тем, что подвижный электрод располагается над деформируемым участком мембраны и имеет плоскую поверхность.

30

(i-p2)2

(2)

где у - координата по оси симметрии; do - прогиб центра пластины; , г- расстояние от оси вращения, R - радиус мембраны.

Нафиг.1 изображена конструкция емкостного датчика давления; на фиг.2 - схема, поясняющая расчет емкости измерительного конденсатора; на фиг.З - приведен график зависимости отношения начальных

емкостей измерительного конденсатора предлагаемого датчика Сн и прототипа Сн от относительного значения меньшего радиуса, ограничивающего электрод, при

.

Датчик содержит плоскую мембрану 1,

изготовленную за одно целое с корпусом 2, с расположенным на ней электродом 3 измерительного конденсатора, пластину 4,соединенную с мембраной по центру,

например, точечной сваркой 5 и имеющую спрофилированную по закону (2) поверхность б, на которой расположен второй электрод 7 измерительного конденсатора, кольцевую пластину 8, скрепленную с корпусом, например, точечной сваркой 9 в нескольких точках, с размещенным на ней электродом 10 опорного конденсатора, второй электрод 11 которого расположен на недеформируемой торцовой части корпуса.

Емкостный датчик давления работает следующим образом. При действии давления мембрана 1 прогибается и перемещает скрепленную с ней пластину 4. При этом емкость кольцевого элемента измерительного конденсатора будет составлять

d Cx

2 jrrdr Ј0

d0(i +A)1 -(1 V)

где Јо - диэлектрическая проницаемость воздуха;

А -- - глубина модуляции зазора;

do

(L, - прогиб центра мембраны. Интегрируя это выражение в пределах от п до Г2, получаем

Сх

-ХН

1 +

где Сх

R2Ј°

2do П

- начальное

значение емкости измерительного конденсатора.

При функция преобразования (1)

(C0/Cx)K(1-A)

линейна относительно А.

Использование данного изобретения позволяет увеличить точность измерения за счет уменьшения погрешности нелинейности.

Формула изобретения

Емкостный датчик давления, содержащий изготовленную за одно целое с корпусом мембрану и скрепленную с ней в центре пластину, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности нелинейности, он снабжен опорным конденсатором, один электрод которого расположен на недеформируемой торцовой части корпуса, а другой - на введенной плате, скрепленной с корпусом, при этом пластина выполнена вогнутой и ее поверхность, обращенная к мембране, выполнена в виде поверхности

вращения образующая которой определена в соответствии с соотношением

(1-p2)2,

где у - координата по оси симметрии; do - прогиб центра пластины;

30

P--Rг - расстояние от оси вращения; R - радиус мембраны.

1

фиг. 2

i (lii-

- t, -, Г -V 1 V - .

- i0,1

-irt- y, Ј f

. J % гн

Сн

0,2

0,3

Фиг.З