Датчик разности давлений Советский патент 1992 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам разности давлений, и может быть использовано для измерения статических и динамических давлений жидких и газообразных сред.

Известен емкостный датчик давления, содержащий две плоские мембраны с краевыми втулками, обращенными одна к другой торцами, между которыми расположен металлический неподвижный диск, который зажат в корпусе с помощью двух шайб из электроизрляционного материала.

Недостатком известной конструкции является низкая точность измерения, обусловленная тем, что расстояние между электродами двух емкостей задается двумя шайбами и от воздействия температуры неравномерно изменяется расстояние между электродами, что влечет ложные изменения выходного сигнала. Кроме того, отсутствие опорных емкостей, находящихся в тех же эксплуатационных условиях, что и измерительные емкости, не позволяет обеспечивать высокую точность измерения разности давлений в широком температурном диапазоне.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения температурной погрешности.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик разности давлений, содержащий

VI о VJ со XI сл

две идентичные плоские мембраны и неподвижный диск, установленный с зазором от- носительно мембран, введено цилиндрическое основание, в котором выполнены подводящие каналы, мембраны выполнены в одной плоскости торцевой поверхности цилиндрического основания, при этом на мембранах через диэлектрический слой сформированы измерительные круговые электроды, а на недеформируемой час- ти основания размещены два введенных опорных круговых электро да, при этом на диске в зеркально симметричном отображении через диэлектрический слой сформиро- ваны четыре круговых неподвижных электрода.

На фиг.1 схематично изображен датчик разности давлений; на фиг.2 и 3 - сечения А-А и Б-Б на фиг.1 (топология размещения электродов).

Датчик давления включает вакуумиро- ванный корпус 1, цилиндрическое основание 2, в котором выполнены полость 3, ограниченная первой измерительной мембраной 4, и полость 5, ограниченная второй измерительной мембраной 6. Полость 3 имеет доступ к измеряемой среде от магистрали. Полость 5 соединена каналом 7 и изолирована от полости 3 пластиной 8. Напротив мембран 4 и 6 установлен диск 9 с зазором, величина которого задается толщиной кольца 10. На планарной стороне основания 2 (на мембранах 4 и 6) через диэлектрический слой сформированы круговые электроды 11 и 12 измерительных конденсаторов емкостью Cxi, CX2. а на недеформируемой части основания 2 - круговые электроды 13 и 14 опорных конденсаторов емкостью Coi, Со2- На диске 9 в зеркальном отображении через другой диэлектрический слой сформированы также по форме электроды 15, как и на основании 2. Для соедине- ния датчика с магистралью к цилиндрическому основанию 2 приварен штуцер 16.

Датчик разработан с использованием планарно-пленочной технологии формирования на мембране структур металл-диэлектрик-металл (электрод) и содержит в одной конструкции два измерительных ка- нала для фиксирования давлений PI и Ра с последующей регистрацией разности давлений Рраз.

Датчик работает следующим образом.

Давление Pi подается через штуцер 16 в полость 3, При этом мембрана 4 прогибается на величину, пропорциональную абсолютному значению PL Величина измерительной емкости изменится на величину АС(1, пропорциональную PL Значение Cxi регистрируется преобразователем в виде выходного напряжения Uix , пропорционального отношению Coi/Cxi .

Ulx Uo(),

0)

где Ki - коэффициент преобразующей электронной аппаратуры;

Do - начальный опорный сигнал.

Давление Р2 подается через канал 7 в полость 5. Мембрана 6 прогибается на величину, пропорциональную давлению PZ. Величина измерительной емкости СХ2. связанная с мембраной 6, изменится на величину АС(2 . пропорциональную Р2.

Значение Сх2 регистрируется вторым каналом преобразователя в виде второго напряжения U2Xl пропорционального отношению Coi/Cxi:

U2x Uo(K2-Ј%

W9

(2)

где К2 - коэффициент преобразующей электронной аппаратуры.

В электронном преобразователе осуществляется периодическое уравновешивание зарядов на конденсаторах С0-|, Cxi, €02, Сх2, преобразует их в напряжение Uix и U2X и в вычитающем устройстве формирует напряжение 11вых, пропорциональное разности (Uix-U2x):

Uix - U2x Кз (Ki ) (К2 ) N Р1 - Р2 Рраз ,

(3)

где Кз, К4, N - масштабные коэффициенты блоков электронного преобразователя.

Таким образом, на выходе датчика получают выходной сигнал, пропорциональный разности давлений.

Предлагаемый датчик отличается от известного повышенной в 2-3 раза точностью измерения.

Формула изобретения

Датчик разности давлений, содержащий две идентичные плоские мембраны и неподвижный диск, установленный с зазором относительно мембран,о тличающи- й с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения температурной погрешности, в него введено цилиндрическое основание, в котором выполнены подводящие каналы, мембраны выполнены в одной ппб скости торцевой г оверхТТостТГцилиндриче- ского основания, при этом на мембранах через диэлектрический слой сформированы- измерительные круговые электроды, а на

недеформируемой части основания размещены два введенных опорных круговых электрода, при этом на диске в зеркально

симметричном отображении через диэлектрический слой сформированы четыре круговых неподвижных электрода.

Использование: для измерения статических и динамических давлений жидких и га- зообразных сред. Цель - повышение точности измерения за счет уменьшения температурной погрешности. Сущность изобретения: датчик содержит вакуумиро- ванный корпус 1, цилиндрическое основание 2, в котором выполнены полость 3, ограниченная первой измерительной мембраной 4, и полость 5, ограниченная второй измерительной мембраной 6. Полость 3 имеет доступ к давлению Pi. Полость 5 имеет доступ к давлению Р2 через канал 7 и изолирована от давления Pi пластиной 8. Напротив мембран 4 и 6 установлен неподвижный диск 9 с зазором. На планарной стороне основания 2 (на мембранах 4 и 6) через диэлектрический слой сформированы круговые электроды 11 и 12 измерительных конденсаторов емкостью Cxi и СХ2. а на недеформируемой части основания 2 - круговые электроды 13 и 14 опорных конденсаторов емкостью Coi, C02- На диске 9 в зеркальном отображении через другой диэлектрический слой сформированы электроды. Для соединения датчика с магистралью к цилиндрическому основанию 2 приварен штуцер 16. Предлагаемый счетчик имеет повышенную в 2-3 раза точность измерения. 1 ил. сл с

Ч2

: УЧУУУ ХХЧУ

ХХЧУ

/5