Датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к датчикам, измеряющим давление в различных системах самолетов. К авиационным штатным (влияющим на безопасность полета) бортовым приборам предъявляются требования сохранения заданных метрологических характеристик и надежности в течение длительного (20000-30000 ч) эксплуатационного ресурса в условиях действия значительных уровней виброперегрузок, высокой и низкой температуры, а также термоударов.

Одним из путей решения этой проблемы является создание конструкции датчика с использованием монолитного механоэ- лектрического преобразователя, например, интегрального тензорезисторного, не содержащего трущихся подвижных элементов. Известен датчик давления типа ВТ-220, предназначенный для разового применения и изготавливаемый отечественной промышленностью. Он содержит корпус со штуцером, мембрану и тензомодуль. Тензо- модуль представляет собой плоский диск, в котором выполнена бесконсольная упругая

XJ VJ 00

ся о

О

балка с втулкой в центре. На полированную плоскость тензобалки способом тонкопленочной технологии нанесены четыре тензо- резистора. Тензомодуль соединен с корпусом, а центральная втулка балки соединена со штоком с помощью резьбовых соединений.

Известна конструкция датчика давления с тензорезистивным преобразователем,в котором тензомодуль выполнен в виде чаши с толстыми стенками, через которые пропущены винты крепления гензомо- дуля к корпусу. Центральна втулка тензобалки присоединяется к штоку также с помощью резьбы,

Недостатком этой конструкции является то, что при длительном воздействии вибрации и многократных воздействий температур от минус 60°С до + 150°С в резьбовых соединениях происходит релаксация напряжений, приводящая к микролюфтам и появлению значительных дополнительных погрешностей датчиков в процессе эксплуатации.

Целью изобретения является повышение точности и стабильности датчика давления.

Сущность изобретения заключается в том, что тензомодуль своей верхней частью приварен к основанию, а для исключения влияния остаточных напряжений от сварки и термомеханических напряжений, возникающих в корпусе, тензомодуль выполнен в виде ступенчатой чаши высотой более одной четверти ее диаметра, первая ступень выполнена на половине высоты чаши и образует тонкостенный цилиндрический участок, на котором по краю выполнена наружная отбортовка, а упругая балка выполнена в дне чаши оси ее симметрии, при этом толщина стенки цилиндрического участка в 7-10 раз меньше расстояния от конца балки до внешней цилиндрической поверхности чаши, причем чаша расположена с радиальным зазором внутри полости, выполненной в основании,

На фиг. 1 приведена конструкция датчика.

К корпусу 1 приварено основание 2. Мембрана 3 приварена по наружному контуру к отбортовке основания 2. К жесткому центру мембраны приварен шток, верхняя чаоть основания 2 приварена к наружной отбортовке тензомодуля 5. На нижней плоскости упругой балки, выполненной в дне тензомодуля 5, методом вакуумного напыления нанесены четыре металлопленочных тензорезистора, соединенные в мостовую схему (на чертеже не показано). В плоскости части тензомодуля выполнена выточка с

бортом, в которой установлена колодочка 6 с жесткими токопроводами 7, изолированными стеклянными втулками 8. Колодочка приварена точечной лазерной сваркой. Нижние торцы токопроводов 7 с помощью микропроводов 9 термокомпрессионной сваркой присоединены к контактным площадкам планарной тензоструктуры тензо- моста. Для предохранения мембраны 3 от

0 перегрузочных давлений в основании 2 установлен регулируемый предохранительный упор 10. Датчик закрыт кожухом 11, который в нижней части приварен герметично к корпусу 1, а в верхней части - к корпусу

5 герметичной электрической вилки 12, Внутренняя полость датчика вакуумирована.

На фиг. 2 приведена конструкция тензомодуля с упругой бесконсольной балкой. Тонкостенная цилиндрическая часть

0 тензомодуля 5 выбранной высоты является компенсатором термомеханических и остаточных напряжений, возникающих в сварном шве и околошовной зоне, т.к. момент сопротивления тонких стенок при их изгибе

5 гораздо меньше, чем момент сопротивления кольца жесткости, образованного в дне тензомодуля. При этом термомеханические и остаточные напряжения не передаются на измерительный элемент-балку и не ухудша0 ют метрологические характеристики датчи- - ка.

Работа датчика заключается в следующем.

Измеряемое давление поступает в шту5 цер корпуса 1 и воздействует на мембрану 3. Мембрана деформируется и с помощью штока 4 прогибает упругую балку тензомодуля 5. При этом происходит деформация тензорезисторов, расположенных на ниж0 ней плоскости балки, изменение их сопротивлений и разбалансировка мостовой схемы. При питании мостовой схемы электрическим током изменение выходного сигнала пропорционально изменению

5 давления и регистрируется вторичной аппаратурой.

Формула изобретения Датчик давления, содержащий корпус со штуцером,установленное в корпусе осно0 вание с прикрепленным к нему тензомоду- лем с упругой балкой с тензорезисторами и мембрану, связанную с центром упругой балки с помощью штока, пропущенного через отверстие основания, отличающий5 с я тем, что, с целью повышения точности и стабильности, в нем тензомодуль выполнен в виде ступенчатой чаши высотой более одной четверти ее диаметра, первая ступень выполнена на половине высоты чаши и образует тонкостенный цилиндрический участок, на котором по краю выполнена наружная отбортовка, а упругая балка выполнена в дне чаши вдоль оси ее симметрии, при этом толщина стенки цилиндрического учабалки до внешней цилиндрической пов ности чаши, причем чаша расположе радиальным зазором внутри полости, вы ненной в основании, и прикреплена к

стка в 7-10 раз меньше расстояния от конца 5 своей отбортовкой при помощи сварки.

12

балки до внешней цилиндрической поверхности чаши, причем чаша расположена с радиальным зазором внутри полости, выполненной в основании, и прикреплена к нему

tusajoL.

Тгнэормиеторы

Использование: при измерении давления различных сред с повышенной точностью. Цель: повышение точности и стабильности тензометрического датчика давления. Сущность изобретения: введение тензомодуля, выполненного в виде ступенчатой чаши с соотношением размеров, исключающих влияние остаточных напряжений от сварки и термоупругих напряжений корпуса. К корпусу, имеющему штуцер для подвода давления, приварено основание, к нижней части которого по контуру приварена мембрана со штоком. К верхней части основания приварена отбортовка тонкостенного цилиндра чашеобразного тензомодуля. На нижней плоскости тензобалки, выполненной в дне тензомодуля метода вакуумного напыления, нанесены четыре металлопленочных тензорезистора, соединенные в мостовую схему. Верхний конец штока приварен к центральной части тензобалки. В выточке плоской части тензомодуля над тензобалкой установлена колодочка с жесткими токоподводами, изолированными стеклянными втулками. Нижние торцы токоподводов с помощью микропроводов соединены с контактными площадками пла- нарной структуры тензомоста. Для предохранения мембраны от перегрузочных давлений предусмотрен упор. Положительный эффект: повышение точности и стабильности тензометрического датчика давления, работающего в условиях действия вибрации и знакопеременных температур. 2 ил. Ё