Тензорезисторный датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения с высокой точностью избыточных давлений.

Известен тензорезисторный датчик силы, содержащий пластинку, выполненную за одно целое с расположенными по обе стороны от нее столбиками, размещенными по концентрическим окружностям и соединенными с подрезисторными кольцами, на которых навиты тензорезисторы, причем в месте соединения столбиков и подрези- сторных колец выполнены выборки материала.

Недостатками такой конструкции является сложность, низкая технологичность, невозможность использования для измерения давления,

Известен датчик давления, содержащий теплопроводный корпус, жестко скрепленные с ним подводящие трубопроводы и чувствительный элемент, один конец которого жестко соединен с подводящим трубопроводом, а другой соединен с трубопроводом с помощью сильфона. При этом трубчатый

чувствительный элемент выполнен с тонкостенным рабочим и толстостенным компенсационным участками.

К недостаткам такой конструкции следует отнести сложность, многодетальность, низкий выходной сигнал и необходимость специальных средств термокомпенсации, связанные с невозможностью реализации измерительной мостовой схемы с четырьмя активными тензорезисторами, а также низкую точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Цель достигается тем, что трубчатый чувствительный элемент с утоненной центральной частью снабжен двумя кольцевыми элементами, размещенными коаксиально с трубчатым чувствительным элементом и расположенными с двух сторон от центра утоненной части, причем один из идентичных торцов каждого из элементов связан кольцевыми перемычками с утоненной частью трубчатого чувствительного элемента, а тензорезисторы установлены на внешней поверхности кольцевых элементов, при

Ј

VI Х|

00 СЛ VI О

этом внутренние поверхности кольцевых элементов выполнены коническими и ориентированы в одну сторону.

Конструкция датчика представлена на чертеже.

Упругий элемент1 датчика, будучи цельным, включает в себя следующие условно- составные части: корпусную часть 1 с подводящим и отводящим штуцерами, центральную трубчатую часть 2 с кольцевыми перемычками 3 и 4, соединяющими центральную часть 2 с кольцевыми элементами 5 и б, на внешних цилиндрических поверхностях которых размещены тензорезисто- ры 7-10. От внешней среды рабочая зона тензорезисторов защищена корпусом 11 и крышкой 12 и герметизируется уплотнениями 13.

Поскольку напряженно-деформированное состояние упругого элемента осесим- метричное, для анализа работы датчика можно рассмотреть плоскую задачу в меридиональном сечении, представленном на чертеже. При подаче давления Р во внутреннюю полость упругого элемента на центральную часть 2 будет действовать сила F2. вызывающая деформацию центральной части со смещением стенки в радиальном направлении, что обеспечивает поворот кольцевых перемычек в противоположных направлениях, показанных на чертеже. Под действием этого силового фактора меридиональное сечение кольцевых перемычек и кольцевых элементов повернется на угол р относительно точки 0. При этом радиальные перемещения в зоне размещения тензорезисторов определяется следующим образом:

U) y)-X,, где 7. 8. 9. 10,

а тангенциальная составляющая в этой зоне будет равна

Јj Uj/Rj.

где Xj. RJ - соответственно абсцисса и ордината (радиус размещения) j-ro тензорези- стора.

Поскольку поворот кольцевых элементов происходит в противоположных направлениях, тензорезисторы 7 и 8 испытывают приращение деформации растяжения, а тензорезисторы 9 и 10 - сжатия. Это позволяет реализовать измерительную мостовую схему с четырьмя активными тензорезисто- рами и обеспечить высокий коэффициент передачи датчика (мВ/В), определяемый зависимостью

К 2505 Icjl ,

где S - коэффициент тензочувствительности материала тензорезисторов.

Формула изобретения

Тензорезисторный датчик давления, содержащий крышку, корпус с подводящим и отводящим штуцерами, размещенными на одной оси, между которыми соосно с ними

установлен трубчатый чувствительный элемент с тензорезисторами, при этом центральная часть трубчатого чувствительного элемента выполнена утоненной, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности измерения, он снабжен двумя кольцевыми элементами, размещенными коаксиально с трубчатым чувствительным элементом и расположенными с двух сторон от центра утоненной части, причем один из

идентичных торцов каждого из элементов связан кольцевыми перемычками с утоненной частью трубчатого чувствительного элемента, а тензорезисторы установлены на внешней поверхности кольцевых элементов, при этом внутренние поверхности кольцевых элементов выполнены коническими и ориентированы в одну сторону.

X

/ у х I х / / / / / /

/2

Л

у j z

/ / / /

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточных давлений с высокой точностью, Сущность изобретения заключается в том, что упругий элемент датчика выполнен трубчатым и включает корпусную часть и центральную в виде тонкой цилиндрической оболочки, сопряженную двумя кольцевыми коническими перемычками сонаправленной конусности с кольцевыми элементами с размещенными на них тензорезисторами. 1 ил.

Iff

MM

MM

Mil

Ю