Датчик давления и способ его изготовления Советский патент 1993 года по МПК G01L9/08 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения давления, например, на лопатках турбин, где требуются минимальные габариты и невозможно применение ввертных датчиков.

Известен пьезорезистор для измерения напряженного состояния внутри массива модели горных выработок, содержащий заключенные в упругую оболочку две металлические пластины -электроды с размещенными между ними чувствительным элементом, и две тяги, соединенные со стержнем. Стержень каждой тяги прикреплен к центру соответствующей пластины.

Однако такой пьезорезистор обладает повышенным вйброэквйвалёнтом ввиду того, что над чувствительным элементом расположены тяги из диска и стержня, и большими габаритами.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является ньезоэлект- рйческий преобразователь, который содержит плату с приклеенным к ней пьезоэлектрическим слоем, имеющим с двух сторон электроды. Плата изготавливается нз неметаллического материала. На плате формируются проводящие дорожки, одна из ко: торых контактирует с электродом пьёзоэлемента, обращенным к плате непосредственно, а другая контактирует с противоположным электродом через сквозное отверстие в пьезоэлектрическом слое. Краевая область платы зажимается между двумя регулировочными элементами, которые удерживаются между частями корпуса.

Недостатками этого преобразователя являются большие габариты и негерметичность чувствительного элемента,

Цель изобретения - повышение надежности.

Датчик давления, содержащий пьезоэ- лемент с установленными по обе его стороны электродами, один из которых закреплен на основании, выполненном в виде основного слоя из эластичного неметаллического материала, и первые и вторые присоединительные проводники, снабжен защитным и дополнительным эластичными неметаллическими слоями, при этом первые присоеди- нительные проводники установлены в зоне крепления электрода к основанию с противоположной его стороны и соединены с электрбдом через металлизированные отверстия, выполненные в основании, а вторые присоединительные проводники размещены вне зоны крепления электрода, установлены на основании со стороны пьёзоэлемента и соединены с первыми проводниками через металлизированные отверстия.

выполненные в основании, причем дополнительный слой нанесен на основание со стороны первых проводников, а защитный слой размещен непосредственно на другом

электроде и закреплен на основании.

Кроме того, согласно изобретению в способе изготовления датчика давления, заключающимся в установке пьёзоэлемента между двумя эластичными слоями и обработкё одного из слоев, перед установкой пьёзоэлемента на один из эластичных слоев на последний со стороны, противоположной от пьёзоэлемента, наносят дополнительный слой, который прижимают к

пластине, предварительно подвергнутой абразивной обработке при температуре и давлении отверждения дополнительного слоя. Такое расположение присоединительных проводников и нанесение дополнительного

эластичного слоя на основание со стороны первых присоединительных проводников повышает надежность герметизации при работе датчика в условиях высоких уровней давления и температуры рабочей среды, т.к.

при этом исключается наличие присоединительных проводников в зоне соединения защитного слоя и основания.

Кроме того, нанесение дополнительного эластичного слоя, исключает образование

микротрещин на поверхности эластичного слоя без уменьшения адгезии при приклеивании к объекту.

На фиг. 1 и 2 изображен датчик давления в двух проекциях; на фиг. 3 - разрез В-В

на фиг. 2; на фиг, 4- разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 1.

Датчик содержит пьезоэлемент 1 с электродами 2, выведенными на торцевую поверхность пьёзоэлемента, обращенную к

эластичному слою 3, являющемуся основанием, защитный слой 4, первые присоединительные проводники 5 и 6, вторые присоединительные проводники 7, дополнительный эластичный слой 8.

Присоединительные проводники 5, б и7 наносятся на основание известным способом, например, вакуумным напылением. Структура напыленных проводников хром- медь-олово-висмут. Присоединительные

проводники 7 электрически связаны с присоединительными проводниками 5, 6 и элек- тродами 2 через металлизированные переходные отверстия диаметром 50-70

м км (на фиг. 4 и 5 показаны знаком +).

Присоединительные проводники 7 остаются открытыми, т.к. защитный слой 4 их не перекрывает.

Дополнительный слой 8 наносится на основание до приклеивания пьёзоэлемента 1 и для получения монолитного соединения

выдерживается под давлением и при температуре, необходимых для отвержденйя дан- ногэ материала. При этом основание с допэлнительным эластичным слоем прижимается к пластине, не имеющей к нему ад- гезчи (например, из фторопласта) и подвергнутой абразивной обработке. При отворждении эластичного слоя происходит его щавливание в рельеф пластины. Рельеф отпечатывается на поверхности дополни- тел ного эластичного слоя. В результате повышается прочность приклеивания к объккту и повышается герметичность, так как исключается нарушение целостности основания.

Экспериментально установлено, что наибольшая клеевая прочность на отрыв до- сти ается при глубине абразивной обработки пластины, равной 3,5 - 7 мкм,

При

меньшей глубине обработки клеевая

прочность снижается, так как в этом случае полученная поверхность дополнительного

эластичного слоя близка к поверхности необработанной полиимидной пленки.

При большем значении глубины абразивной обработки также происходит снижение клеевой прочности за счет неравномерности клеевого шва по толщине.

Давление через защитный слой 4 воздействует на пьезоэлемент 1, в результате чего на его электродах 2 возникает электри0 ческий заряд, который через первые б, 5 и вторые 7 присоединительные проводники поступает на регистрирующую аппаратуру, Регистрирующая аппаратура подключается ко вторым прйсоедини тёльным проводни5 кам 7 с помощью дополнительных проводников, длина которых выбирается для конкретного объекта. Провода присоединяются с помощью пайки или сварки. Место присоединения герметизируется влагостой0 ким клеем.

Использование изобретения повышает надежность без увеличения габаритов и виброэквивалента.

ния ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ОТОВДЕНИЯ Использование: для измерения дэвленапример на лопатках турбин, где требуются минимальные габариты. Сущность изо5ретения: датчик содержит пьезоэле- менг 1 с электродами 2, эластичный слой 3, являющийся основанием, защитный слой 4, пер «ые присоединительные проводники 5, 6, вторые присоединительные проводники 7, дополнительный эластичный слой 8. Присоединительные проводники 7 электрически связаны с присоединительными проводниками 5,6 и электродами 2 через металлизированные переходные отверстия. Присоединительные проводники 7 остаются открытыми. Дополнительный слой 8 наносится на основание до приклеивания пьезоэлемента 1 и для получения монолитного соединения выдерживается под давлением и при температуре, необходимых для отверждения данного материала. При этом основание с дополнительным эластичным слоем прижимается к пластине, не имеющей к нему адгезии (например, из фторопласта) и подвергнутой абразивной обработке. При отверждении эластичного слоя происходит его вдавлйёа йие в рельеф пластины. Рельеф отпечатывается на поверхности дополнительного эластичного слоя, что повышает прочность приклеивания к объекту, т.е. повышается надежность. 2 с.п, ф-лы, 5 ил. U

- -..-. -.- . ,;.. ;-; . . .

Формула изобретения 1. Датчик давления, содержащий пьезо- с установленными по обе его стороны электродами, один из которых закреплен на основании, выполненном в виде основного слоя из эластичного неметалл/неского материала и первые и вторые присоединительные проводники, отл и ч а- ю Щ И и с я тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен защитным и дополнительным эластичными неметаллическими слоями, при этом первые присоединительные проводники установлены в зоне крепления электрода к основанию с противоположной его стороны и соединены С Электродом через металлизированные отверстия, выполненные в основании, а вторые присоединительные проводники размещены вне зоны крепления электрода, установлены на основании со стороны пье- зоэл мента и соединены с первыми проводниками через металлизированные отверстия, выполненные в основании, причем дополнительный слой нанесен на основание со стороны первых проводников, а защитный слой размещен непосредственно на другом электроде и закреплен на основании.

yxvsi

&ji Г / IL

S Фиг.З

г

Фиг. 4

5-В

Фиг. 5

J