Емкостный датчик давления Советский патент 1993 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления, предназначенным для использования в различных областях науки, техники и народного хозяйства.

Целью изобретения является создание возможности измерения избыточного давления и разности давлений.

На фиг. 1, 2 изображен емкостный датчик давления; на фиг. 3 - структурная схема нормирующего устройства по формированию выходного сигнала.

Емкостной датчик давления содержит мембрану 1 с жестким центром 2 и опорным основанием 3, закрепленный с зазором относительно мембраны диск 4, дополнительную мембрану 5, закрепленную с зазором на расположенном заподлицо с внешней поверхностью диска торце втулки 6, закрепленной на опорном основании, два емкостных преобразователя, каждый из которых выполнен в виде двух противолежащих электродов. Электроды 7,8 первого емкостного преобразователя расположены на мембране и внутренней поверхности диска. Электроды 9,10 второго емкостного преобразователя расположёны на внешней поверхности диска и внутренней поверхности дополнительной мембраны, которая выполнена с жестким центром 11 и опорным осйо00 К)

Ј

ванием 12, герметично соединенным по периферии с кольцевым гибким элементом 13, скрепленным с гермоколодкой 14, герметично соединенной противолежащим торцом с опорным основанием мембраны. Электроды второго емкостного преобразователя выполнены в виде двух пар противолежащих электродов. Нафиг. 2 показаны вариант выполнения электродов 15 и 16, размещенных на дополнительной мембране 5. Ответные электроды размещены на диске 4. В соответствий с п. 4 формулы, одна из пар электродов второго емкостного преобразователя выполнена в виде противолежащих колец 16, расположенных концентрично круглым электродам 15 другой пары. Выводные проводники 17 (показаны условно), соединяющие электроды с контактами гермоколодки, проходят через пары 18,.выполненные во втулке 6.

Емкостный датчик работает следующим образом. Под воздействием измеряемого давления основная мембрана 1, а следовательно, и ее жесткий центр 2 с одним из электродов 7 первого емкостного преобразователя перемещается в сторону другого электрода 8 этого преобразователя. Вследствие этого (емкость первого емкостного преобразователя изменяется. При изменении температуры вследствие разности ТКЛР втулки б и мембраны 1 с диском 4, дополнительная мембрана 5 перемещается относительно диска 4. В результате этого емкость второго емкостного преобразователя изменяется 8 зависимости от температуры. В случае воздействия на дополнительную мембрану 5 атмосферного давления (в случае измерения избыточного давления) или второго измеряемого давления (в случае измерения разности давлений) дополнительная мембрана 5, а следовательно, и ее жесткий центр 11с вторым электродом 10 (или электродами 15, 16) второго емкостного преобразователя изменяет свое положение относительно первого электрода 9 второго емкостного преобразователя. В результате этого емкость второго емкостного преобразователя однозначно связана с величиной атмосферного давления (в случае измерения избыточного давления) или с величиной второго измеряемого давления (в случае измерения разности давлений). Значения емкостей первого и второго емкостных преобразователей подаются на нормирующее устройство (см. фиг. 3) которое формирует выходной сигнал, зависящий от разности давлений, воздействующих на основную и дополнительную мембрану с учетом температуры. Выполнение дополнительной мембраны 5с

опорным основанием 12, герметично соединены по периферии через гибкий элемент 13 с гермоколодкой 14, герметично соединенной противолежащим торцом сонорным основанием 3 мембраны 1, позволяет обеспечить модуляцию емкости второго емкостного преобразователя атмосферным давлением или вторым измеряемым давлением, причем герметичное соединение элементов конструкции исключает вредное воздействие окружающей среды или второго измеряемого давления на межэлектродные зазоры преобразователей. Применение гибкого элемента 13 с малой жесткостью

позволяет устранить влияние элементов конструкции на величину емкости второго емкостного преобразователя, т.к., ели связь опорного основания с гермоколодкой была бы жесткой, то деформация колодки и других элементов (механические, температурные) искажали бы значения емкости второго ёмкостного преобразователя, а следовательно, искажали величину измеряемого из: быточного давления или разности

давлений. Выполнение жесткого центра 11 на дополнительной мембране 5 в области размещения электродов обеспечивает плр- скопараллельное перемещение электрода 10(или электродов 15 и 16, размещенных на

дополнительной мембране), а, следовательно, обеспечивает более точное измерение избыточного давления или разности давлений . Выполнение электродов второго емкостного преобразователя в виде двух

гальванически изолированных пар электродов одинаковой емкости обеспечивает ли- нейную зависимость выходного сигнала нормирующего устройства от разности измеряемых давлений. Выполнение одной из

пар электродов второго емкостного преобразователя в виде противолежащих колец, расположенных концентрично круглым электродам другой пары, устраняет неидентичность характера изменения емкостей

этих электродов вследствие возможных неточностей изготовления, приводящих к непараллельности электродов.

Технико-экономическим преимуществом заявляемого решения является возможность измерения избыточного давления или разности давлений за счет модуляции величины межэлектродного зазора второго емкостного преобразователя атмосферным давлением или вторым измеряемым давлением.

Кроме того, преимуществом заявляемой конструкции является также то, что измерение избыточного давления и разности давлений достигается без применения различных штоковых систем, вносящих дополнительные погрешности, особенно при воздействии температуры. Преимуществом заявляемой конструкции является также то, что измерение избыточного давления и разности давлений может осуществляться с ми- нимальнойдоработкой существующих нормирующих устройств.

Кроме того, преимуществом заявляемой конструкций является то, что измерение избыточного давления или разности давлений проводится с одновременным учетом температуры.

Формула изобретения 1. Емкостный датчик давления, содержащий первую мембрану с жестким цент- ром и опорным основанием, закрепленный с зазором относительно мембраны диск, первый емкостный преобразователь, выполненный в виде двух противолежащих электродов, расположенных соответствен- но на мембране и на внутренней поверхности диска, и гермовводы, отличающий - с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения избыточного давления и разности давлений, он снабжен дополни- тельной мембраной с опорным основанием, кольцевым гибким элементом, корпусным кольцом, втулкой и вторым емкостным преобразователем в виде двух дополнительных противолежащих электродов, при этом диск с помощью втулки закреплен на опорном

основании первой мембраны, втулка расположена своим торцом заподлицо с внешней поверхностью диска и на ней с зазором относительно диска закреплена своим основанием дополнительная мембрана, герметично соединенная по периферии с кольцевым гибким элементом, который герметично прикреплен к торцу корпусного кольца, герметично установленного на опорном основании первой мембраны, при этом гермовводы вмонтированы в корпусное кольцо, а дополнительные электроды расположены соответственно на внешней поверхности диска и внутренней поверхности дополнительной мембраны.

2. Датчик по п. отличающийся тем, что в нем на дополнительной мембране, в области размещения дополнительного электрода выполнен жесткий центр.

3. Датчик по пп. 1 и2,отл ичающийся тем, что в нем дополнительные электроды второго емкостного преобразователя выполнены в виде двух гальванически изолированных пар электродов одинаковой емкости.

4. Датчик по пп. 1-3, отл ича ющий- с я тем, что в нем одна из пар дополнительных электродов второго емкостного преобразователя выполнена в виде противолежащих колец, расположенных концентрично круглым электродам другой пары.

Использование: датчик относится к измерительной технике и может быть использован при .измерении избыточного давления и разности давлений жидких и газообразных сред. Сущность изобретения: емкостный датчик давления содержит мембрану 1, закрепленный с зазором относительно мембраны диск 4, дополнительную мембрану, закрепленную с зазором на расположенном заподлицо с внешней поверхностью диска торце втулки 6, закрепленной на опорном основании 3 Мембраны 1, два емкостных преобразователя, каждый из которых выполнен в виде двух противолежащих электродов, причем электроды 7, 8 первого емкостного преобразователя расположены на мембране и внутренней поверхности диска, а электроды 9, 10 второго преобразователя-на внешней поверхно.сти диска и внутренней поверхности дополнительной мембраны 5,выполненной с жестким центром 11 и с опорным основанием 12, герметично соединенным по периферии с гибким элементом 13, герметично скрепленным с гёрмоколодкой 14. Электроды второго емкостного преобразователя могут быть выполнены в виде двух гальванически изолированных пар электродов одинаковой емкости. Кроме того, одна из пар электродов второго емкостного преобразователя может быть выполнена в виде противолежащих колец, расположенных крнцентрично круглым электродам 15 другой пары. Положительный эффект: возможность измерения избыточного давления и разности давлений. 3 з. п. ф-лы, 3 ил. ч (Л С

ь-г. ±

Фиг.З