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

;-. . Мирная cfapxa 4bf.f

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления датчиками, изготавливаемыми с применением тонкопленочной микроэлектррнной технологии.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет снижения погрешности преобразования от непараллельности электродов.

Цель достигается тем, что в емкостном датчике давления рабочий и опорный конденсаторы выполнены с равными начальными зазорами и емкостями, а их электроды разделены, каждый, на два изолированных коаксиально расположенных электрода при условии равенства их начальных емкостей и следующих соотношениях размеров электродов:. ;-: . ;. . , ; ; . ;,-:;-, у; -. - у-;.

R2 R-1 + А; Ra г0; R4 R; RG RS + А ; Ri4 + R24 - Ra4 0; Rs4 - R44 + Re4 - 0: Ri2 + Ra2 - Ra2 + R42 - Rs2;- Re2 + 0,

где R- радиус мембраны; r0 - радиус жесткого центра мембраны; А- ширина дорожки между электродами; Ri - радиус кругового электрода первого рабочего конденсатора; RZ --внутренний радиус кольцевого электрода второго рабочего конденсатора; Ra- наружный радиус кольцевого электрода второго рабочего конденсатора; R4 - внутренний радиус кольцевого электрода первого опорного конденсатора: RS - наружный радиус кольцевого электрода первого опорного конденсатора; Re - внутренний радиус кольцевого электрода второго опорного конденсатора; наружный радиус кольцевого электрода второго опорного конденсатора. ;

На фиг. 1 показан емкостный датчик давления; на фиг. 2 -схема положения электродов конденсатора..

Емкостный датчик давления (фиг. 1) содержит корпус 1 с утолщен ной недеформируемой торцевой частью, мембрану 2 с жестким центром 3-й пластину4, где, соответственно, размещены электроды опорного 5. 6 и рабочего 7, 8 конденсаторов. Рабочие электроды 7, 8 размещены на жестком центре 3 мембраны 2, а опорные электроды 5, 6 - на торцевой недеформи- руемОй части корпуса. После выставки зазора за счет полосок вкладышей толщиной d0. производят сварку пластины 4 с корпусом 1.

, Емкостный датчик давления работает следующим образом. При подаче давления

Р в полость датчика, мембрана 2 прогибается. При .этом, изменяется зазор и емкость рабочего конденсатора, а емкость опорного конденсатора остается неизменной, Электроды каждого конденсатора разделены на два изолированных коэксиально расположенных электрода: электроды рабочего конденсатора - на круговой, радиусом Ri, и кольцевой, с радиусами Ra, Ra, и размещены

на жестком центре мембраны, причем RS г0. а электроды опорного конденсатора - на два кольцевых, с радиусами Ro, R5 и Re, ; R-7 i и размещены на утолщенной недеформируемой части корпуса датчика, при4eMR4-R. - Выходным параметром датчика является разность емкостей разделенных электродов, как рабочего, так опорного конденсаторов.

Функция преобразования емкостного датчика давления, при выполнении указанных выше условий для радиусов электродов, линейна при любом угле параллельности электродов и не зависит от него. При этом,

как аддитивная, так и мультипликативная составляющие погрешности описанного датчика равны нулю.

Преимуществом описанного емкостного датчика давления является повышение точности измерений, т.к. датчик нечувствителен к непараллельности электродов, благодаря чему также значительно упрощается технология изготовления такого датчика.

Формула изобретения

Емкостный датчик давления, содержащий корпус с мембраной и неподвижным . диском, на которых расположены электроды рабочего и опорного конденсаторов, о тл и ч а ю щи йся тем, что. с целью повыщения точности измерений за счет снижения погрешности преобразования от непараллельности электродов, рабочий и опорный конденсаторы выполнены с равными начальными зазорами и емкостями, а их электроды разделены, каждый на два изолированных коаксиально-расположеи- ных электрода Ъри условии равенства их начальных емкостей и следующих соотношениях размеров электродов:

A; R3-r0;

R4 R; RS + A;

R + R2f-R3 0:

R54-R4 + R64-R74 0;

Ri2 + R22 - Ra2 + R42 - Rs2 - Re2

+ .

где R - радиус мембраны;

r0 - радиус жесткого центра мембраны;

Л- ширина дорожки между электродами;

RI - радиус кругового электрода первого рабочего конденсатора;

R2 - внутренний радиус кольцевого электрода второго рабочего конденсате ра; . .,:. . .. V. . . . .

Рз - наружный радиус кольцевого электрода второго рабочего конденсатора;

-

R4 - внутренний радиус кольцевого электрода первого опорного конденсатора;

RS - наружный радиус кольцевого электрода первого опорного конденсатора; 5 Re -1- внутренний радиус кольцевого электрода второго опорного конденсатора;

R -наружный радиус кольцевого электрода второго опорного конденсатора.

Емкостный датчик давления относится к приборостроению и позволяет повысить оЧность измерений за счет снижения по- грешности преобразования от непараллель- иости электродов. Сущность Изобретения: ёмкостный датчик давления содержит корпус 1 с мембраной 2 и неподвижным диском 4v са которых расположены электроды рабочего 8 И рпорногд 5, 6 конденсаторов. Отличительной особенностью датчика является выполнение рабочего и опорного конденсаторов с равными начальными зазорами и емкостями, причем их электроды разделены каждый на два изолирован S ных коаксиально расположенных электрода при условии равенства их начальных емкостей и следующих соотношениях размеров электродов: Rz Ri + А; Рз r9; R4- R; R6 R5 + Д; Ri4 + R/ - Яз4 0; R54 + R44 + Re4 0; Ri2 + R2 -- Ra2 tR42-R52-Re2 t- 0. где R - радиус мембраны; r0 - радиус жесткого центра мембраны; А- ширина до- . рожки между электродами ; RI - ;радиус кругового электрода первого рабочего конденсатора; Rz - внутренний радиус кольцевогр электрода второго рабочего конденсатора; R3-наружный радиус кольцевого электрода второго рабочего конденсатора; R4, Rs, Re, R - соответствующие радиусы (в порядке возрастания) электродов первого и второго опорных конденсаторов. Выходным параметром датчика является разность емкостей разделённых электродов, как рабочего, так и опорного конденсаторов. Положительный эффект: повышается точность измерений, т.к. датчик нечувствителен к непараллеяьно- рти электродов, упрощается технология из- готовления такого датчика. 2 ил.: ел с 00 hO О hO 4 О

f fi t fi

Фиг. 2