Датчик давления Советский патент 1975 года по МПК G01L9/04 

1

Изобретение относится к области контроль 10-измерительной техники.

По осиовиому авт. св. № 322674 известен датчик давления, содержащий корпус и упругий элемент, закрепленный на стержне с продольными ребрами, разделяющими внутреннюю полость корпуса на отсеки, внутри которых размещены тензорезисторы. Однако отмечается появление дополнительной погрещности при изменении положения датчика в пространстве вместе с объектом измерения нри горизонтальной установке с различным поворотом относительно продольной оси датчика или при отклонении датчика от вертикальной оси. Эта погрещность у различны.х датчиков достигает величины, соизмеримой с основной иогрешностью или даже превышает ее в десятки раз. Источником ее является нарушение термокомиенсации схемы соединения проволочных тензорезисторов при изменении теплового иоля внутри датчика за счет изменения конвекционных потоков.

Предлагаемый датчик для повышения точности измерения при изменении положения датчика в пространстве снабжен закрепленными на нродольных ребрах стержня экранами, расиоложеиными вдоль и симметрично относительно оси каждого тензоэлемента. При этом конвекционные потоки, источником которых является нагретая рабочим током поверхность проволочных тензорезисторов, затухают вблизи участка возникновения, отдавая основную часть тепла близко расположенной теплоиоглощающей поверхности экрана и не распространяется вдоль или между тензорезисторами.

При наклоне датчика картина конвекционного обмена практически не меняется и начальная термокомпенсация остается неизменной.

На фиг. 1 представлен датчик, разрез; на фиг. 2-разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3- разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема.

Датчик включает корпус 1, к основанию которого прикреплен жесткий обод 2 упругого элемента в виде мембраны 3. Жесткий центр 4 последней закреплен на стержне 5 с продольными ребрами 6, разделяющими корнус 1 на отсеки, в которых размещены V-образные проволочные тензорезисторы 7. Каждый тензорезистор 7 закреплен в натянутом состоянии с помощью проходных изоляторов 8 между подвижным жестким центром 4 и

иериферией корпуса 1. Причем середины тензорезисторов 7 закреплены на винтовых пружинах 9, установленных в верхних проходных изоляторах 8. Каждый тензорезистор закрыт экраном 10, расположенным на соответствующем продольном ребре 6 стержня 5 и проходящим вдоль и симметрично оси тензорезистора.

При воздействии давления мембрана 3 прогибается и ее центр 4 перемещается, вызывая соответствующую деформацию нитей тензорезисторов 7. При этом части нитей тензорезисторов, закрепленные между центром 4 и пружинами 9, сжимаются, а части нитей, закрепленные между пружинами 9 и периферией корпуса 1, растягиваются, вызывая соответствующее изменение величины их электрического сопротивления. Тензорезисторы включены в мостовую измерительную схему так, что токовыводы через пружины 9 находятся в вершинах моста, т. е. в диагонали питания и индикаторной диагонали.

Смежные плечи моста состоят из двух последовательно соединенных тензорезисторов сжатия Rcl, , , Rc и растяжения Rpl, Rp4, Rp3, Rp2. Они работают дифференциально, т. е. уменьщение сопротивления тензорезисторов сжатия вызывает сигнал в индикаторной диагонали моста такого же знака, как увеличение сопротивления теизорезисторов растяжения в смежном плече.

При отсутствии измеряемого давления мост находится в равновесии. Для этого все тензорезисторы выполняются идентичными. Мост в исходном состоянии при вертикальной установке датчика уравновещивается с помощью компенсационных резисторов и , причем резистор является термозависимым и служит для компенсации температурного влияния на разбаланс моста в рабочем диапазоне температур работы датчика. Резистор кИ служит для компенсации температурного влияния на чувствительность датчика в рабочем диапазоне температур работы датчика, обусловленную температурной зависимостью модуля упругости мембраны 3. Резистор . предназначен для подгонки выходного сигнала у разных датчиков до одинаковой величины за счет изменения напряжения питания па входе моста.

Тензорезисторы 7 нагреваются- рабочим током и внутри датчика образуются конвекционные потоки, а также перепад температуры

между нижней и верхней полостями датчика. Температура тензорезисторов в месте подпайки к пружинам 9 при вертикальной установке датчика выше, чем их температура в месте подпайки к проходным изоляторам 8 на корпусе 1 и жестком центре 4. За счет этой разницы температур в месте подпайки тензорезисторов 7 возникает термо-э.д. с.

В индикаторной диагонали и диагонали питания моста термо-э.д. с. вKv ючeны встречно. При вертикальной установке датчика спаи тензорезисторов 7 с пружиной 9 находятся в одной горизонтальной плоскости и нагреваются одинаково. Поэтому в диагоналях питания

и индикаторной они взаимно компенсируются. При наклоне датчика в любой вертикальной плоскости меняется направление конвекционных потоков. Спаи тензорезисторов 7 с пружинами 9 оказываются в разных горизонтальных плоскостях и температура их становится разной. При этом в диагоналях питания и индикации разность термо-э.д. с. уже не оказывается равной нулю и появляется дополнительная погрешность. При повороте датчика

в какой-либо вертикальной плоскости на 180° погрешности изменяют знак.

У известных датчиков давления уменьщение дополнительной погрешности достигнуто за счет продольных ребер 6, являющихся одповременно тенлоноглощающими экранами между отдельными тензорезисторами 7. В предлагаемом датчике введение дополнительных тенлопоглощающих экранов 10 уменьшает дополнительную погрешность от изменения

положения датчика в пространстве до величины менее чем до 0,01%.

Предмет изобретения

Датчик давления по авт. св. № 322674, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при изменении положения датчика в пространстве, он снабжен закрелленными на продольных ребрах стержня экранами, расположенными вдоль и симметрично относительно оси каждого тензоэлемента.

.X

6-6

Фиг J

К К11