Датчик давления Советский патент 1978 года по МПК G01L9/12 

(54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к области контрольно-измеритедьной техники, в частности к датчикам давления с емкостями преобразователями.

Известные датчики давления, содержащие упругий чувствительный элемент-мембрану, на которой размещены в центральной части кольцевые электроды одного измерительного конденсатора, а на периферийной части другого, не обеспечивают высокой точности измерения 1.

Известны датчики давления, содержащие герметичную камеру, образованную двумя изготовленными из диэлектрического материала, например кварца, зеркально-симметричнарасположенными элементами с упругими стенками, на которых рйзмещены преобразователи деформаций в электрический сигнал, например, тензорезисторные 2.

Эти датчики не обеспечивают розможности компенсации погрещностей, связанных с изменением температуры.

С целью повышения точности путем уменьшения температурных погрешностей преобразователь деформаций выполнен в виде измерительного и эталонного конденсаторов, причем электроды первого размещены друг против друга на центральных, а второго - на периферийных частях противолежащих упругих стенок, а

внутренняя полость герметичной камеры вакуумирована.

На фиг. 1 изображен описываемый датчик , вид сверху; на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема.

Датчик давления состоит из корпуса, Выполненного в виде, двух изготовленных из диэлектрического материала, например кварца, и расположенных зеркально-симметгрично чашеобразных элементов 1 с упругими стенками 2, соединенных, например спаянных, по контуру и образующих герметичную камеру 3, которая может быть вакуумирована.

На противоположных внутренних поверхностях упругих стенок нанесены, например, напылением в вакууме друг против друга электроды измерительного 4 и эталонного 5 конденсаторов, которые включены в электрическую схему с помощью проводников 6-9.

Емкостное сопротивление С измерительного конденсатора 4 и емкостное сопротивление С эталонного конденсатора 5 делаются . ми на самом низком уровне измеряемого давления, что достигается идентичным выполнением поверхностей пластин конденсаторов 4 и 5 и сохранение.м одинакового расстояния между пластинами этих конденсаторов. Однако, если емкостное сопротивление С конденсатора изменяется согласно формуле где А - площадь пластин, S - расстояние между пластинами, К-коэффициент пропорциональности, то расстояние между пластинами конденсатора и их площадями может варьироваться в соответствии с формулой и поддерживается емкостное сопротивление, равное С и С,. Изменение расстояния между пластинами конденсаторов, вызванное температурным расщирением упругих стенок 2, в связи с изменениями температуры влияет на оба емкостные сопротивления Cji и Сз по существу в равной степени, исключая изменения в соотношении выходного сигнала, которые могут происходить из-за теплового расщирения. Пластины конденсатора 4 круглые и расположены в центре на противоположных внутренних плоскостях упругих стенок 2, а пластины конденсатора 5 кольцеобразные и расположены по периферии противоположных внутренних поверхностей упругих стенок.-При таком расположении изменение давления, приложенного к корпусу датчика извне, вызывает перемещение пластин конденсатора одна по отнощению к другой и обеспечивает сигнал, соответствующий приложенному давлению, в то время как пластины конденсатора 5 в сущности неподвижны, изменение давления на них не влияет и они обеспечивают эталонный сигнал. Прогиб под давлением круглых пластин конденсатора 4 определяется по формуле (- -П- (2) где Р - давление, а - радиус чащеобразного элемента (до внутренней части спая), г - радиальное расстояние прогиба Y, 1 - толщина чащеобразного элемента, Е - модуль Юнга, m - величина, обратная коээффициенту Пуансона. Максимальный прогиб упруги.хстенок в центре (г 0) и коэффициент отклонения любой точки и в центре составляет У/Умакс (Q2-r2)2 (3) Для того, чтобы избежать ввода активной емкости проводников в электрические из.мерения на .внешние поверхности корпуса может быть нанесена тонкая пленка металлического покрытия, образующая электрический экран. Из схемы, представленной на фиг. 3, видно, что эталонный конденсатор 5 присоединен к входу усилителя 10, а измерительный конденсатор 4 - в цепь обратной связи этого усилителя. Конденсаторы, питаемые трансформатором И, который имеет первичные обмотки 12, 13, подсоединенные к источнику переменного тока и индуктивно связанные со вторичными обмотками 14, 15, подсоединены к конденсаторам 4 и 5 соответственно. Схема обеспечивает на выходе усилителя 10 сигнал V, который пропорционален отнощению емкостного сопротив.тения Си измерительного конденсатора 4 к емкостному сопротивлению Cj эталонного конденсатора 5. Так как емкостное сопротивление Си изменяется с изменением давления, а емкостное сопротивление Сэ постоянно, сигнал V является функцией давления.. При создании эталонного и измерительного конденсаторов как интегральных частей датчика оба конденсатора подвержены в равной степени изменениям температуры и погрещность в выходном сигнале из-за изменения температуры незначительна или отсутствует совсем. Кроме того, датчики обладают комплектной конструкцией. Формула изобретения 1.Датчик давления, содержащий герметичную камеру, образованную двумя изготовленными из диэлектрического материала, например кварца, зеркально-симметрично расположенными элементами с упругими стенками, на которых размещены преобразователи деформаций в электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности путем уменьщения температурных погрещностей, преобразователь деформаций выполнен в виде измерительного и эталонного конденсаторов, причем электроды первого размещены друг против друга на центральных, а второго - на периферийных частях противолежащих упругих стенок. 2.Датчик давления по п. 2, отличающийся тем, что внутренняя полость герметичной камеры вакуумирована. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: . 1. Авторское свидетельство СССР № 279132, кл. G 01 L 9/12, 1969. 2. Патент Франции № 2076539, кл. G 01 L 9/00, 1971.

ZT

) f

в 7

. 2