Преобразователь разности давлений Советский патент 1982 года по МПК G01L7/06 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ

Изобретение относится к приборостроению, а именно, к технике измере ния разности давлений полупроводнико выми или металлопленочными резистивными преобразователями давления. Известен датчик разности давлений, разработанный по принципу двухкамерных приборов, в которых давление внешней среды воспринимается двумя разделителями сред мембранного типа и через нейтральную жидкость передается чувствительному элементу в виде мембраны, жестко заделанной в корпусе, центральная часть которой штоком соединена с балкой, несущей тензорезисторы l. Жесткое закрепление чувствительного элемента в корпусе датчика служит источником дополнительных погрешностей преобразования, так как на чувствительный элемент, передаются деформации от корпуса датчика и приходится прибегать к сложным конструк тивным решениям, чтобы уменьшить передаваемые вредные деформации, т.е. осуществить необходимую развязку. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является преобразователь давления, содержащий расположенные в корпусе два упругих раздели теля сред, упругий чувствительный элемент, расположенный внутри камеры, образованной упругими разделителями и заполненной нейтральной жидкостью, и дополнительный упругий элемент, расположенный внутри камеры 2. Однако жесткое закрепление чувствительного элемента в корпусе датчика служит источником дополнительных погрешностей преобразователя а , широком температурном, диапазоне ± 50 С и при действии механических нагрузок, так как на чувствительный элемент передаются деформации от корпуса датчика и приходится прибегать к . сложным конструктивным решениям, чтобы уменьшить передаваемые вредные деформации (осуществить необходимую развязку). Кроме того, больши габариты разделителей сред мембранного типа и дополнительной мембраны большей жесткости для защиты от перегрузочных давлений приводят к существенному увеличению габаритов датчика и вызывают трудности в согласовании их характеристик, что является источником дополнительных погрешностей в широком температурном диапазоне . Цель изобретения - повышение надежности работы и точности преобразования давления путем компенсации температурной погрешности. Поставленная цель достигается тем, ЧТО;в преобразователе разности давлений, содержащем расположенные в корпусе два упругих разделителя сред, упругий чувствительный ;элемент,с полупроводниковым преобразователем, разделяющий камеру, образованную разделителями сред и запол ненную нейтральной жидкостью на две части, внутрь камеры, образованной одним из 15азделителей сред и упруги чувствительным элементом, введена втулка, закрепленная в корпусе, при этом объем втулки У„ выбран из соотношения fУаСг ViCi.M ВТ С-, L cL Ч эфо. эф1/где ЛР. - температурная погрешность чувствительного элемента на V и Vj - внутренний объем камер, заполненный нейтральной жидкостью; С и С,, - суммарная механическая и гидравлическая жесткость разделителей сред, с нейтральной жидкостью при TO; 99ф и5эф1 эффективная площадь разде литекей сред; ot- - температурный коэффициент изменения суммарной механической и гидравлической жесткости С и C/j.. На чертеже представлен преобразователь давления. Преобразователь разности давлений содержит корпус 1 преобразовате резистивный чувствительный элемент (полупроводниковый или металлопленочный) 2, упругий разделитель 3 сред камеры приема давления Р , упругий разделитель k сред камеры приема давления Pj,, внутренний объем V, камеры 5, заполненный нейтральной жидкостью и ограниченный разделителем 3 сред, внутренний объем V, камеры 6, заполненный нейтральной жидкостью и ограниченный разделителем сред, упругий элемент 7 большей жесткости, например, сильфон, расположенный внутри камер 5 и 6, крышку 8 упругого элемента, на которой закреплен резистивный чувствительный элемент 2, отверстие 9 в крышке В упругого элемента 7, предохранительные клапаны 10, установленные на крышках упругих разделителей и k среды, заполнитель 11, выполненный, например, в виде металлической резьбовой втулки. Преобразователь разности давлений работает следующим образом. Заданная разность давлений ( 2. передается через упругие разделители сред, выполненные, например, в виде сильфонов 3 и и нейтральную жидкость в камерах 5 и 6, к резист.ивному чувствительному элементу 2, закрепленному на крышке 8 упругого элемента 7 выполненного.например, в виде сильфона (большей жесткости, чем разделители 3 и сред),предназначен для развязки чувствительного элемента 2 от деформаций корпуса 1 и обеспечивает смещение разделителей сред 3 и в заданных пределах для защиты чувствительного элемента клапанами 10 от действия перегрузочных давлений выше допустимых значений. Электрический сигнал, снимаемый с выводов резистивного чувствительного элемента, пропорционален измеряемой разности давлений. В качестве чувствительного элемента 2 могут быть использованы полупроводниковые структуры кремний на кремнии (КНК), кремний на сапфире (КНС) или металлопленочные элементы.: При колебаниях температуры в рабочем диапазоне температур ,-T преобразование давления резистивным чувствительным элементом 2 в выходной электрический сигнал происходит с определенной погрешностью А Р, которая аппроксимируется, по экспериментальным данным, и имеет знак плюс или минус в зависимости от типа чувствительного элемента топологии резисторов и схем их включения, выражением uP.PfJ&T, где лР разность давлений, действующая на чувствительный элемент при температурный коэффициент изменения разности давлений ДР. Для защиты от действия окружающе или агрессивных сред на чувствитель ный Элемент и его выводы разность внешних давлений (P-j-Pj.) передается через упругие разделители сред 3 и и нейтральную жидкость в камерах 5 и 6, это давление в температурном диапазоне передается с определенной погрешностью, которая по экспериментальным данным аппроксимируетс выражением С,У, где С. и С суммарная механичес кая и гидравлическая жесткость разделителей сред 3 и соответственно с нейтраль ной жидкостью при TQ V и V- - внутренний объем камер 5 и 6, заполненных нейтральной жидкостью, соответственно;температурный коэффициент изменения суммарной механической и гидравлической жест кости Cj и С - перепад температур. При правильном выборе объема ней тральной жидкости V и V2 в камерах 5 и 6 в зависимости от параметров упругих разделителей с.ред, жидкости и температурной погрешности чувствительного элемента, осу| ствляют компенсацию температурной погрешнос ти преобразования давления, которая достигается за счет разного знака температурных погрешностей чувствительного элемента 2 и разности давлений ДР, передаваемой через раз делители сред с нейтральной жидкост при этом нет необходимости неоправданному увеличению эффективной площади Sg, разделителей сред, а тем самым,- к увеличению с..габари тов прибора и уменьшению их жесткос 1 И С, т.е. к усложнению технологического процесса изготовления. Исходя из равенства , имеет место выражение, по которому выг бирается соотношение объемов V и /л на основании полученных экспериментальных зависимостей . При равенстве С возможно более простое выражениедРт 59ф -V в то же время установка разделителей среды разности эффективной площади и жесткости позволяет упростить технологический процесс их изготовления и не осуществлять селективной сборки, так как различие эффективных площадей и жесткостей легко компенсируется изменением соотношения между объемами V, и V Формула изобретения Преобразователь разности давлений, содержащий расположенные в корпусе два упругих разделителя сред, упругий чувствительный элемент с полупроводниковым преобразователем, разделяющий камеру, образованную разделителями сред и заполненную нейтральной жидкостью на две части, отличающийся тем, что, с целью повышения точности За счет исключения температурной погрешности, внутрь камеры, образованной одним из разделителей сред и упругим чувствительным элементом, введена втулка, закрепленная вкорпусе, при этом объем втулки Vg-(- выбран из соотношениягде ДР-{. - заданная температурная погрешность чувствительного элемента на 1°С; V. и внутренний объем камер, заполненный нейтральной жидкостью;

С| и С,-- суммарная механическая

и гидравлическая жесткость разделителей сред с нейтральной жидкостью при Т ; оф и 5 эффективная площадь разде- 5

лителей сред;

а - температурный коэффициент изменения суммарной механической и гидравлической жесткости C.f и Cg; О

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Преобразователи измерительные Сапфир 22. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 08919030 ТО НИИ теплоприбор, 19792.Полупроводниковый датчик давления Кристалл -.Приборы и системы управления, 197, № 7 (прототип).