Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления, и может быть использовано для измерения статического и динамического давлений в жидких и газообразных средах . Цель изобретения - повышение чувствительности и уменьшение нелинейности выходной характеристики. Это достигают за счет того, что в датчике давления, содержащем вакуумированный корпус 6, мембрану 1 с жестким центром 2 и деформируемым периферийным участком 3, диск 5, закрепленный в корпусе с помощью жесткого штока 7, на мембране и диске установлены две пары электродов 9, 10 и 11, 12, противолежащих друг другу Между центральными электродами 9, 10 конденсатора от воздействия давления уменьшается зазор и, следовательно увеличивается емкость, а между периферийными электродами 11 и 12 другого конденсатора от воздействия давления увеличивается зазор и. следовательно, уменьшается емкость. Кроме того, как в центральном , так и периферийном конденсаторе электроды установлены на упругих элементах, имеющих равную толщину 3 ил ,г,юг ,// (Л С CN hO Ю vj 00 00

сОюз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 L 9 12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. / (21) 4654281/10 (22) 23.02.89 (46) 23.01.91, Бюл. М 3 (72) Е.M. Белозубов и B.À. Зиновьев (53) 531.787 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

O . 823913, кл. G 01 L 9/12, 1978. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления, и может быть использовано для измерения статического и динамического давлений в жидких и газообразных средах. Цель изобретения — повышение чувствительности и уменьшение нелинейности выходной характеристики. Это достигают за счет того, что в датчике давления, „„5Q ÄÄ 1622788 А1 содержащем вакуумированный корпус 6, мембрану 1 с жестким центром 2 и деформируемым периферийным участком 3, диск

5, закрепленный в корпусе с помощью жесткого штока 7, на мембране и диске установлены две пары электродов 9, 10 и 11, 12, противолежащих друг другу. Между центральными электродами 9, 10 конденсатора от воздействия давления уменьшается зазор и, следовательно, увеличивается емкость, а между периферийными электродами 11 и 12 другого конденсатора от воздействия давления увеличивается зазор и. следовательно, уменьшается емкость. Кроме того, как в центральном, так и периферийном конденсаторе электроды установлены на упругих элементах, имеющих равную толщину. 3 ил.

Я 10 1 12 .Г г

1622788

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления, и может быть использовано для измерения статического и динамического давлений жидких и газообразных сред.

Целью изобретения является повышение чувствительности и уменьшение нелинейности выходной характеристики датчика давления.

На фиг,1 показана конструкция емкост ого датчика давления; на фиг.2 — топология электродов на поверхности мембраны: на фиг.3 — прогибы мембраны и диска от давления.

Датчик давления включает мембрану 1 с жестким центром 2 и деформируемым периферийным участком 3. выполненную за одно целое с опорным основанием 4, упругий диск 5, закрепленный в корпусе 6 с помощью жесткого штока 7, кольцо 8, установленное между мембраной 1 и диском 5, и центральные 9 и 10 и периферийные

11 и 12 электроды, расположенные на мембране 1 и диске 5. Электроды 9 и 10 имеют форму круга, а электроды 11 и 12 — форму колец.

Датчик давления работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления Р>

«а мембрану 1 происходит ее прогиб и относительное перемещение жесткого центра

2 на величину х (фиг,3) между электродом 9, расположенным на жестком центре 2, и электподом 10, расположенным в центре диска 5, в результате чего меняется (увеличиваетс ) емкость центрального конденса|ора на геличину С, и становится равной

Сц =- Со - Сх, (1) где Сц — емкость центрального конденсатора, состоящего из электродов 9 и 10;

Со — емкость центрального и периферийного конденсаторов на самом низком уровне измеряемого давлен я;

Сх — величина приращения емкости от уменьшения зазора на величину х между электродами 9 и 10 центрального конденсатора.

От воздействия давления и прогиба мембраны 1 также происходит перемещение кольца 8 на величину, пропорциональную х, установленного по окружности на равноудаленном расстоянии (и) от жесткого центра 2 и опорного основания 4. Кольцо 8 вызывает прогиб периферии диска 5 на величину и,, а вместе с ним и перемещение электрода 12. Кроме того, при прогибе мембраны 1 от давления Р„передается изгибающий момент периферийному участку 3, который перемещается на величину, пропорциональную х, например К,, с электро5

55 дом 11. Следовательно, меняется (увеличивается) зазор на величину Кх +,и х между электродом 1I, расположенным на периферийном участке 3 мембраны, и электродом

12, расположенным на периферии диска 5, в результате чего меняется (уменьшается) емкость периферийного конденсатора на величину С(Кх+ px) и становится равной

Сл = Со — С(Кх +p х) ., (2) где Сп — емкость периферийного конденсатора, состоящего иэ электродов 11 и

12, C(Kx + px ) — величина уменьшения емкости от увеличения зазора между электродами 11 и 12 периферийного конденсатора.

Таким образом, от давления Гк eMKGcI ь центрального конденсатора. состоящего нз электродов 9 и 10, увеличивае гся на величину Cx,а емкость периферийного конденсатора, состоящего из электродов 11 и 12. уменьшается на величину C(Kx+ р„). В ïðåобразователе емкости в напряжение выходной сигнал изменяется пропорционально

С, величине отношений емкости — ВеличиС, на этого отношения на самом низком уровне измеряемого давления (P<) соответствует значению (Po) =

С

С С так как емкости центрального и периферийного конденсаторов устанавливаются равными на самом низком уровне измеряемого давления, Величина отношения при предельном значении измеряемого давления (Px) соответствует значению

С„ :,+C, cClC +a„) так как емкость центрального конденсатора увеличивается, а периферийного уменьшается при воздействии давления. В г.реобразователе емкости в напряжение яыходнсй сигнал изменяется пропорционально отношению — —, а следовательно, и изменению

С„

Сп давления. Функции преобразования емкостного датчика можно представить следующим образом: Р„- - х - С- U, гд е (— деформация; к- перемещение.

Тп есть изменение давления преобразуется в мембране B относительную деформацию, которая вызывает относительное перемещение электродов, в результате чего изменяется емкость, что приводит к изменению напряжения в преобразователе.

Изменение температуры на датчике вызывает равномерные температурные рас.— ширения упругих элементов (мембраны 1, диска 5, опорного основания 4) B силу их

1622788

Фиг. 2 равенства толщин и одинаковости материалов. Следовательно, еь кости конденсаторов Сц и Сл изменяются v ранней степени, а значит и изменения выходного сигнала от темгерагуры в преобразователе емкости г напряжение не происходит, Предлагаемый датчик давления отличаетгя от известных увеличенной в 2 — 3 раээ чувствительностью и практически линейной метрологической характеристикой от измеряемого параметра.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий вакуумирсванный корпус с цилиндрическим опорным основанием, мембрану и емкостный преобразователь деформаций, о т л и ч эю шийся тем, что, с цель>о псвышения чувствительности и уменьшения нелинейности выходной характеристики, он снабжен расположенным напротив мембраны упругим диском, закрепленным в I. ðïóñå с помощью штока, а мембрана выполнена с жестким центром, диаметр которого равен диаметру штока, и закреплена на спорном основании с обраэованиек: консольного пе5 риферийного участка, при этом между мембраной и диском на равном расстоянии от края жесткого центра и края опорного основания установлено кольцо, толщина которого равна зазору между мембраной и диском, 10 а мкостный преобразователь деформации выполнен в виде двух пар противолежащих электродов — центсачьной и периФерийной, причем электроды центральной пасы имеют

Форму круге с диаметром, равным диаметру

15 л.ес1кого центра мембраны, и расположены соответственно по центру на упругом диске и мембране, а периферийные электроды имеют форму колец и размещены соответственно на периФерийных ччастках мембраны

20 и упругого диска. при этом толщин- ." мембраны и голщина опоонсго основания равны толщине упругого диска.

1622788

Фиг. Л

Составитель О.Полев

Техред М.Моргентал

Корректор M.Ñàìáoðñêàÿ

Редактор А.Гратилло

Г1рси ««д<.l B««о изда «.льгкий <.0< 1 лнат "Г1атент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 107 1ираж Подписное

ВНИИП<.1. псударстяенного комитета r

1130;15 Мос< в». Ж-:35. Раушская наб., 4/5