Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления газов и жидкостей о Целью изобретения является повышение точности измерения датчика давления за счет уменьшения нелинейности функции преобразования; , Датчик давления содержит корпус из диэлектрика, электрод, профиль которого изменяется по оптимальной зависимости, мембрану из электропроводящего материала, неподвижно и герметично скрепленную с подложкой „ Зависимость площади электрода от текущего радиуса, обеспечивающая линейность функции пропоразовак я, определяется ег топологией, вьь , IH- ной путем расчета деформации м 1 .- рань . „ 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (g1)$ G 01 !. 9/02 й";: 7ГЯ

@1 :,; г:

° ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р(r) = @ (i) =2 (1-r )+ (1-r )+ 1-2г ) 1n r

-2 -й

1-r +1n г

ГОСУДАРСТ8ЕНКЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (2!) 4656473/10 (22) 22.02 ° 89 (46) 15.02.91. Бюл. N 6 (72) О.С.Бачурина и !1.П.Степанов (53) 531.787(088.8) (56) Заявка ФРГ М 2556947, кл. G 01 L 9/02, 1984. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике,и может быть исп >льзовано для измерения давления газов и жидкост й. Целью изобретения является повышение точности измерения

Изобретение относится к измерительной технике и может быть испол.- зовано для измерения давления газов и жидкостей.

Целью изобретения является повышение линейности функции преобразования.

На фиг.l показана схема датчика давления; на фиг.2 — топология электрода, площадь которого зависит от радиуса по оптимальному для повышения линейности преобразования закону;,на фиг.3 — график зависимости площади контакта мембраны из электропроводного материала с электродом до оптимизации зависимости площади электрода от радиуса.

Датчик давления содержит корпус

1 из диэлектрика, электрод 2, площадь которого зависит от радиуса по оптимальному закону, мембрану 3 из электропроводящего материала, непод„„SU„„1627869 А 1 датчика давления за счет уменьшения нелинейности функции преобразова— ния. Датчик давления содержит корпус из диэлектрика, электрод, профиль которого изменяется по оптимальной, зависимости, мембрану из электропроводящего материала, неподвижно и герметично скрепленную с подложкой. Зависимость площади электрода от текущего радиуса, обеспечивающая лпнейнооть функции п11еобразова определя тся е ". топол.гией, вы,. иной путе. -< расчета деформации м ..рань;. 3 ил, .Ф вижнг и герметично скрепл .нную с корпусом 1 (R — радиус зак1 епленп»

1 ембра.гы, К, — tыксимальный радиус элек грода) о

Датчик давления работает следующим образом.

Под действием давления мембрана

3 прогибается и обкатывается по электроду 2. При этом площадь ка .такта изменяется по закону, обеспечивающему линейность функции преобразованияя

Р gr) Cf (r) = «л R p -() где ф (т) 1 - t+ + 2r 1nr +

-2 г-z 2 z

r 1n r (1-r ) +2 1-r — --- — —- (2)

1--r +1n2

1б27869

С<эсгю

С, С4 — (1-г+1пг), — Г

Ф

y (r) 10

?О

25 где Г

1 dd

0;

R ЙГ < p-(y

dQ

Q1„„=CJ(, =4, й

l = 0 !!=с

К2

dr D

Кг г 2 — г (1 — r)-r1nr

-1- 2,, г(1-г )r (1-г +1п r ) т е к у<чий р адиу с; радиус мембрань<; дуга части круга радиуса

r, занятой электродом; конструкт»вный коэффициент, Функция (2) получена решением зад» о«эг»б» ппоской круглой пластины радиуса R, жестко закрепленной по

»нею»ему контуру и частично прижатой д,».:лен»ем } к абсолютно жесткому оснепп««в, удаленному от плоскости закреппеп«я пластины на расстояние d

11рогиб »ластины в этом случае

D <гсч»тынается по формуле

2 2 PR

О ,",1 - с ьС 1пг+С r +С r ln r+ —.-- э (3)

64D текущий радиус; цилиндрическая жесткость

Пр» этих условиях из уравнения (4) получаются пять уравнений для определения четырех постояннь<х интегрирова.».я и относительного радиуса = 40

r /R ()/,=С+ C +С) =0; (С2+2С 3+4Юо) =0 °

dr 1й=! К (Д /,=0(г!П, )С>С4 <1пО(,I .< < 2 < 2 4

d(01 1, 1 — — Сг-+2С <. +С ф(1+2.1п1<1)+ 50

d,- I -„,.

+4,,Ь = О; !

31

dQ D 1,I 1,,<

= -- С вЂ” -2С -С (3+

<1г" „К

+21nv)-12(,),К !-- 0, Решение этэй системы уравнений определяет зан»с»месть, связывающую постоянные интегрирования, которые определяются из граничных условий

Преобразованием к безразмерному радиусу r = r/R уравнение (3) приводится к виду — -2 < 2 — 4

Q -С<+С;1п r + С r +С r ln r +Ь„г (4) где С, =- С< + С21п r;

С (В. (С +С 1п В)

С = К С

- рк

Q - "- — — прогиб центра мембра640 ны при отсутствии orр аничи т ел я .

Граничные условия, из которы:--. определяются постоянные интегрирования ,1

С1, С, С, С4., в рассматриваемом случае имев= вид: на внешнем контуре и1,, =и1;,, -а;

<1У 1 dU1.

dr -К R dr I Ii па окружности радиуса гд«эгран»чивающей площадь контакта площадь контакта с действующим давлением Р

1 — 4 (5)

ФЮ

64 0

Рo «R

3l при котором мембрана касается ограничительной поверхности

Зависимость (5) показана на фиг.1, Как видно из графика, зависимость имеет нелинейный характер, причем с повышением давления нелинейность увеличивается.

Для обеспечения линейности харак теристики преобразования S=lcif(Р) площадь электрода профилируется по закону, определяемому введением функции (g (F) представляющей Дугу част« круга радиуса г, занятой электродом.

Тогда площадь электрода на удалении г от центра

16 г

Б(М) = 21 J (p(r) rîdrî= о (2ii R j q(i) гсвг .

О

Если поставить условием линейную зависимость площади от отношения Р/Рд, то л Р k

QC

2ц К " l o(r) rdr=k

Дифференцирование этого равенства при условии, что подынтегральная функция непрерывна, дает

q)(g) =,1, k F(r)

g (r) Кг yz(r)

Использование электрода, профилированного по этому закону, обеспечивает линейную зависимость площади контакта от действующего давления и увеличивает точность измерения.

Формула. изобретения

Датчик давления, содержащий полый цилиндрический корпус с основанием, выполненный из диэлектрического материала, на внутренней поверхности которого выполнена опорная плоская площадка, на которой размещен электрод, и мембрану из электропроводного

27869 6 материала, герметично закрепленную на корпусе по его периметру с образованием внутренней полости, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения линейности функции преобразования в нем, мембрана выполнена плоской, а электрод спрофилирован по закону

g (r) m ° W2

РКг дг(r) где p (r) — дуга части круга радиуса, занятой электродом; — коэффициент пропорцио1 HBJIbHOCTH

F(r) «2(1 )+(1 rQ+p1 2r 2 1n rr»

1-,i +1n r +

2 г — 2

+ (1-r g-r 1п r -z г, rz(1 rz + 1 г)г (1 Г +1n Г )у

- радиус мембраны; г г— г1пг

p(r)=1-r +2r 1n r +2 1-r— — 4 2 г г

1-г г

x .— =---- —1-r +1n r z °

r=r/К;

r — текущее значение рагичс:а электрода.2 1

О

04 ог

01

Составитель А.Зосимов

Редактор Л.Веселовская Техред Л.Олийнык Корректор Н.Ревская

Заказ 332 Тирам 353 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1роиэводственно — иэдательский комбинат Патент", г. У кгород, ул. Гагарина, 101