Измеритель давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления. Целью изобретения является уменьшение нелинейности выходной характеристики за счет умень-- шения погрешностей, обусловленных нелинейной зависимостью результата измерения от величины зазора между электродами, и исключения погрешностей , обусловленных неплоскостностью поверхностей электродов. Цель достигается за счет дополнительного введения в устройство автогенератора 7, измерителя 3 амплитуды напряжения и неподвижного электрода 6,образующего с подвижным электродом 3 плоский конденсатор, причем один край подвижного электрода 3 скреплен с мембраной 2, а другой перемещается свободно вокруг неподвижной оси вращения . Неподвижный электрод 6,имеющий равномерное резистивное сопротивление , изолирован от корпуса 1 , причем выводы автогенератора 7 соединены с противоположными выводами резистивного неподвижного электрода 6, а измеритель 3 амплитуды напряжения подключен к подвижному электроду 3 и к общему выводу автогенератора 7. 3 ил. с SS С/3

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (g1)g G О1 L 9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4667300/10 (22) 27.03.39 (46) 23.02.91. Бюл. И- 3 (71) Пензенский политехнический инс титут (72) С.А.Беляков, О.П.Бесчастнов, А,И.Мартяшин, С.И.Медведева и В.И.Чернецов (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1045024, кл. С OI L 9/12, 1982. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике„ в частности к датчикам давления ° Целью изобретения является уменьшение нелинейности выходной характеристики эа счет умень-. шения погрешностей, обусловленных нелинейной зависимостью результата измерения от величины зазора между электродами, и исключения погрешносИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред или малых перемещений.

Цель изобретения — уменьшение нелинейности выходной характеристики.

Иа фиг.! представлена .схема предлагаемого измерителя давления; на фиг.2 — электрическая схема замещения датчика давления; на фиг.3 — выходные характеристики Д Е/Ro = f4(г) предлагаемого устройства для различных значений величины Ь.

Измеритель давления включает в себя датчик, содержащий корпус 1,на

„„SU„„1631 26 А 1

2 тей, обусловленных неплоскостностью поверхностей электродов. Цель достигается за счет ддполнительного введения в устройство автогенератора

7, измерителя 3 амплитуды напряжения и неподвижного электрода б,образующего с подвижным электродом 3 плоский конденсатор, причем один край подвижного электрода 3 скреплен с мембраной 2, а другой перемещается свободно вокруг неподвижной оси вращения. Неподвижный электрод б,имеющий равномерное резистивное сопротивление, изолирован от корпуса 1, причем выводы автогенератора 7 соединены с противоположными выводами резистивного неподвижного электрода

6, а измеритель 3 амплитуды напряже ния подключен к подвижному электроду 3 и к общему выводу автогенератора 7. 3 ил.. котором жестко закреплена по периметру чувствительная к давлению мембрана 2, выполненная в виде упругой пластины, подвижный электрод 3, электрически изолированный от мембраны 2 и скрепленный с ней одним краем в центральной точке мембраны 2 при помощи штифта 4, который подпружинен пружиной 5, а другой край подвижного электрода 3 перемещается свободно вокруг неподвижной оси вращения,, неподвижный электрод 6, имеющий равномерное резистивное сопротивление и образующий с подвижным электродом плоский конденсатор, автогенератор

7, выводы которого соединены с выво1631326

R /2+ ДК

U Ц Я въ был о Ко

Ro+ 2 R

Ц °

О 2 Rî

40 где gR = /) 1; Π— погонное сопротивление; 1 — расстояние между электрическими центрами для параллельных и перекошенных электродов.

Изменение сопротивления Ь R пропорционально смещении электрического центра, которое зависимо от смещения

r края подвижного электрода 3 под влиянием давления (фиг.2а). Пля ана- 50 лиза погрешности нелинейности разобъем плоский конденсатор, образованный подвижным и неподвижным электродами по длине на бесконечно малые .участки длиной d . На выделенных i5 участках емкость между электродами можно считать как емкость плоских конденсаторов дами резистивного слоя неподвижного электрода 6-, и измеритель амплитуды напряжения 3, подключенный к подвижному электроду 3 и общему выводу автогенератора 7.

Электрическая схема замещения датчика давления представлена на фиг.2, где R — полное сопротивление резиса тивного слоя неподвижного электрода ip (между противоположными выводами);

С вЂ” емкость между поверхностями подвижного и неподвижного электродов и приведенная к электрическому центру, положение которого определяется 15 равенством распределенных емкостей по обеим сторонам относительно данного центра; g R — изменение сопротивления участка неподвижного электрода, определяемое расстоянием между элект- 20 рическим центром при параллельных подвижном и неподвижном электродах, и электрическим центром, определяемым перемещением подвижного электрода под действием мембраны. 25

Измеритель давления работает следующим образом.

При включении питания автогенератор 7 генерирует переменное напряжение амплитудой U, которое подается 30 на выводы неподвижного электрода 6.

В результате измеритель амплитуды напряжения 8, входное сопротивление которого много больше сопротивления, вносимого емкостью связи, зафиксирует напряжение Ц ы, равное

ЕЕ ndx

dC = — -а- — — —, Ь вЂ” xtgiX . г де Š— относительная диэлектрическая проницаемость среды; абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума; п — ширина резистивного слоя;

Ь вЂ” расстояние между поверхностью неподвижного электрода и осью вращения подвижно r о эл ек т род а;

1К вЂ” угол между подвижным и неподвижным электродами;

X — текущая координата рассматриваемого участка.

При малых углах 0 tg 0 = 0

Относительно электрического центра Gene@a Сспава т е

Я/2

ЯЕ и dx 1 E п dx

Ф

Ь вЂ” х01- ) Ь вЂ” x 0L

-ер. Ъ

Проин те гриро в ав, пол уч им ев

1n (b — хос) 1n (b-х(К)

i-О/2 1

b-vs

ы

Ь+ — — y

1

Ь- — -у

2 2 (Ь-ya )

Ь вЂ” уф, =Ь -y ° 1/4

Отсюда

Выразим смещение электрического центра у через смещение края подвижного электрода г, так как Ос а tg оо

2r

1 для малых r то

1 1 у= — — (Ъ вЂ” Ь -r).

2r

Поскольку неподвижный электрод 6 имеет равномерное резистивное сопротивление, то чувствительность предлагаемого датчика определится следующим образом

Д Цвьа ЬК Х

Uî п (2) — (Ь- Ъ вЂ” r ).

2r

Повьппение линейности выходной характеристики достигается за счет того, что нелинейность зависимости сопротивления от величины перемещения мембраны меньше нелинейности зависимости емкости от аналогичного перемещения мембраны (в известном измерителе) примерно на порядок.Кроме того, устраняется дополнительная погрешность нелинейности, обусловленная неплоскостностью поверхности мембраны, а также возможным несовпадением перемещения с вертикальной осью датчика.

Формула изобретения

Измеритель давления, содержащий датчик давления с корпусом, установленной в нем мембраной и связанным с центром мембраны и изолированным от нее подвижным электродом,расположенным со стороны мембраны противо31326 положной стороне поднода измеряемой среды, отличающийся тем, что, с целью уменьшения нелинейности выходной характеристики, в него вве5 дены автогенератор и измеритель амплитуды напряжения, а в датчик давле— ния дополнительно введены установленный в корпусе неподвижный электрод, 1 имеющий равномерное резистивное сопротивление, образующий с подвижным электродом плоский конденсатор, и

1 ось вращения подвижного электрода, установленная в центре мембраны,при этом один конец подвижного электрода смонтирован на оси вращения, а другой свободный подключен к измерителю амплитуды напряжения соединенному с одним их выводов автогенератора, 20 причем неподвижный электрод изолирован от корпуса и своими концами подсоединен к выводам .автогенератора.

1631326 аов

0,04 о,ог

40 г,мкю

Фы. Я

Составитель О.Полев

Техред Л,Серд окова

Редактор И.Сегляник

Корректор М.Максимишинец

Заказ 536 Тираж 356 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101