Емкостный датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам , и обеспечивает работоспособность при повышенной температуре и расширяет температурный диапазон измерений. Датчик содержит мембрану 3 с жестким центром и противолежащую ей с зазором пластину 9, на которых расположены тонкопленочныеэлектроды 5-8. На всех электродах равномерно выполнены сквозные отверстия, покрытые пленкой из диэлектрического материала, которые позволяют избежать перепада давления по обе сторону от тонкопленочных электродов 5-8 и их вздутия. Работа датчика основана на изменении емкости между электродами 5, 8 при изменении давления. Датчик обеспечивает надежную работу в диапазоне температур от - 50 до 900°С. 2 з.п.ф-лы. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 G 01 1 9/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ. ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4678703/10 (22) 11.04.89 (46) 15.04.91. Бюл. ЬЬ 14 (72) Е.M.Áåëoçóáoâ (53) 531.787 (088.8) (56) Патент США

hh 4562742, кл. G 01 L 9/12, 1986. (54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам, и обеспечивает работоспособность при повышенной температуре и расширяет температурный диапазон измерений. Дат Ж 1642288 А1 чик содержит мембрану 3 с жестким центром и противолежащую ей с зазором пластину 9, на которых расположены тонкопленочные. электроды 5-8, На всех электродах равномерно выполнены сквозные отверстия, покрытые пленкой из диэлектрического материала, которые позволяют избежать перепада давления по обе сторону от тонкопленочных электродов

5-8 и их вэдутия. Работа датчика основана на изменении емкости между электродами

5, 8 при изменении давления. Датчик обеспечивает надежную работу в диапазоне температур от - 50 до 900 С. 2 з.п.ф-лы. 3 ил.

1642288

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давлений в условиях воз-. действия повышенных температур, Целью изобретения является обеспечение работоспособности при повышенных температурах.

На фиг, 1 изображен предлагаемый емкостный датчик давления; на фиг. 2 — узел t на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез А-А на фиг. 2.

Емкостный датчик давления содержит корпус 1, упругий элемент 2, выполненный в виде мембраны 3 с жестким центром, сформированной за одно целое с опорным основанием 4..На упругом элементе размещены электрически изолированные от корпуса тонкопленочные токопроводящие электроды 5 и 6. Тонкопленочные токопроводящие электроды 7 и 8 размещены на пластине 9, жестко закрепленной с.зазором на упругом элементе, электроды 5 и 8 образуют измерительный конденсатор, а электроды 6 и 7 — эталонный конденсатор.

Электроды. 5-8 электрически изолированы друг от друга и от корпуса 1 при помощи. диэлектрической пленки 10, Электроды конденсаторов при помощи плоских выводных проводников 11 соединены с внешними выводами 12 при помощи сварки, Жесткое соединение пластины 9 и упру.гого элемента 2 осуществлено при помощи сварки стержней 13 к упругому элементу 2 и пластине 9.

В электродах 5-8 BbllloRHBMbl равномерно размещенные по их поверхностям сквозные отверстия 14 (см, фиг, 2), На поверхности электродов 5-8 и отверстиях 14 размещена пленка диэлектрического материала 15, аналогично диэлектрику упругого элемента или пластины. соответственно, Емкостный датчик давления работает следующим образом;

Измеряемое давление воздействует на мембрану со стороны жесткого центра. Под воздействием измеряемого давления электрод 5, расположенный в области жесткого центра, перемещается в направлении электрода 8, вследствие чего емкость измерительного конденсатора увеличивается.

Емкость эталон ного конденсатора (электроды 6 и 7) не зависит от измерительного и эталонного конденсаторов, сигналы передаются на внешние выводы и на нормирующее устройство, которое формирует выходной сигнал, зависящий от измеряемого давления. При воздействии высокой температуры измеряемой среды из диэлектрической пленки 10 вследствие ее принципиально более рыхлой структуры, по сравнению с металлическими пленками, а также в связи. с принципиальной необходимостью вакууми рования межэлектродного зазора датчика, происходит интенсивное газовыделение из .внутреннего объема диэлектрической пленки 10. В связи с тем, что в электродах. выполнены равномерно размещенные по их поверхности сквозные отвер10 стия, то газовыделение не приводит к

cîçäàíèþ перепада давлений по обе стороны от электродов и, следовательно, не приводит .к вздутию тонкопленочных электродов. Наличие в электродах равно15 мерно размещенных сквозных отверстий приводит также к уменьшению вероятности отслоений вследствие уменьшения усилий термодеформаций, так как отверстия являются своеобразными деконцентраторами

20 напряжений термодеформаций

Емкостные датчики давления в соответствии с предлагаемым. решением работоспособн.ы без вздутия и отслоения электродов от температуры минус 50 до 900950 С. Емкостные датчики давления, изготовленные в соответствии с прототипом, работоспособны в температурном диапазоне от минус 50 до 400 С.

Таким образом, преимуществом предлагаемого емкостного датчика давления является обеспечение работоспособности при

30 повышенных температурах и расширение температурного диапазона за счет устранения вздутия электродов вследствие устранения перепада давлений от газовыделения при

35 повышенных температурах эксплуатации и за счет устранения отслоений электродов вследствие существенного увеличения усилий присоединения электродов к диэлектрику упругого элемента и пластины по сравнению

40 с термодеформациями, возникающими между тонкопленочными электродами и соответствющими диэлектриками. Преимуществом предлагаемой конструкции является устра45. нение активной проводимости между электродами, вызванной электронной эмиссией с электродов при повышенных температурах, за счет размещения на поверхности электродов пленки диэлектрического мате50 риала.

Формула изобретения

1. Емкостный датчик давления, содержащий вакуумированный корпус, упругий элемент с жестким центром, выполненный

55 за одно целое с опорным основанием, на котором жестко закреплена пластина с зазором относительно поверхности упругого элемента, при этом на упругом элементе и пластине размещены электрически изолированные диэлектрической пленкой элект1642288 роды, образующие рабочий и эталонный конденсаторы, и выводные проводники, соединяющие электроды с внешней схемой, отличающийся тем, что, с целью обеспечения работоспособности при повышенных температурах, в нем в электродах выполнены сквозные отверстия, равномерно расположенные по их поверхности.

2. Датчик по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что в нем на поверхности электродов в отверстиях размещена пленка диэлектрического материала, имеющая толщину; превышающую толщину электродов, при этом ее материал аналогичен материалу диэлектрической пленки, расположенной на упругом элементе и пластине.

З.Датчик по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что отверстия в электродах вы5 полнены круглыми, а их диаметр 0 удовлетворяет условию

DL0,1{d - e), где d — расстояние между электродами.упругого элемента и пластины в нормальных

10 условиях; в - прогиб упругого элемента под действием максимального измеряемого давления, при этом расстояние между соседними от15 верстиями равно диаметру отверстия.