Емкостный матричный датчик давления и способ его изготовления

 

Изобретение относится к емкостным матричным датчикам давления и способу их стабилизации, что позволяет измерять давление в диапазоне от 100 до 3·10⁷ н/м². Конструкция датчика содержит изоляционный слой из диэлектрической пленки, промежуточную пленку (упругий элемент) с отверстиями и две металлизированных пленки. На поверхности двух пленок металлизированы обкладки, экраны и выводы датчика. Причем толщина упругого элемента выбирается больше в 2 - 2,5 раза толщины мембраны. Сущность способа изготовления заключается в том, что до формирования на верхней и нижней пленках металлизированных обкладок, выводов и экранов пленку, а также упругий элемент подвергают вытяжке при температуре, не превышающей температуры их размягчения. Допустимая величина давления увеличивается за счет увеличения модуля упругости пленок. 2 с. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений при аэродинамических и натурных испытаниях авиационной техники. Целью изобретения является повышение точности и увеличение верхнего предела измерения давления. На фиг. 1 показан предлагаемый датчик в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1. Датчик имеет изоляционную диэлектрическую пленку 1, пленочную основу 2 с выводами 3, обкладками 4, экраном 5, промежуточную диэлектрическую пленку 6, которая содержит канал 7, канавки 8, отверстия 9. Верхняя диэлектрическая пленка 10 оснащена выводом 11, мембраной 12, обкладками 13 и экраном 14. Между диэлектрическими пленками находятся слои клея 15. В датчике все диэлектрические пленки выполнены из полиимидной пленки. Изоляционная диэлектрическая пленка 1 предназначена для изоляции экрана 5, выводов 3 и обкладки 4 от исследуемого объекта. Экраны 5, 14 защищают обкладки 4, 13 и выводы 3, 11 от внешних электромагнитных помех, трибоэлектрического эффекта и паразитных емкостных связей. Сигнал с выхода датчика снимается с выводов 3. Напряжение поляризованного датчика подается к выводу 11. Диэлектрическая пленка между обкладками 4 и 13 содержит по одному отверстию 9. Отверстия между собой связаны канавками 8, а с окружающей средой каналом 7. Цель связи отверстия 9 с окружающей средой заключается в том, что при проведении аэродинамических измерений в трубах закрытого типа необходимо выравнивание статического давления в отверстиях. Часть верхней диэлектрической пленки 10, находящейся над отверстиями 9, выполняет функцию мембраны 12. Модуля упругости больше номинального значения добиваются путем термовытяжки необходимой величины. Увеличение толщины упругого элемента больше чем в 2-2,5 раза толщины верхней пленки приводит к увеличению толщины датчика и снижению гибкости конструкции. Уменьшение толщины упругого элемента меньше чем в 2-2,5 раза толщины верхней пленки (мембраны) будет ограничивать измерение давления бoьшего значения, так как при этом изгиба мембраны внутри ячейки упругого элемента недостаточно и она будет упираться в основание датчика. Это является причиной снижения чувствительности датчика. Датчик работает следующим образом. При воздействии давления верхняя пленка с обкладками конденсатора изгибается по периферии окружности отверстий 9. При этом выходное напряжение, снимаемое с датчика, пропорционально напряжению поляризации датчика и соответственно относительному изменению емкости конденсаторов. Сущность способа изготовления датчика заключается в том, что до формирования на верхней и нижней пленках металлизированных обкладок конденсаторов, их выводов и экранов, пленку, а также промежуточную пленку подвергают вытяжке при температурах, не превышающих температуры их размягчения, а затем склеивают все пленки. Термовытяжку пленки из полиимида целесообразно проводить при измерении давления бoьшем номинального значения модуля упругости (3˙10⁹ н/м²). Допустимая величина давления увеличивается за счет увеличения модуля упругости верхней и нижней пленок. Так, после термовытяжки пленок на 150% модуль упругости при 20^оС возрастает от 3,5˙10⁹ до 8˙10⁹ н/м², после вытяжки при комнатной температуре на 100% модуль увеличивается вдвое. Применение датчика позволяет измерять пульсации давления при наличии статической составляющей этого давления. Это позволяет повысить эффективность аэродинамических испытаний. (56) Авторское свидетельство СССР N 1598631, кл. G 01 L 9/12, 03.02.89.

Формула изобретения

1. Емкостный матричный датчик давления, содержащий верхнюю и нижнюю диэлектрические пленки, на каждой из которых на одной из их поверхностей сформированы металлизированные обкладки конденсаторов, их выводы и с зазором от обкладок и выводов - экраны, расположенную между металлизированной поверхностью верхней пленки и нижней пленкой промежуточную диэлектрическую пленку, в которой выполнены сквозные отверстия под обкладками, соединяющие их канавки и канал, сообщающий одно из отверстий с атмосферой, при этом промежуточная диэлектрическая пленка выполнена из материала с модулем упругости меньшим и с коэффициентом диэлектрической проницаемости большим, чем у материала верхней и нижней пленок, а толщина нижней пленки больше толщины верхней пленки в 2 - 3 раза, причем все пленки склеены между собой, а металлизированная поверхность нижней пленки склеена с дополнительной диэлектрической пленкой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения верхнего диапазона давлений, в нем толщина промежуточной диэлектрической пленки больше в 2 - 2,5 раза толщины верхней пленки, а верхняя пленка и промежуточная пленка выполнены из материала, модуль упругости которого больше модуля упругости материала дополнительной диэлектрической пленки и диэлектрического материала нижней пленки. 2. Способ изготовления емкостного матричного датчика давления, заключающийся в формировании на верхней и нижней полиимидных пленках металлизированных обкладок конденсаторов, их выводов и экранов, склеивании металлизированных пленок с расположенной между ними промежуточной полиимидной пленкой и склеивании нижней пленки с дополнительной диэлектрической пленкой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и увеличения верхнего предела измерительного давления, верхнюю полиимидную пленку перед формированием металлизированных обкладок, выводов и экранов, а также промежуточную полиимидную пленку подвергают вытяжке при температуре, не превышающей температуру их размягчения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4