Датчик давления

 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к емкостным датчикам давления, и может быть использовано при замере давления в средах с наличием перегрузок. Цель изобретения - повышение надежности и устойчивости к многократным перегрузкам. Это достигается за счет снабжения датчика упругим элементом, пружиной 4, подпружинивающей пластину 3 с электродами. Кроме того, жесткий центр 8 мембраны 2 выполнен с утолщением с противоположной стороны от измеряемого давления. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ЦИ (И) (5g)5 G 0i L 9/12

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4727848/10 (22) 07.08.89 (46) 15.07.91. Вюл. N- 26 (72) В.А.Зиновьев и Н,В.Феоктистова (53) 381.787(088.8) (56) Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления. Тезисы к Всесоюзной конференции. Пенза, 1989, с. 14-15. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емко. сФным преобразователям давления, и может быть использовано для измерения статических и динамических давлений жидких и газообразных высоко2 температурных сред. Цель изобретения — повышение точности измерения давления. Датчик давления содержит упругую мембрану 2 с жестким центром

3 в форме полого цилиндра, в который со стороны подачи давления жестко устанавливается втулка 5 из конструкционного материала с более высоким температурным коэффициентом линейного расширения, чем у материала мемб. раны 2, на которой в центре сформирован дополнительный электрод термокомпенсационного конденсатора s форме круга, причем термокомпенсационный конденсатор подключается к измерительному конденсатору, образованному кольцевыми электродами, либо параллельно, либо последовательно.

1 ил.

1663461

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным преобразователям давления, и может быть использовано для измерения 5 статических и динамических давлений жидких и газообразных высокотемпературных сред.

Цель изобретения - повышение точности измерения давления путем умень- о шения температурной погрешности.

На фиг. 1 изображен емкостный датчик давления, разрез; на фиг ° 2— разрез. А-А (измерительная схема, в которую включен датчик, не показана). 15

Датчик содержит корпус 1, упругий элемент — мембрану 2 с жестким центром 3, выполненные за одно целое с корпусом, пластину 4, втулку 5, жестко соединенную по контуру с жестким 20 центром 3 сваркой. На поверхностях мембраны 2 втулки 5 и пластины 4, обращенных одна к другой, сформированы методом напыления обкладки 6, 7 конденсатора измерительного (С„}, об- 25 кладки 8, 9 компенсационного.конден- . сатора (С„) и обкладки 10, 11 эталонного конденсатора (С ), которые включены в электрическую измерительную схему с помощью проводников, Конструкция 3О датчика основана на принципе изменения начального зазора d между пластиной

4 и мембраной 2 при воздействии давлеHHH Р .

Емкость С„ измерительного конденсатора и емкость С эталонного конденсатора становятся равными на самом низком уровне измеряемого давления, что достигается идентичньп выполнением поверхностей этих конденсаторов ц1) (С Х и C ) и сохранением одинакового расстояйия между этими поверхностями, т.е. d„=d, где d — зазор между электродамй измерительного оконденсатора, 1 — зазор между электродами эталоно ного конденсатора.

Датчик давления работает следующим образом.

При подаче измеряемой среды с давлением Р на мембрану 2 происходит ее 50 прогиб и относительное перемещение жесткого центра 3 на величину gd > . между электродом 6, расположенным на мембране 2 в районе жесткого центра

3, и электродом 7, расположенным на пластине 4, в результате чего меняется (увеличивается) емкость С> измерительного конденсатора на величину Сх, тогда емкость С> эталонного конденсатора, расположенная между мемб-. раной 2 и пластиной 4, остается относительно постоянной.

Величины емкостей передаются с помощью измерительной схемы на регистрацию аппаратуру, преобразующую их в выходной сигнал пропорционально отношению емкостей С /С„, где Сб емкость конденсатора при нулевом давлении. Величина этого отношения на самом низком уровне измеряемого давления соответствует значению

С /С (Р )=1, т.е. емкость измерительного и эталонного конденсаторов устанавливается равным на самом низком уровне измеряемого.давления. Возникающие температурные напряжения в материале корпуса изменяют величины зазоров конденсаторов между обкладками 6-11 электродов неравномерно в силу неоди» иаковых изменений размеров толщин мембраны и пластины, образующих заЗора

Следовательно, значение измерительной емкости С уже при давлении, равном нулю, изменяется пропорционально изменению температуры., причем значение измерительной емкости

С отличается от емкости С, т.е. при температуре Со/Су. (Ро ) Ô1.

Так как материал втулки 5 по температурному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР) выбран с достаточно высокой степенью чувствительности к малому изменению температуры относительно материала мембраны, то установка втулки 5 в цилиндрическую часть жесткого центра 3 мембраны 2 меняет относительное положение поверхностей электродов 6 и 8, т.е. компенсационный конденсатор (С ) является более чувствительным к температуре, чем измерительный коиденсатор (Сх), и является таким образом термокомпенсационным. Подсоединяя компенсационную емкость С к измерительной емкости

СХ последовательно, или параллельно, отношение емкостей — — -(p О

Со

Сх+С о при параллельном соединении, емкостей

Х k (P t).

Со

ССк ©

И

Сх+С

4Ь8. 2

Составитель О.Полев

Редактор М.Келемеш Техред А,Кравчук Корректор Л.Патай

Заказ 2777 Тираж 357 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

5 с 66 при последовательном соединении С к и С остается не измененным при любых изменениях температуры.

Таким образом, положительный эффект в изобретении достигается за счет компенсации температурных изменений соотношения емкостей эталонного и измерительного конденсаторов путем подключения последовательно, или параллельно компенсационного (термозависимого) конденсатора к измерительному. Кроме того, достигается практически полное исключение темпе-. ратурной погрешности начального выходного сигнала, а следовательно, увеличение точности измерений давлений измеряемой среды в 1,5-2 раза в диапазоне от -200 до +200 С криогенных температур.

Формула изобретения

Устройство для измерения давле" ния, включающее емкостный датчик давления и измерительную схему с регистратором, при этом датчик давления содержит вакуумированный корпус, упругую мембрану с жестким утолщенным центром, выполненным со c oðoíû подвода измеряемой среды, изолированными центральным электродом измерительного конденсатора и кольцевым периферийным электродом эталонного конденсатора и установленную с зазором относительно мембраны пластину с расположенными на ней зеркальносимметричными неподвижными изолированными электродами измерительного и

5 эталонного конденсаторов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности sa счет уменьшения температурной погрешности, в датчике давления в жестком центре мембраны по центру выполнено сквозное отверстие, в которое установлена с зазором введенная в датчик втулка, выполненная из материала с коэффициентом линейного расширения большим по сравнению с коэффициентом линейного расширения материала мембраны, при этом один торец втулки жестко скреплен с торцовой частью жесткого центра, а ее свободный торец расположен заподлицо с поверхностью мембраны и на нем установлен через изолирующую прокладку дополнительный круглый электрод, введенный в датчик термокомпенсационного конденсатора, второй ответный электрод которого в виде круга расположен зеркально-симметрично на пластине, а электроды измерительного конденсатора выполнены в форме колец, один иэ которых установлен по краю

30 отверстия жесткого центра, а другойна пластине, при этом термокомпенсационный конденсатор включен в измерительную схему последовательно или параллельно с измерительным конденса