Емкостный датчик давления

 

Изобретение относится к емкостным датчикам давления и может быть использовано для измерения статического и динамического давлений жидких и газообразных сред. Цель изобретения - увеличение точности измерения. Достигают это за счет того, что в датчике давления, содержащем корпус 1, мембрану 2 и колпачок 4 с установленными на их поверхностях электродами измерительного и эталонного конденсаторов, в верхней части коляачка устанавливается с натягом диск-герморазъем 6, а по периферии дна колпачок жестко соединен с утолщенным периферийным участком 3 мембраны 2. 3 ил.

СОЮЗ COBETCKVIX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 1 9/12

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

4 ф(цр ре у .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4735146/10 (22) 05.09.89 (46) 07.09.91. Бюл. hb 33 (72) В,А. Зиновьев, B.Á. Акимов и А.И. Русских (53) 531.787(088.8) (56) Патент США М 4562742, кл. G 01 L 9/12, 1986. (54) ЕМКОСТНЫИ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к емкостным датчикам давления и может быть использовано для измерения статического и динами,„, Я2 „„16757ОЗ А1 ческого давлеиий жидких и газообразных сред. Целгь изобретения - увеличение точности измерения. Достигают это за счет того, что в датчике давления, содержащем корпус

1, мембрану 2 и колпачок 4 с установленными на их поверхностях электродами измерительного и эталонного конденсаторов, в верхней части колпачка устанавливается с натягом диск-герморазъем 6, à по периферии дна колпачок жестко соединен с утолщен н ы м периферийным участком 3 мембраны 2. 3 ил.

1675703

Изобретение относится к измерительной технике (в частности, к датчикам давления) и может быть использовано для измерения статического и динамического давления в жидких и газообразных средах.

Целью изобретения является увеличение точности измерения давления, На фиг, 1 показан емкостный датчик давления, разрез; на фиг, 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез Б — Б на фиг. 1.

Датчик давления включает корпус 1, защемленную мембрану 2 с утолщенным периферийным участком 3, колпачок 4, имеющий форму полого цилиндра с дном 5, и установленный с натягом в верхней части колпачка диск — герморазъем 6. На планарной поверхности мембраны 2 выполнены опорный (эталонный) 7 и измерительный 8 электроды, которые с помощью контактных площадок 9 соединяются с контактами 10 герморазъема 6. На внешней поверхности дна 5 колпачка 4 выполнены соответственно неподвижный опорный 11 и неподвижный

12 электроды, подсоединенные общей контактной площадкой 13 к контакту 10 герморазъема 6, Датчик работает следующим образом, При подаче давления Р>< через канал корпуса 1 мембрана 2 прогибается на величину Л х, В результате этого зазор между измерительными электродами 8 и 12, образующими измерительный конденсатор, также изменяется, следовательно, изменяется и емкость измерительного конденсатора на величину Л С><, т.е. емкость измерительного конденсатора определяется выражением

Сц=Сх+Л Сх, (1) где Сх — начальная емкость конденсатора (без подачи давления);

ЛСх — величина приращения емкости от изменения давления, а зазор между опорными электродами 7 и 11, образующими опорный конденсатор, не меняется, так как опорный электрод 7 расположен на недеформируемом участке мембраны, следовательно, его емкость (C<>) практически постоянна и не меняется во время измерения, т.e, C<>=const.

Учитывая, что емкости измерительного

Сх и опорного Со конденсаторов устанавливаются равными, т.е, СО=Сх, и в преобразователе емкости в напряжение используется

С отношение емкостей —, то без подачи давСо ления это отношение имеет выражение

Со Сх

С< Сх (2) а при изменении давления это выражение имеет вид

С<> Сх + ЛСх (3)

Со С><

Из выражения (3) видно, что выходной сигнал изменяется пропорционально измеряемому давлению.

Повышение точности в предлагаемом датчике обеспечивается тем, что профиль поверхности дна 5 колпачка 4, а следовательно, и профиль неподвижного измерительного электрода 12 под воздействием установленного с натягом во внутрь колпачка диска-герморазъема 6, приобретает выпуклую форму, т.е. такую же. как и профиль мембраны 2 при воздействии на нее давления.

За счет этого обеспечивается линейность градуировочной характеристики датчика, Кроме того, регулированием натяга диска-герморазъема 6 в верхней части колпачка 4 можно устанавливать необходимый зазор между планарными поверхностями колпачка и мембраны с большей разрешающей способностью. Тем самым можно достичь величины зазора между электродами

10 — 15 мкм, 3а счет этого обеспечивается увеличение начальных емкостей конденсаторов, а следовательно, и увеличение чувствительности измерения. Плотное прилегание периферийных частей мембраны и колпачка с последующим жестким их закреплением прерывистой сваркой на участках в 3 — 5 мм по кольцу позволяет обеспечить надежное, с высокой степенью технологичности, крепление упругих элементов датчика.

Такая установка зазора обеспечивает высокую временную стабильность величины зазора между измерительными и опорными электродами, что также повышает точность измерения.

Изменение температуры на датчике вызывает равномерные температурные расширения упругих элементов датчика в силу равнотолщинности стенок колпачка и его соизмеримости с толщиной мембраны, а также одинаковости материалов, Следовательно, емкости С и С изменяются от температуры, по существу, в равной степени, а значит, и изменение выходного сигнала от температуры в преобразователе емкости в напряжение не происходит.

Формула изобретения

Емкостный датчик давления, содержащий корпус, упругую мембрану с утолщенным периферийным участком и изолированными центральным и периферийным электродами, измерительного и эталонного конденсаторов, герморазъем с

1675703

ro д

Составитель О. Полев

Тех ред М. Моргентал

Редактор М. Бланар

Корректор M. Кучерявая

Заказ 2994 Тираж 341 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 токоподводами и расположенный с зазором относительно мембраны монтажный элемент с зеркально-симметричными изолированными неподвижными электродами измерительного и эталонного конденсаторов, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения, в нем монтажный элемент выполнен в виде тонкостенного колпачка с вогнутым дном, а герморазъем — в виде диска, установленного с натягом внутри колпачка, при этом колпачок жестко соединен по контуру дна с утолщенным периферийным участком мембраны и соориентирован его вогнутостью в

5 сторону мембраны, причем в периферийной части дна выполнены сквозные проточки для вывода монтажных проводов, а неподвижные электроды измерительного и эталонного конденсаторов расположены на

10 вогнутой поверхности дна колпачка.