Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в , различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды. Целью изобретения является .повышение точности в условиях действия термоудара, увеличение термостойкости и чувствительности за счет размещения радиальных тензорезисторов в зоне мембраны, где температура и ее изменение полностью идентичны температуре и ее изменению в зоне размещения окружных тензорезисторов и за счет идентичности и минимизации термических сопротивлений зон размещения радиальных и окружных тензорезисторов. В датчике давления окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных кольцевых секторов, ограниченных с наружной стороны границей раздела мембраны и опорного основания , с внутренней стороны - окружностью, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основания, и с боковых сторон - радиусами мембраны, причем параметры секторов выбраны по приведенным соотношения. 4 ил. Of Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 G 01 1 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и (21) 4600775/10 (22) 02.11.88 (46) 07.12.91. Бюл, ¹ 45 (72) Е,М. Белозубов (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1615578, кл. G 01 1 9/04, 01.09,88. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в . различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температу ры измеряемой среды. Целью изобретения является ловышение точности в условиях действия термоудара, увеличение термостойкости и чувствительности за счет размещения радиальных тензореэисторов в зоне

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара).

Целью изобретения является повышение точности в условиях действия термоудара, увеличениетермостойкости и чувствительности.

На фиг. 1 изображен предлагаемый датчик давления; на фиг. 2 — то же, общий вид; на фиг. 3 — узел I на фиг. 1; на фиг. 4 — узел

П на фиг. 1.

Датчик давления содержит корпус 1, упругий элемент в виде круглой мембраны 2, ыполненной за одно целое с опорным ос„„ Ы„„1696918 А1 мембраны, где температура и ее изменение полностью идентичны температуре и ее изменению в зоне размещения окружных тенэорезисторов и эа счет идентичности и минимизации термических сопротивлений эон размещения радиальных и окружных тенэорезисторов, В датчике давления окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных кольцевых секторов, ограниченных с наружной стороны границей раздела мембраны и опорного основания, с внутренней стороны — окружностью, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основания, и с боковых сторон — радиусами мембраны, причем параметры секторов выбраны по приведенным соотношения. 4 ил.

° авй нованием 3; на которой расположены соединенные в мостовую схему тензорезисторы.

Окружные 4 и радиальные 5тензорезисторы 0 выполнены в виде соединенных низкоомны- О ми перемычками 6 и равномерно размещен- ? ных по периферии мембраны идентичных QQ кольцевых секторов 7. Каждый кольцевой .. сектор ограничен с внутренней стороны окружностью 8, равноудаленной от границы 9 раздела, мембраны и опорного основания.

С наружной стороны секторы ограничены границей 9 раздела мембраны и опорного основания, Датчик давления работает следующим образом.

При воздействии на мембрану давления в ней возникают радиальные и тангенциаль1696918 ные напряжения, которые приводят к появлению на планарной стороне мембраны радиальных и тангенциальных деформаций (фиг. 3 и 4), Так как кольцевые секторы ограничены с наружной стороны границей раздела мембраны и опорногс основания, с внутренней стороны — окружностью„равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основания, и с боковых сторон радиусами мембраны, а также в связи с тем, что параметры кольцевых секторов выбраны исходя из представленных соотношений, сектор окружного тензореэистора (фиг.

3) подвергается воздействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора.

В результате воздействия таких деформаций сопротивление сектора окружного тенэорезистора увеличится, Вследствие аналогичных причин .Сектор радиального тензореэистора (фиг. 4) подвергается еоадействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора, и сжимающих радиальных деформаций, направленных вдоль длины резистора. В результате воздействия таких деформаций сопротивление сектора радиального тензорезистора уменьшится „

В связи с тем, что окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомных перемычками и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных секторов, то во-первых, изменение сопротивления окружных и радиальных тензорезисторов будет равно сумме изменений сопротивлений соответствукицих секторов, а во-вторых, изменения сопротивлений соответствующих секторов равны между собой. Увеличение сопротивлений протиВОПОЛОЖНО ВКЛЮЧЕННЫХ ОКРУЖНЫХ РЕЭИсторов и уменьшение противоположно включенных радиальных резисторов преобразуются мостовой схемой в электрический сигнал, который поступает на выходные контакты датчика. При воздействии нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара) вследствие различных термических сопротивлений сравнительно тонкой мембраны и массивного опорного основания на мембране возникает неравномерное поле температур, В связи с тем, что размеры секторов радиальных и окружных тензорезисторов одинаковы, à все секторы с наружной стороны ограничены границей раздела мембраны и опорного Основания, а с внутренней стороны — окружностью, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного Основания, то несмотря на нестационарный характер изменения температу5

55 ры на планарной стороне мембраны, среднеинтегральная температура секторов окружных и радиальных тензорезисторов, изменяясь со временем, будет одинакова в каждый конкретный момент времени. Одинаковая температура радиальных и окружныи тензорезисторов в каждый конкретный мо-. мент времени вызывает одинаковые изменения сопротивлений тенэорезисторов, которые вследствие включения тензорезисторов в мостовую схему взаимно компенсируются.

Аддитивная температурная погрешность датчика давления при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды от+5 С до температуры жидкого азота не превышает 0,6

П реимуществом предлагаемого датчика является повышение точности в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды за счет полной идентичности температуры и ее изменения при термоударе в зоне размещения радиальных и окружных тензорезисторов. Другим преимуществом конструкции является увеличение нагревостойкости за счет идентичности и минимизации термических сопротивлений эон размещения радиальных и окружных тензорезисторов, а также их отдельных элементов.

Преимуществом конструкции является также повышение чувствительности за счет размещения радиальных и окружных тензорезисторов в зоне максимального изменения радиальных деформаций, а также за счет суммирования воздействия радиальных и тангенциальных деформаций.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, мембрану с утолщенным периферийным основанием и. закрепленные на планарной стороне мембраны и соединенные низкоомными перемычками в мостовую схему окружные и радиальные тенэореэисторы, выполненные в виде тензоэлементов, соединенных последовательно другими низкоомными перемычками, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в условиях действия термоудара, увеличения термостойкости и чувствительности, в нем тензоэлементы выполнены в виде кольцевых секторов, причем одна дуга каждого кольцевого сектора расположена на окружности радиуса ri мембраны, а другая — по окружности радиуса г, который определен иэ условия г2 >0,8r1, при этом боковые стороны кольцевого сектора расположены по. радиусам, угол О между которыми определен из условия

1696918

1696918

Составитель 4. Слюсарев

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т. Малец

Редактор Т. Зубкова

Заказ 4299 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1130 35, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

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