Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостным датчикам давления. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения нелинейности и повышения чувствительности. Датчик содержит мембрану 1, выполненную заподлицо в торце цилиндрического основания, диск 3, крышку 2 в виде стакана. На пленарной стороне мембраны 1 и диске 3 в зеркально отображенном виде размещены центральные 7 и периферийные 8 электроды. В днище крышки 2 установлены упорные винты 6, расположенные напротив жесткой кольцевой части диска, через центральное отверстие в днище крышки пропущена закрепленная в центре диска шпилька 4, на другой конец которой навинчена гайка 5. При подаче давления мембрана шрогибается и изменяется емкость центрального конденсатора, по которой судят о давлении. Предусматривается регулировка нелинейности градуировочной характеристики в зависимости от характера изменения чувствительности ослаблением или усилением натяга гайки 5, а также в зависимости от величины чувствительности при предельном давлении перемещение диска 3 либо к мембране 1, либо от мембраны равномерным регулированием натяга винтов 6 и гайки 5. 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s>)s 6 01 1 9/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

k (21) 4783101/10 (22) 16.01,90

{46) 15.03.92. Бюл. hb 10 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) В.А. Зиновьев, А . И. Русских, В, Я. Дуркин и В. Б. Акимов (53) 531.787{088.8) (56) Патент США М 4562742, кл. G 01 L 9/12, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1649320, кл. G 01 1 9/12. 1989. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостным датчикам давления. Цель изобретения повышение точности измерения за счет уменьшения нелинейности и повышения чувствительности. Датчик содержит мембрану 1, выполненную заподлицо в торце цилиндрического основания, диск 3, крышку 2

„„5U,, 1719941 А1 в виде стакана. На планарной стороне мембраны 1 и диске 3 в зеркально отображенном виде размещены центральные 7 и периферийные 8 электроды. В днище крышки 2 установлены упорные винты 6, расположенные напротив жесткой кольцевой части диска, через центральное отверстие s днище крышки пропущена закрепленная в центре диска шпилька 4, на другой конец которой навинчена гайка 5. При подаче давления мембрана:прогибается и изменяется, емкость центрального конденсатора, по которой судят о давлении. Предусматривается регулировка нелинейности градуировочной характеристики в зависимости от характера изменения чувствительности ослаблением или усилением натяга гайки 5, а также в зависимости от величины чувствительности при предельном давлении перемещение диска 3 либо к мембране 1, либо от мембраны равномерным регулированием натяга. винтов 6 и гайки 5. 2 ил.

1719941

Поставленная цель достигается тем, что датчик давления, содержащий мембрану, выполненную заподлицо в торце цилиндрического основания, диск, установленный с 55 зазором напротив мембраны, крышку в виде стакана, закрепленную по периферии торца основания, круглые электроды, размещенные на диске и мембране, и кольцевые электроды, размещенные на диске и

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

Известны емкостный датчик и способ его изготовления, заключающийся в формировании двух диэлектрических оснований, вакуумировании диэлектрических оснований до более глубокого, по сравнению с рабочим. вакуума, нагревании диэлектрического основания до температуры, превышающей максимальную рабочую температуру, выдерживании диэлектрического основания при этой температуре в вакууме, снижении температуры до расчетной величины, а затем нанесении электродов при этой температуре.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является емкостный датчик давления, содержащий прогибающую мембрану и плоский диск. На мембране установлены два кольцеобразных электрода: .первый является чувствительным элементом, второй — эталонным. Диск обращен в сторону прогибаемой поверхности мембраны, содержит кольцеобразный электрод, который вместе с электродом образует чувствительную к измерительному параметру емкость датчика. Механическая распорка, установленная в центральной части пространства между мембраной и диском, поддерживает постоянным расстояние между ними, не препятствуя прогибу мембраны. Диск закрывается корпусом, который по периметру соединяется с мембраной. На крышке установлен эталонный кольцеобразный электрод, положение которого соответствует кольцеобразному эталонному электроду на мембране. Эти два кольцеобразных электрода образуют эталонную емкость датчика.

Недостатками известного датчика являются значительная нелинейность характеристики и малая чувствительность, обусловленные тем, что нет механизма выставки зазора между электродами, в результате чего снижается точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности за счет уменьшения нелинейности и повышение чувствительности.

50 торцовой поверхности основания, снабжен резьбовой шпилькой с гайкой и упорными винтами, а диск выполнен с утонченной упругой центральной частью, диаметр которой равен диаметру мембраны, и жесткой кольцевой частью, причем в днище крышки выполнены сквозное центральное отверстие и резьбовые отверстия, расположенные напротив жесткой кольцевой части диска, при этом s центре диска закреплен один конец шпильки, пропущенной через центральное отверстие днища крышки, на другом конце, которой навинчена гайка, а упорные винты, установлены в резьбовых отверстиях.

Положительный эффект, заключающийся в увеличении точности, достигается за счет точности выставки величины зазора и придания профильной формы диска вместе „ с электродом измерительной емкости.

На фиг. 1 показаны конструкция датчика давления и топология электродов на поверхности мембраны; на фиг. 2 — профильность (вогнутость) диска по отношению к мембране.

Датчик давления включает мембрану 1, крышку 2, диск 3, закрепленный в крышке 2 с помощью резьбовой шпильки 4 и гайки 5.

Последняя служит для поджатия диска 3 до упора к винтам 6, которые установлены по периферии корпуса 2. На планарной стороне мембраны 1 и диске 3 в зеркально отображенном виде размещены центральные 7 и периферийные 8 электроды.

Датчик давления работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления Р» на мембрану 1 происходит ее прогиб, и при давлении (0,4-0,6) Р по профилю она приобретает точно такую же форму, как и диск

3, т. е. происходит относительное перемещение центрального электрода 7, расположенного в центре мембраны 1, в результате чего изменяется (увеличивается) емкость центрального конденсатора на величину С» и становится равной

Сц=Со+С», где Сц — емкость центрального конденсатора, состоящего из электродов 7; Со — емкость центрального конденсатора на самом низком уровне измеряемого давления;

С» — величина приращения емкости от уменьшения зазора за счет выпуклости мембраны.

Учитывая, что при воздействии давления зазор между периферийными электродами 8, образующими эталонный конденсатор, не меняется, а также то, что площади электродов 7 и 8 равны между собой, емкость Сэ

1719941 остается постоянной при любом давлении и равна Со

Сэ=Со, где Сэ — величина емкости эталонного конденсатора, состоящего из периферийных 5 электродов 8.

Таким образом, при воздействии давления Рх емкость измерительного конденсатора Сц, состоящего из электродов 7, увеличивается на величину Сх, а емкость tO эталонного конденсатора Сэ, состоящего из периферийных электродов 8,. не изменяется.

В преобразователе емкости в напряжение выходной сигнал изменяется пропорци- 15 онально величине отношение емкостей измерительного конденсатора к эталонному " . Величина э гого отношения соотСц Рх

С.ц(Р,)

Сц Со+ Сх ветствует значению ц (Рх ) =

Сэ о т. е. выходной сигнал изменяется пропорционально изменению давления P„, Повышение чувствительности в датчике" обеспечивается минимизацией до предель- 25 но возможной величины зазора между мембраной 1 и диском 3, а следовательно, между..электродами 7 и 8 конденсаторов за счет резьбового штока 4 и установленной на нем гайки 5, с помощью которой поджимают 30 диск 3 до упора к винтам 6. Величину зазора устанавливают в соответствии с требованиями величины емкости и ее девиации от предельного давления, т. е. обеспечивают максимальную чувствительность, которая возможна при заданной поверхности электродов. При помощи поджатия гайки 5 и уменьшения сечения за счет проточки на диске 3 обеспечивается профилирование (вогнутость) электрода 7, аналогичного по 40 профилю (выпуклости) мембраны 1 при(0,40,6) Рн (фиг. 2); P„— предельно допустимое давление.

Таким образом, вогнутый профиль по- 45 верхности диска 3 позволяет более равномерно осуществлять сближение между электродами 7, в результате чего повышается чувствительность и снижается нелинейность градуировочной характеристики.

В таблице приведены характерные статические данные для емкостных датчиков давления, разработанных по прототипу (N 1 — 5) и по изобретению (М 6-10), Из таблицы видно, что нелинейность уменьшается практически на порядок, а условный показатель чувствительности Сц/Сэ . (Рн) в предлагаемой конструкции датчика, возрастает в два раза, причем во всех датчиках имеет одинаковую величину.

Кроме того, в предлагаемом датчике уменьшается основная погрешность уо в 22,5 раза, что свидетельствует о повышении точности датчика по сравнению с известной конструкцией.

Предлагаемый датчик и способ его настройки выгодно отличаются от прототипа повышенной в 2-2,5 раза точностью при более технологическом уровне изготовления, Формула изобретения

Датчик давления, содержащий мембрану,.выполненную Эаподлицо в торце цилиндрического основания, диск, установленный с зазором напротив мембраны, крышку в виде стакана, закрепленную по периферии торца основания, круглые электроды, размещенные на диске и мембране, и кольцевые электроды, размещенные на диске и торцовой поверхности основания, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения нелинейности и повышения чувствительности, он снабжен резьбовой шпилькой с гайкой и упорными винтами, а диск выполнен с утоненной упругой центральной частью, диаметр которой равен диаметру мембраны, и жесткой кольцевой частью, причем в днище крышки выполнены сквозное центральное отверстие и резьбовые отверстия, расположенные напротив жесткой кольцевой части диска, при этом в центре диска закреплен один конец шпильки, пропущенной через центральное отверстие днища крышки, на другом конце которой навинчена гайка, а упорные винты установлены в резьбовых отверстиях.

1719941 а2

Составитель Э, Дмитриева

Редактор И. Касарда Техред М.Моргентал Корректор Н, Ревская

Заказ 766 Тираж 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