Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статическою и динамического давлений жидких и газообразных сред. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения нелинейности. Датчик содержит мембрану 1, проточка которой разделяет ее на центральную подвижную часть 2 и периферийную неподвижную часть 3. К периферийной неподвижной части 3 при помощи кольца 4 жестко крепится диск 5. На центральной подвижной части 2 и на диске 5 выполнены центральные электроды, образующие переменную емкость. На периферийной неподвижной части 3 и на диске 5 выполнены периферийные электроды 7, образующие эталонную емкость. От внешней среды электроды защищены гермопроходником 8, в котором предусмотрены контакты 9 для соединения электродов электронным преобразователем. При помощи штуцера 10 конструкция устанавливается на контролируемые объекты. 2 ил. СО С о о J го

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4803146/10 (22) 16.01.90 (46) 15.03.92. Бюл. N 10 (71) Научно-исследовател ьский институт физических измерений (72) В. А. Зиновьев и Н. B. Феоктистова (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1622788, кл. G 01 9/12, 1989.

Авторское свидетельство СССР

М 154695, кл. G 01 1 9/12, 1961. (54) ДАТЧ И К ДА В Л Е Н И Я (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статического и динамического давлений жидких и газообразных сред. Цель изобретения — повышение точности за счет

„„ Ц„„1719942 А1 уменьшения нелинейности. Датчик содержит мембрану 1, проточка которой разделяет ее на центральную подвижную часть 2 и периферийную неподвижную часть 3. К периферийной неподвижной части 3 при помощи кольца 4 жестко крепится диск 5. На центральной подвижной части 2 и на диске

5 выполнены центральные электроды, образующие переменную емкость. На периферийной неподвижной части 3 и на диске 5 выполнены периферийные электроды 7, образующие эталонную емкость. От внешней среды электроды защищены гермопроходником 8, в котором предусмотрены контакты 9 для соединения электродов электронным преобразователем. При помощи штуцера 10 конструкция устанавливается на контролируемые объекты. 2 ил.

1719942

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления, и может быть использовано для измерения статического и динамического давлений жидких и газообразных сред, 5

Известен емкостный преобразователь давления, содержащий корпус и мембрану, выполненные из одинакового материала и соединенные неразьемно, на которых размещены два электрода, 10

Недостатком известной конструкции является нелинейность, обусловленная отсутствием опорной емкости и неравномерным приращением емкости от измеряемого давления, за счет того, что подвижная мем- 15 брана от давления становится выпуклой, а неподвижный электрод остается плоским.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик давления, содержащий вакуумированный 20 корпус, мембрану, снабженную напротив нее диском, закрепленным в корпусе с помощью штока, емкостный преобразователь деформации, выполненный в виде двух пар противолежащих электродов — центрально- 25 го и периферийного, Недостатками известногсг"датчика давления являются нелинейность выходной характеристики из-за неплоскопараллельного перемещения электродов емкостей и нали- 30 чие внутренней полости в опорном основании. в результате чего образуетая застойная зона датчика, где может накапливаться и застывать измеряемая среда, Цель изобретения — повышение точно- 35 сти за счет уменьшения, нелинейности.

Поставленная цель достигается тем, что конструкция датчика давления, содержащего корпус с электродами и размещенную напротив электродов мембрану, предус- .40 матривает выполнение дополнительных изолированных электродов, зеркально симметричных электродам корпуса, а на мембране между дополнительными элект- родами выполнена кольцевая проточка с за- 45 данными размерами.

Положительный эффект, заключающийся в увеличении точности, достигается за счет выполнения кольцевой проточки и дополнительных изолированных электродов. 50

На фиг. 1 показаны конструкция датчика давления и топология электродов нэ поверхности мембраны; на фиг, 2 — разрез А — А на фиг. 1.

Датчик давления включает мембрану 1, 55 проточка которой разделяет ее на центральную подвижную часть 2 и периферийную неподвижную часть 3.

К периферийной неподвижной части 3 при помощи кольца 4 жестко крепится диск

5, На центральной подвижной части 2, со стороны, обратной воздействию измеряемой среды, а также на противолежащей стороне диска 5 выполнены центральные электроды 6, образующие переменную емкость С>. На периферийной неподвижной части 3 с той же стороны, а также на диске

5 выполнены периферийные электроды 7, образующие эталонную емкость Сэ. От внешней среды электроды, образующие емкости, защищены гермопроходником 8, в котором предусмотрены контакты 9 для соединения электродов 6 и 7 с преобразователем емкости в напряжение или ток. При помощи штуцера 10 конструкция устанавли-. вается на контролируемые обьекты.

Датчик давления работает следующим образом, При подаче измеряемого давления Р> на мембрану 1 происходят ее прогиб и riepeMeщение центральной подвижной части 2 по отношению к диску 5 вместе с центральным электродом 6, в результате чего меняется (увеличивается) емкость нэ величину Сх и становится равной

Сх=Со+ Л Сх, где Со — величина переменной емкости на самом низком уровне измеряемого давления.

Емкость периферийных электродов 7 не изменяется, так как периферийная неподвижная часть 3 от давления не перемещается по отношению к диску 5 и остается равной С . Равенство начальных емкостей при начальном уровне давления СО=СЭ обусловлено равенством площадей электродов и одинаковой величиной зазора между частями 2 и 3 мембраны по отношению к диСку 5.

Таким образом, от изменения давления Рх емкость между центральными электродами

6 увеличивается на величину Сх, а емкость между периферийными электродами 7 не изменяется. В преобразователе емкости в напряжение или ток выходной сигнал изменяется пропорционально величине отношений, переменной к эталонной емкости, а следовательно, пропорционально величине изменения давления.

Реализация осуществляется за счет выбора оптимальных размеров внутреннего и наружного радиусоь проточки в мембране 1 с позиции сохранения достаточной величины перемещения центральной подвижной части 2 при сохранении необходимой величины площади плоской ее поверхности для размещения центрального электрода 6 и достижения равенства площадей центральной подвижной и периферийной частей, где размещены электроды, при обеспечении плоскопараллельного переме1719942 щения центрального электрода. Размеры проточки, обеспечивающие указанные условия, задаются по соотношению

r=0-544 R, t=0,769 R, где r - внутренний радиус;

t — наружный радиус проточки;

R — радиус мембраны.

Таким образом, выполнение проточки в мембране по приведенному соотношению позволяет повысить точность датчика за счет обеспечения плоскопараллельного перемещения центрального электрода и отсутствия перемещения периферийного электрода от давления измеряемой среды.

При этом сохраняется равенство площадей электродов измерительной и эталонной емкостей.

Кроме того, выполнение проточки на мембране со стороны, обратной воздействию измеряемой среды, обеспечивает абсолютную плоскостность воспринимающего . элемента датчика (отсутствие углублений со стороны воздействия измеряемой среды), что позволяет использовать датчик для измерения вязких сред с высокой точностью, Сущность изобретения заключается в достижении плоскопараллельного перемещения центрального электрода с максимальной чувствительностью относительного изменения емкостей к измеряемому давлению при отсутствии углублений и полостей на контактирующей со средой поверхности мембраны датчика, в результате чего за счет уменьшения нелинейности воз5 растает точность измерения.

Предлагаемый датчик давления выгодно отличается от прототипа более линейной метрологической характеристикой от измеряемого параметра, в результате — повы-.

10 шенной в 1,7-1,9 раз точностью измерения при расширении функциональных возможностей.

Формула изобретения

15 Датчик давления, содержащий корпус с центральным круглым и периферийным кольцевым электродами, размещенную напротив электродов мембрану, о т л и ч а юшийся тем, что, о целью повышения

20 точности за счет уменьшения нелинейно--сти, в нем на мембране выполнены допол-. нительные изолированные электроды, зеркально симметричные электродам корпуса, причем на мембране между дополни25 тельными электродами выполнена кольцевая проточка, внутренний r и наружный t радиусы которой определены из соотношений г=0,544 R, t-0,769 R, 30 где R — радиус мембраны.