Емкостный датчик давления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 01 1 9/12 (:,1() „, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4712585/10 (22) 03.07.89 (46) 15.04,92. Бюл. ¹ 14 (72) Е.М.Белозубов (53) 531.787(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1652839, кл. G 01 1 9/12, 1989, (54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измеритель- ной технике, B частности к емкостным датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением с повышенной точностью статико-динамических давлений в условиях воздействия повышенной температуры. В емкостном датчике давления, содержащем упругий элемент 1 в виде мембраны с жестким центром, выполненной за одно целое с опорным основанием, круглый подвижный электрод 4 измерительного конденсатора, расположенный на диэлектрике в области жесткого центра, кольцевой неподвижныйэлектрод 6 опорного конденсатора, размещенный на диэлектрике в области опорного основания, зеркально симметричные неподвижные электроды измерительного и опорного

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники.

Цель изобретения — повышение термостойкости, уменьшение габаритов и повышение технологичности. конденсаторов, расположенные на диэлектрике пластины 12, закрепленной с зазором на упругом элементе, и гермопроходник 9, жесткий центр мембраны направлен в сторону, противолежащую воздействию измеряемой среды, а диэлектрик упругого элемента выполнен в виде монолитной пластины с жестким центром, расположенной зеркально-симметрично упругому элементу. Диэлектрик пластины выполнен в виде монолитной пластины с отверстиями, расположенными соосно контактам гермопроходника, равномерно размещенным по периферии датчика и частично выполненным в виде полос толщиной, равной величине межэлектродного зазора, частично расположенных между диэлектрическими пластинами. При этом каждый из контактов одной из своих поверхностей расположен на одной из контактных площадок соответствующего электрода, а другой — на противолежащей монолитной пластине, а упругий элемент и пластина герметично соединены . по периферии с деформацией в пределах упругости монолитных пластин и контактов при помощи втулки, причем параметры втулки упругого элемента и пластин связаны представленным соотношением. 2 ил.

На фиг. 1 и 2 изображен емкостный датчик давления, Датчик содержит упругий элемент 1 в виде мембраны с жестким центром 2, выполненной за одно целое с опорным основанием 3. Круглый подвижный электрод 4 измерительного конденсатора расположен на диэлектрике в области жесткого центра.

Кольцевой неподвижный электрод 5 опор1727008

55 ного конденсатора размещен на диэлектрике в области опорного основания. Зеркально-симметричные неподвижные электроды

6 и 7 соответственно измерительного и опорного конденсаторов расположены на диэлектрике крышки 8. Гермопроходник 9 выполнен за одно целое с пластиной, Жесткий центр 2 мембраны направлен в сторону, противоположную воздействию измеряемой среды, а диэлектрик упругого элемента выполнен в виде монолитной пластины 10 с жестким центром 11, расположенной зеркально-симметрично упругому элементу, Диэлектрик пластины выполнен в виде монолитной пластины 12 с отверстиями 13, расположенными соосно контактам гермопроходника 9, Контакты гермопроходника частично выполнены в виде полос 14 толщиной, равной величине межэлектродного зазора, частично расположенных между диэлектрическими пластинами, При этом каждый из контактов одной из своих поверхностей расположен на одной из контактных площадок 15 соответствующего электрода, а другой — на противолежащей монолитной пластине. Упругий элемент и пластина герметично соединены по периферии с деформацией в пределах упругости монолитных пластин и выводов при помощи втулки 16, Емкостный датчик давления работает следующим образом.

Измеряемое давление воздействует на мембрану датчика. Под воздействием измеряемого давления жесткий центр мембраны, а следовательно, и жесткий центр монолитной пластины и расположенный в области жесткого центра подвижный электрод измерительного конденсатора перемещаются в направлении неподвижного электрода измерительного конденсатора, В результате этого межэлектродный зазор измерительного конденсатора уменьшается, а его емкость соответственно увеличивается, Емкость опорного конденсатора не зависит от измеряемого давления вследствие расположения его электродов на неподвижных элементах конструкции. Значения емкостей измерительного и опорного конденсаторов через их контактные площадки передаются через выводы на нормирующее устройство (на фиг, 1,2 не показано), которое формирует выходной сигнал, зависящий от соотношения опорной и измерительной емкостей, а следовательно, и от измеряемого давления. При воздействии на датчик повышенной температуры вследствие применения монолитных диэлектрических пластин сравнительно большой толщины электрическое сопротивление изоляции и тангенс диэлектрических потерь между электродами и токопроводящими элементами конструкции (упругим элементом, пластиной) сохраняются при более высоких значениях температур, Указанное соотношение позволяет выбирать необходимую толщину пластины по известным характеристикам других элементов конструкции, Технико-экономическим преимуществом конструкции датчика являются обеспечение работоспособности при повышенных температурах, уменьшение габаритов и повышение технологичности за счет использования монолитного диэлектрика, устранения необходимости сварки выводных проводников с контактными площадками электродов, изменения пространственного расположения гермопроходника и пластины, Это позволяет устранить зазор между пластиной и выводами гермопроходника, избежать необходимость формирования электродов на тонкопленочном диэлектрике и присоединения выводных проводников к контактам гермопроходника.

Кроме того, преимуществом конструкции является возможность ее использования для измерения давления более вязких и плотных сред вследствие плгнарной приемной полости.

Формула изобретения

Емкостный датчик давления, содержащий корпус, выполненный в виде цилиндрической втулки, упругий чувствительный элемент в виде мембраны с жестким центром и утолщенным периферийным основанием толщиной ly.g,„,на которой закреплена первая диэлектрическая подложка, круглый подвижный электрод измерительного конденсатора, закрепленный на первой диэлектрический подложке в центре мембраны, кольцевой неподвижный электрод опорного конденсатора, закрепленный на первой диэлектрической подложке кон центрично подвижному круглому электроду над периферийным основанием мембраны, вторую диэлектрическую подложку, на которой закрейлены с межэлектродным зазором неподвижные электроды измерительного и опорного конденсаторов, крышку, на которой закреплены гермопроходники с проводниками толщиной 4, размещенными в межэлектродном зазоре и контактирующими с выводами электродов конденсаторов, при этом крышка и чувствительный элемент укреплены герметично в корпусе, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения термостойкости, уменьшения габаритов и повышения технологичности, в нем каждая

1727008 а,— а, У

6- Б оо3ернуло диэлектрическая подложка выполнена в виде пластин толщиной (мп,причем. первая диэлектрическая подложка закреплена на поверхности мембраны, противоположной ее планарной стороне, при этом в первой 5 диэлектрической подложке над мембраной выполнена кольцевая проточка, а вторая диэлектрическая подложка закреплена на внутренней стороне крышки, причем параметры корпуса связаны с параметрами мем- 10 браны, диэлектрических пластин и крышки соотношением

In= г м, а,— аМ, +1, а,-а, +,а,— а, где ап — температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) крышки;

a — ТКЛР материала диэлектрической пластины; а, — ТКЛР материала корпуса; ау — ТКЛР материала мембраны; ак — ТКЛ Р материала проводников.