Датчик давления

 

Изобретение может быть использовано для измерения с повышенной точностью давления жидких и газообразных сред в условиях меняющихся температур . Цель достигается тем, что на боковой поверхности периферийного участка мембраны 2 выполнена проточка глубиной до внешнего диаметра опорного основания. В проточке установлены симметрично относительно центра мембраны два круговых стержня 19 прямоугольного сечения, изготовлент ные из материала с температурным коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), превышающим не менее, чем в 1,5 раза, ТКЛР материала мембраны. На поверхности мембраны вне зоны рабочих деформаций сформирован дополнительный термокомпенсационный мост, причем два тензорезистора расположены в радиальном направлении над проточкой в зонах установки стержней и включены в противоположные плечи моста, а два других - вдоль окружности, проходящей через середину толщины опорного основания. В сумматоре происходит коррекция основного сигнала цепи термозависимым . 4 ил. 20 8 / с 1 со -J ю со Фиъ.1

СОЮЗ СООЕТСНИХ

СООИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S1)S «01 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4702385/10 (22) 06.06.89 (46) 30.05.92. Бюл. V 20 (72) В.А.Зиновьев и А.В.Кузекмаев (53) 531.787(088.0) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1663460, кл. « 01 1 9/04, 1909. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для измерения с повышенной точностью давления жидких и газообразных сред в условиях меняющихся температур. Цель достигается тем, что на боковой поверхности периферийного участка мембраны 2 выполнена проточка глубиной до внешнего диаметра опор. ного основания. В проточке установлены сииметрично относительно центра

„.SU„„1737290 А1

2 мембраны два круговых стержня 19 прямоугольного сечения, изготовлен-. ные из материала с температурныМ коэффициентом линейного расширения (ТКЛР), превышающим не менее, чем в

1,5 раза, ТКЛР материала мембраны. На поверхности мембраны вне эоны рабочих деформаций сформирован дополнитель- . ный термокомпенсационный мост, причем два тензорезистора расположены в радиальном направлении над проточкой в зонах установки стержней и включены в противоположные плечи моста, а два других — вдоль окружности, проходящей через середину толщины опорного основания. В сумматоре происходит коррекция основного сигнала цепи тер- Ф мозависимым. 4 ил.

3 173, Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в тензореэисторных датчиках для измерения давления жидких и газообраз- I ных сред в условиях меняющихся температур.

На Фиг. 1 показана конструкция датчика давления; на фиг. 2 - разрез

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показано размещение тенэорезисторов на мембране (топология); на фиг. 4 - измерительная схема.

Устройство включает .корпус 1, мембрану 2 с жестким центром 3 и утолщенным периферийным участком 4, в котором выполнена кольцевая проточка,, делящая его на верхнюю часть 5 и нижнюю 6.

На. мембране 2 сформирован измерительный мост из тензорезисторов 7-10, выполненных в виде радиально размещенных попарно параллельных полосок. Тензо-1 резисторы. 7 и 9 размещены в зоне отрицательных деформаций, а тензорезисторы 8, I и 10 - в зоне положительных. Вне зоны у рабочих деФормаций сформирован дополнительный термокомпенсационный мост иэ тензорезисторов .11-14. Тензорезисторы 11 и 13 размещены в радиальном направлении над проточкой в периферийном участке в зонах установки стержней и выполнены в виде попарно. параллельных полосок. Тенэорезисторы

12 и 14 размещены вдоль окружности, проходящей через середину толщины опорного основания. Тензорезисторы

7-10 соединены s измерительный мост . идентичными проводниками 15., а тензорезисторы 11-14 - в термокомпенсационный мост идентичными проводника.ми 16. Контактные площадки 17 и 18 служат для подключения измерительного и термокомпенсационного мостов к общей измерительной схеме (фиг. 3).

В проточке установлены круговые .стержни 19 прямоугольного сечения.

Тензорезисторы защищены от влияния среды гермопроходником 20. К входной диагонали каждого моста подводится напряжение U источника питания. К выходным диагоналям мостов подключе" . ны операционные усилители 21, 22. Выходной сигнал операционного усилителя 21 поступает на неинвертирующий вход сумматора 24, а выходной сигнал, операционного усилителя 22 через мас"

7290 4

И 23.

55 рактеристику.

10 l5

Ю

2S

ЗО

\ штабный усилитель 23 - на инвертирующий вход сумматора 24.

Устройство работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления на мембрану 2 последняя прогибается °

Тенэорезисторы 7-10 испытывают деформацию. Вследствие этого на выходе мостовой измерительной цепи появляется сигнал, пропорциональный измеряемому давлению, который поступает на вход операционного усилителя 21.

При изменении температуры датчика изменяются линейные размеры его элементов, в том числе и размеры круговых стержней 19. Поскольку ТКЛР материала стержней не менее, чем в

1,5 раза больше ТКЛР материала мембраны, происходит прогиб верхней периферийной части 5, так как ее толщина в 2-3 раза меньше толщины нижней периферийной части 6.

Прогиб периферийного участка вызывает деформацию тензорезисторов 11, 13, в результате чего на выходе термокомпенсационного моста появляется сигнал, пропорциональный изменению: температуры датчика и не зависящий от измеряемого давления, который поступает на вход операционного усилителя 22.

Выходной сигнал операционного усилителя 21, пропорциональный измеряемому давлению и температуре, поступает на неинвертирующий вход сумматора 24. Выходной сигнал операцион-. ного усилителя 22, пропорциональный температуре, усиливается до необходимой величины масштабным усилителем

23 и поступает на инвертирующий вход сумматора 24.

Таким образом, в. сумматоре 24 происходит коррекция основного сигнала цепи 7, 8, 9, 10, 21, 24 термозав.iсимым и не зависящим от.измеряемого давления сигналом., снятым с термокомпенсационного моста из тензорезисторов 11-14 и преобразованным до необходимой величины в усилителях 22, Таким образом, выходной сигнал датчика зависит только от измеряемо- . го давления, а изменение температуры практически не влияет на выходную хаИспользование датчика давления позволит повысить точность измерения и линейность характеристики в диапазо5 1 не температур от -200 до +200 С практически на порядок.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий кор- пус, за одно целое с которым выполнен упругий элемент в виде стакана, в дне которого выполнена мембрана с жестким центром, внутри стакана, причем на наружной поверхности дна стакана закреплены тензорезисторы, которые соединены соответственно в измерительный и термокомпенсационный мост, а тензорезисторы измеритель ного моста расположены на мембране и выполнены в виде пары последовательно соединенных идентичных тензоэлементов, при этом тензорезисторы соответствующих плеч каждого из мостов расположены соосно друг другу вдоль главных осей мембраны симметрично ее центру, а коэффициенты тензочувствительности обоих мостов - одного порядка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения температурной погрешности и увеличения линейности выходной характеристики, в него введены

737290 две прокладки в виде части кольца прямоугольного сечения, выполненные

-из материала, температурный коэффи5 циент линейного расширения (ТКЛР) которого не менее чем в 1,5 раза больше ТКЛР материала мембраны, причем в цилиндрической стенке стакана с внешней стороны выполнены две кольцевые проточки, первая - на расстоянии толщины мембраны от наружной поверхности дна стакана, а втораяна расстоянии 2-3 толщин мембраны от первой проточки, при этом в первой проточке закреплены симметрично друг другу относительно центра мембраны по периферии проточки упомянутые прокладки, причем два тензорезистора термо. компенсационного моста расположены в

2О радиальном направлении на периферийной .части мембраны в зоне, образованной соответствующей прокладкой и цилиндрической поверхностью проточки; а два других тензорезистора противо2 положных плеч. термокомпенсационного моста расположены на периферийной части мембраны в середине зоны, образованной внутренней поверхностью стенки стакана и цилиндрической поверх ностью проточки.

Фиг.3 пит

Составитель О. Слюсарев

Редактор Т.Лошкарева Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Ю е

Заказ 1884 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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