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 (термоудара), а также в А системах управления, регулирования и защиты , где требуется повышенная информативность . Целью изобретения является повышение технологичности и упрощение конструкции. Цель достигается тем, что в датчике давления, содержащем мембрану с утолщенным периферийным участком и жестким центром, измерительный мост 4, каждое плечо которого образовано последовательным соединением низкоомными перемычками 5 равномерно расположенных на поверхности мембраны тензоэлементов 6, причем тензоэлементы двух соседних плеч моста расположены по радиальным направлениям, а тензоэлементы , J9 (Л С х fc ел 00 О

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)ю G 01 L 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4650257/10 (22) 13,02,89 (46) 30.06.92. Бюл. %24 (72) Е.М.Белозубов (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1675702, кл. G 01 L 9/04, 1989, (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 температуры измеряемой среды (термоудара), а также в г

„„5U„„1744530 А1 системах управления, регулирования и защиты, где требуется повышенная информативность. Целью изобретения является повышение технологичности и упрощение конструкции. Цель достигается тем, что в датчике давления, содержащем мембрану с утолщенным периферийным участком и жестким центром, измерительный мост 4, каждое плечо которого образовано последовательным соединением низкоомными перемычками 5 равномерно расположенных, на поверхности мембраны тензоэлементов 6, причем тензоэлементы двух соседних плеч моста расположены по радиальным направлениям, а тензоэлементы

1744530 двух других соседних плеч моста расположены по тангенциальным направлениям, причем каждое плечо, образованное радиальными тензорезисторами, соединено последовательно контактными площадками с плечом, образованным тангенциальными тензоэлементами, расположенными на одиИзобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях 5 воздействия нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара), а также в системах управления, регулирования и защиты ответственных агрегатов, где требуется повышенная информативность. 10

Цель изобретения — повышение технологичности и упрощение конструкции.

На фиг.1 и 2 изображен датчик давления, общий вид; на фиг.3 — схема включения датчика. 15

Датчик давления содержит мембрану 1 с утолщенным периферийным участком 2 и жестким центром 3, измерительный мост 4, каждое плечо которого образовано последовательным соединением низкоомными 20 перемычками 5 равномерно расположенных на поверхности мембраны тензоэлементов 6, причем каждое плечо моста образовано тензоэлементами одноименного изменения от измеряемого давления. На- 25 пример, тензорезистор R1 образован тензоэлементами 6, coll ротивление которых под воздействием измеряемого давления уменьшается, тензорезистор R2 — тензоэлементами, сопротивление которых увеличи- 30 вается и т.д. Тензоэлементы двух соседних плеч моста (R1 и R2) расположены по радиальным направлениям. Тензоэлементы двух других соединений плеч моста (R3 и R4) расположены по тангенциальным направлени- 35 ям. Каждое плечо, образованное радиальными тензоэлементами R1 и R2, соединено последовательно контактными площадками с плечом, образованным тангенциальными тензоэлементами(Я4 и R3 со- 40 ответственно), расположенными на одинаковом с радиальными тензоэлементами (R1 и R2 соответственно) расстоянии от центра мембраны. Все тензоэлементы обоих мостов выполнены в виде идентичных 45 наковом с радиальными тензоэлементами расстоянии от центра мембраны, а все тензоэлементы выполнены в виде идентичных квадратов. Повышение технологичности и уп рощение конструкции обуславливается уменьшением количества контактных площадок. 3 ил. квадратов. Тензорезисторы при помощи контактных площадок 7 соединены с выводами 8 корпуса. В случае выполнения мембраны из электропроводного материала тензорезисторы, низкоомные перемычки и контактные перемычки изолированы при помощи диэлектрической пленки 9.

Датчик давления работает следующим образом.

При воздействии на мембрану давления на ее поверхности возникают радиальные и тангенциальные деформации. В связи с тем, что два соседних плеча измерительного моста образованы последовательным соединением равномерно расположенных на мембране по радиальным направлениям тензоэлементов, выполненных в виде квадратов, то тензоэлементы,расположенные на границе раздела мембраны и периферийного основания (тензорезистор R1), подвергают воздействию сжимающих радиальных деформаций, направленных вдоль длины тензоэлемента. В результате этого воздействия сопротивление тензоэлементов, образующих тензорезистор R1, а следовательно, и самого тензорезистора R1 уменьшается.

Тензоэлементы, расположенные на границе раздела мембраны и жесткого центра (тензорезистор R2), подвергаются воздействию растягивающих радиальных деформаций, направленных вдоль длины тензоэлемента.

В силу этого воздействия сопротивление тензоэлементов. образующих тензорезистор R2, а следовательно, и самого тензорезистора R2 увеличивается. В связи с тем, что плечо R4 измерительного моста образовано последовательным соединением равномерно расположенных на границе раздела мембраны и периферийного основания тензоэлементов, они подвергаются воздействию радиальных деформаций, направленныхх перпендикулярно длине тензоэлемента. В результате этого воздействия соп ротивление тензоэлементов, образующих тензорезистор R4, а, следовательно, и

1744530 самого тензорезистора R4 увеличивается, Тензоэлементы, расположенные на границе раздела мембраны и жесткого центра (тензорезистор R3), подвергаются воздействию растягивающих радиальных деформаций, направленных перпендикулярно длине тензоэлемента. В силу этого воздействия сопротивлениее тензоэлементов, образующих тензорезистор R3, а следовательно, и самого тензорезистора R3, уменьшается. При воздействии тангенциальных деформаций в тензорезисторах R5 — R8 происходят аналогичные процессы. Изменение сопротивлений тензорезисторов R1 — Я4измери ьн ы м мостом 4 преобразуется в выходной сигнал. Изменение сопротивлений тензорезисторов R5 — R8 измерительным мостом 10 также преобразуется в выходной сигнал. В случае, если датчик находится в стационарных температурных условиях, т.е. когда температура в области границы раздела мембраны и жесткого центра и температура в области границы раздела мембраны и периферийного основания не отличаются друг от друга, с вязи с тем, что тензорезисторы образованы идентичными элементами в виде квадратов и две противолежащие стороны каждого квадрата расположены параллельно радиусам мембраны, проведенным через центры соответствующего квадрата, выходные си налы с обоих мостов одинаковы. При воздействии на мембрану датчика нестационарной температуры измеряемой среды вследствие различного термического сопротивления непосредственно мембраны и места соединения периферийного основания с элементами установки датчика температура области границы раздела мембраны и жесткого центра отличается от температуры границы раздела мембраны и периферийного основания. При этом характер изменения сопротивлений тензорезисторов от разницы температур на мембране у пары противоположно включенных тензорезисторов совпадает с характером изменения сопротивлений двух других противолежащих тензорезисторов. Характер изменения сопротивлений противолежащих (схемно электрически) тензорезисторов у другого измерительного моста от разницы температур аналогичен.

Например, температура области границы раздела мембраны и жесткого центра превышает температуру области границы раздела мембраны и периферийного основания. Тогда при одинаковом поло кительном ТКС тензорезисторов сопротивление тензорезистора R2 увеличивается на большую величину, чем сопротивление тензоре5

55 зистора R1, и сопротивление тензорезистора R3 — на большую величину, чем сопротивление R4. Так как тензорезисторы R1, R3 и

R2, R4 электрически включены в противоположные плечи моста и тензоэлементы всех тензорезисторов идентичны, а тензорезисторы попарно находятся на одинаковом расстоянии от центра мембраны, то выходной сигнал не зависит от нестационарной температуры измеряемой среды. Аналогичные процессы происходят в дополнительном мосте вследствие его центральной симметрии относительно центра мембраны.

Повышение технологичности и упрощение конструкции обусловлены возможностью уменьшения количества контактных площадок, необходимых для присоединения внешних цепей к тензорезисторам.

Уменьшение количества контактных площадок позволяет увеличить выход годных при формировании, при соединении выводных проводников, т.е. увеличить технологичность.

Технико-экономическим преимуществом датчика давления является повышение точности в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды за счет попарного размещения противоположно включенных плеч измерительного моста в зонах различных температур при термоударе и попарного размещения двух соседних плеч в зонах одинаковых температур при термоударе.

Кроме того, повышается информативность за счет обеспечения получения с одного датчика удвоенной информации.

Возможно также раздельное двухканальное снятие информации о давлении с измерительного и дополнительного тензомостов.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, мембрану с жестким центром, выполненную за одно целое с корпусом, закрепленные на планарной стороне мембраны тензорезисторы, соединенные низкоомными контактными площадками в первый и второй измерительные мосты, при этом тензорезисторы первого измерительного моста попарно симметричны относительно центра мембраны соответствующим тензорезисторам второго измерительного моста, причем тензорезисторы двух плеч каждого измерительного моста расположены по периферии мембраны, а тензорезисторы двух других плеч — по границе раздела мембраны и жесткого центра, при этом в каждом измерительном мосте тензорезистор, размещенный по периферии мембраны, расположен в одном секторе мембраны с

1744530

Фцг2

50 тензорезистором, размещенным на на границе раздела мембраны и жесткого центра, а каждый тензорезистор выполнен в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками идентичных квадратных тензоэлементов, причем тензоэлементы двух плеч первого измерительного моста, расположенные в одном секторе мембраны, соединены между собой по радиальным направлениям, а тензоэлементы двух плеч второго измерительного моста, расположенные в одном секторе мембраны, соединены между собой по тангенциальным направлениям, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения технологичности и упрощения конструкции, в нем тензоэлементы двух других плеч первого измери5 тельного моста соединены между собой по тангенциальным направлениям, а тензоэлементы двух других плеч второго измерител ьного моста соединены по радиальным направлениям, причем контактные площад10 ки первого измерительного моста расположены симметрично относительно центра мембраны контактным площадкам второго измерительного моста.

1744530

10 х.2

45

Составитель Q. Слюсарев

Техред М.Моргентал Корректор С. Черни

Редактор А. Огар

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

Заказ 2190 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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