Датчик давления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s G 01 1 9/

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4896710/10 (22) 25.12.90 (46) 07.08.92. Бюл. N 29 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) В.А.Зиновьев, А.А.Шошин и В.Б,Акимов (56) Авторское свидетельство СССР

М 481607, кл. G 01 1 9/12, 1987, Авторское свидетельство СССР

М 1675703, кл. G 01 1 9/12, 05,09.89 (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Датчик давления может быть использован для измерения статических и динамических давлений жидких и газообразных сред.

Цель изобретения — повышение точности измерения избыточного. давления. Датчик давления включает корпус 1, защемленную мембрану 2 с утолщенным периферийным участком 3, колпачок 4, установленный и. Ж,, 1753313 А1 закрепленный на утолщенном периферийном участке 3 с зазором, который обеспечивается внешним кольцом 5 и внутренним кольцом 6. В колпачке 4 с внутренней стороны дна выполнена проточка, образующая жесткий центр 7 и гибкое кольцо 8, а в верхней части колпачка 4 установлен диск 9, в котором размещен штуцер 10, сообщающийся с атмосферой. На планарной поверхности мембраны 2 размещен, круглый подвижный электрод 11, а на утолщенном периферийном участке 3 — кольцеобразные неподвижные электроды 12. На планарной внешней поверхности дна колпачка 4 на же-, стком центре 7 выполнен круглый неподвижный электрод 13 и кольцеобразный 15, на гибком кольце 8 — кольцеобразный по- 3 движный электрод 14, электроды 11 — 15 соединены с помощью проводников 18 с токовыводами 16 герморазьема 17. 3 ил.

1753313

30

40

45 ров

55

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления, и может быть использовано для измерения статического и динамического давления в жидких и газообразн ых средах.

Известен датчик разности давлений, содержащий манометрические элементы, выполненные за одно целое с платой в виде двух идентичных стоек прямоугольного сечения, обращенных широкими продольными гранями друг к другу, в каждой из которых выполнены по четыре глухих цилиндрических канала, расположенных вдоль широких продольных граней симметрично поперечной оси стоек, причем два средних канала каждой стойки смещены в сторону одной широкой продольной грани, а два крайних — в сторону противоположной грани, при этом средние и крайние каналы в обоих стойках соответственно соединены между собой и подсоединены к каналам для подвода давления.

Недостатком датчика является низкая точность измерения при измерении быстроменяющихся давлений, так как система подводящих каналов и полостей с переменными сечениями снижает частотные характеристики датчика, Кроме того, сложная система манометрических элементов снижает точность измерения и усложняет технологию изготовления, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик давления, содержащий корпус, упругую мембрану с утолщенным периферийным участком и центральными и периферийными электродами измерительного и эталонного конденсаторов, герморазъем в виде диска с токопроводами и расположенный с зазором относительно мембраны тонкостенный колпачок с вогнутым дном, где расположены неподвижные электроды измерительного и эталонного конденсатоНедостатком известной конструкции является низкая точность при измерении избыточного давления в условиях измерения атмосферного давления, так как нетсвязи атмосферы с упругими элементами

Цель изобретения — увеличение точности за счет коррекции от изменений атмосферного давления.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик давления, содержащий корпус, упругую мембрану с утолщенным периферийным участком и изолированными центральным и периферийным электродами измерительного и опорного конденсаторов, расположенный с зазором относительно мембраны колпачок с зеркально-симметричными изолированными неподвижными электродами измерительного и эталонного конденсаторов на внешней поверхности его дна со стороны мембраны и установленный внутри колпачка герморазьем в форме диска с токоподводами, введены штуцер и два кольца, одно из которых размещено на внешней, а другое — на внутренней частях утолщенного периферийного участка мембраны, колпачок своим дном установлен и закреплен на кольцах, с внутренней стороны дна колпачка выполнена проточка, образующая тонкостенный кольцевой участок и жесткий центр, диаметр которого равен рабочему диаметру мембраны, а на тон" костенном кольцевом участке размещен введенный кольцеобразный подвижный электрод дополнительного измерительного конденсатора, введеный зеркально-симметричный неподвижный электрод которого размещен на утолщенном периферийном участке мембраны, причем жесткость тонкостенного кольцевого участка равна жесткости мембраны, а в диске смонтирован штуцер, сообщенный с атмосферой.

На фиг.1 показана конструкция датчика давления, разрез; на, фиг,2 — разрез А — А на фиг,1; на фиг,3 — прогибы упругих элементов датчика, Датчик давления включает корпус 1, защемленную мембрану 2 с утолщенным периферийным участком 3, колпачок 4, установленный и закрепленный на утолщенном периферийном участке 3 с зазором, который обеспечивается внешним кольцом 5 и внутренним кольцом 6. В колпачке 4 с внутренней стороны дна выполнена проточка, образующая жесткий центр 7 и гибкое кольцо 8, а в верхней части колпачка 4 установлен диск 9, в котором размещен штуцер

10, сообщающийся с атмосферой. На планарной поверхности мембраны 2 размещен круглый подвижный электрод 11, а на утолщенном периферийном участке 3 — кольцеобразные неподвижные электроды 12 и 10.

На планарной внешней поверхности дна колпачка 4 на жестком центре 7 выполнен круглый неподвижный электрод 13 и кольцеобразный электрод 15, на гибком кольце 8 — кольцеобразный подвижный электрод 14, электроды 11 — 15 подсоединены с помощью проводников 18 с токовыводами 16 герморазьема 17.

Датчик (фиг.1, 2) работает следующим образом, При подаче давления Р1 через канал корпуса 1, мембрана 2 прогибается на величину Ч"1, В результате этого начальный зазор б, между электродами 11 и 13

1753313 — (Р2)

Со

Си2

Учитывая, что конструктивно обеспечи30 вается равенство емкостей C»(do) = C (do), выражение после преобразования приобретает следующий вид (Р1)—

Со

Повышение точности в предложенном датчике обеспечивается тем, что при измерении избыточного давления учитывается 35 изменение атмосферного давления Pz за счет связи внутренней полости колпачка 4 с атмосферой через штуцер 10 и в результате гибкое кольцо 8 вместе с электродом 14 прогибается на величину Wz. В результате 40 этого зазор между кольцеобразными электродами 10 и 14 дополнительного измерительного конденсатора Си2 также изменяется, и его емкость определяется выражением 45

Р1 — Р2где C„>(d) — начальная емкость дополнительного измерительного конденсатора (без изменений атмосферного давления);

Ь Си2 (до-Р4) — величина приращения емкости от изменения атмосферного давления Р2.

Зазор между кольцеобразными элект- 55 родами 12 и 15 того же опорного конденсатора не изменяется от атмосферного давления Р2, так как электрод 15 расположен на недеформируемой части колпачка 4, измерительного конденсатора становится

РаВНЫМ (бо — М/1), СЛЕДОВатЕЛЬНО, ИЗМЕНЯЕТся емкость измерительного конденсатора

С» на величину ЛСи, таким образом, емкость измерительного конденсатора определяется выражением

С» (Р1 } = Си1 (do + AC» (о W1 ) 1

ГдЕ Си1(до) — НаЧаЛЬНая ЕМКОСТЬ ИЗМЕрИтельного конденсатора (без подачи давления);

Л Си1 (do-W>) — величина приращения емкости от изменения давления Р1.

Зазор между кольцеобраэными электродами 12 и 15 опорного конденсатора от измеряемого давления Р1 не изменяется, так так электрод 12 расположен на периферийном участке мембраны, его емкость (Со), следовательно, практически постоянна и не меняется от изменения измеряемого давления, являясь опорной емкостью, Изменение давления преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный относительно емкостей опорного к измерительному конденсатору (преобразователь емкости в выходной сигнал в описании не приводится) Си (Р2) = Си (бо) + A Си (do W2) следовательно, его емкость Со постоянна и не меняется от атмосферного давления, являясь опорной емкостью. Изменение атмосферного давления преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный отношению, емкостей опорного и дополительного измерительного конденсатора.

Дальнейшее преобразование осуществляется как вычитание отношений измерительного (ЛСи1) и дополнительного измерительного (ЛСи2) конденсаторов к опорному (Со), и в общем виде выражение приобретает следующий вид.

Таким образом, с выхода датчика снимается сигнал, функционально зависящий от изменения давления измеряемой среды (Р1) и от атмосферного давления (Р2), Изменение температуры на датчике вызывает равномерные температурные изменения упругих свойств как мембраны, так и гибкого кольца. Следовательно. чувствительность, а значит и емкости измерительного и опорного конденсаторов изменяются от температуры на одинаковую величину, а значит изменение выходного сигнала от температуры не происходит.

Технико-экономическое преимущество изобретения заключается в том, что предлагаемый датчик давления позволяет в 1,5 — 2 раза повысить точность измерения по сравнению с известным, Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, упругую мембрану с утолщенным периферийным участком и изолированными центральным и периферийным электродами измерительного и опорного конденсаторов, i 753313 расположенный с зазором относительно мембраны колпачок с . зеркально-симметричными изолированными неподвижными электродами измерительного и эталонного конденсатора на внешней поверхности его дна со стороны мембраны и установленный внутри колпачка герморазъем в форме диска с токоподводами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения избыточного давления, в него введены штуцер и два кольца, одно из которых размещено на внешней, а другое — на внутренней частях утолЩенного периферийного участка мембраны, колпачок своим дном установлен и закреплен на кольцах, с внутренней стороны дна колпачка выполнена проточка, образующая тонкостенный кольцевой участок и жесткий центр, диаметр которого равен рабочему диаметру мембра5 ны, а на тонкостенном кольцевом участке размещен введенный кольцеобразный подвижный электрод дополнительного измерительного конденсатора, введенный зеркально-симметричный неподвижный

10 электрод которого размещен на утолщенном периферийном участке мембраны, причем жесткость тонкостенного кольцевого участка равна жесткости мембраны, а в диске смонтирован штуцер. сообщенный с ат15 мосферой.

1753313

Составитель B.Çèíoâüåâ

Техред M.Ìoðãåíòàï Корректор Л.Ливринц

Редактор В.Данко

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

Заказ 2761 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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