Тензометрический датчик давления

 

Использование: для измерения давления жидких и газообразных сред. Цель изобретения: увеличение чувствительности датчика давления. Сущность изобретения: в датчике давления с мембраной 1, связанной посредством штока 4 с балкой 2, тензорезисторы 5, входящие в смежные плечи мостовой схемы, расположены относительно друг друга со смещением поперек балки 2, а вдоль балки тензорезисторы имфот общую область перекрытия, равную 0,1-0,2 длины балки. Выполнение датчика с заявляемыми взаимосвязями основных конструктивных элементов на порядок увеличивает чувствительность датчика. 2 ил. s е

СОЮЗ .СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 011 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4873310/10 (22) 15.10.90 (46) 15.08.92. Бюл. М 30 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Ю.M.Ïàíêîâ и И.И.Марьямова (56) Авторское свидетельство СССР

М 883680, кл. G 01 1 9/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР

l4 1221512; кл. G 01 1 9/04, 1984.

„„БЦ„„1755073 А1 (54) ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИИ ДАТЧИК ДА8ЛЕНИЯ (57) Использование: для измерения давления жидких и газообразн ых сред. Цель изобретения: увеличение чувствительности датчика давления, Сущность изобретения: в датчике давления с мембраной 1, связанной посредством штока 4 с балкой 2, тензорезисторы 5, входящие s смежные плечи мостовой схемы, расположены относительно друг друга со смещением поперек балки

2; а вдоль балки тензорезисторы имеют общую область перекрытия, равную 0,1 — 0,2 длины балки. Выполнение датчика с заявляемыми взаимосвязями основных конструктивных элементов йа порядок увеличивает чувствительность датчика. 2 ил, 1755073

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензометрическим датчикам давления, и может найти применение для измерения давлейия жидких и газообразных сред.

Известны тенэометрические датчики давления, содержащие корпус, мембрану, соединенную с консольной балкой, на которой размещены тензорезисторы, измеряющие деформацию, возникающую на поверхностях балки при прогибе мембраны под давлением, Расположение нэ консольной балке приводит к низкой чувствительности и большой. нелинейности датчика, вызванными сложными продольно-поперечными изгибами балки и соединительного штока, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является тензометрический датчик давления, содержащий корпус с параллельно расположенными жестко защемленными в нем мембраной со штоком и измерительной балкой, на которой размещены включенные в мостовую измерительную схему тензорезисторы, расположенные в центральной части измерительной балки и на периферии, гибкая тяга соединяет центр балки с эксцентрйчно установленным на мембране штоком, Недостатком известнОгО датчика является низкая чувствительность, обусловлен,ная расположением тензорезистороа на измерительной балке, При фиксированной базе тензорезисторов размещение каждого из них в зонах однополярных деформаций вынуждает применять балки значительной длины, Однако это приводит к понижению энергетического КПД передачи упругой . энергии от мембраны к тенэорезисторам, так как при этом используется лишь незначительная часть упругой энергии изогнутой

"балки.

Цель изобретения — увеличение чувствительности датчика давления зэ счет повышения КПД передачи ynpyroA энергии от мембраны к тензорезисторам.

Указанная цель достигается тем, что а тензометрическом датчике давленид, содержащем корпус, мембрану, связанную посредством штока с жестко защемленной с двух концов балкой, нэ одной иэ сторон которой размещены цейтрэльные и перифе. рийные тензорезисторы, соединенные в мостовую измерительную схему, при этом каждый периферийный и центральный тензорезисторы включены в смежные плечи мостовой схемы, тенэореэистары, входящие а смежные плечи мостовой схемы, расположены вдоль балки параллельно друг другу с .. общей областью перекрытия вдоль балки, равной 0,1-0,2 длины балки, На фиг.1 представлен тензометриче- . ский датчик давления, разрез; на фиг.2— разрез А-А на фиг.1, На фиг.1 и 2 обозначены, 1 — мембрана, 2 — балка длиной I, 3 — корпус. 4 — шток, 5—

10 тензорезисторы с базой le, f — длина общей области перекрытия вдоль балки тензорезисторов, входящих в смежные плечи мостовой схемы.

Датчик давления содержит мембрану 1, 15 связанную с балкой 2, которая жестко защемлена с двух концов в корпусе 3. Центр мембраны 1 соединен с балкой 2 посредством штока 4, На балке 2 установлены тензорезисторы 5, которые соединены в

20 мостовую измерительную схему и располо- . жены параллельно друг другу со смещением, поперек балки и имеют общую область перекрытия f вдоль балки. Длина этой общей области равна 0,1 — 0,2 длины балки.

25 При подаче давления на мембрану 1 онэ изгибается. Прогиб ее центра посредством штока 4 передается центру балки 2 и вызывает ее изгиб, При изгибе балки 2 нэ ее поверхности возникает деформация, кото30 рая измеряется мостовой схемой, состоящей из тензореэисторов 5.

Датчик давления содержит мембрану

11

1 из стали 44НХТЮ с модулем Юнга Е35 =1,8 10 Па и толщиной 0,1 мм. Рабочий диаметр мембраны 6 мм. Балка 2 длиной

2,25 мм, толщиной 0,1 мм и шириной 1 мм выполнена из монокристаллического кремния и закреплена с помощью ситалло40 цемента СЦН-52 в корпусе 3 из ковара

29НК. Центр балки 2 соединен с центром мембраны 1 посредством штока 4 из ковара

29НК. Нижняя поверхность кремниевой балки 2 содержит слой двуокиси кремния, 45 на котором по интегральной технологии сформированы четыре поликремниевых тензореэистора 5 с.базой 1 мм и шириной

0,1 мм cперекрытивм периферийного и центрального тенэореэисторов, равным 0,74

50 мм, что составляет 0,17 длины балки. При подаче давления нэ мембрану 1 балка 2 изгибается, центральные тенэорезисторы ис- . .пытывают деформацию растяжения, периферийные — деформацию сжатия. При

55 сопротивлении тензорезисторов 5 порядка

10 кОм и напряжении питания мостовой схемы 10 В коэффициент преобразования составит ае2,7 мкВ/Пэ (при номинальном давлении 10 Пэ выходной сигнал равен р 270 мВ

1755073

Выполнение балки с заявляемым размещением тенэорезисторов и взаимосвязью размеров основных конструктивных элементов значительно увеличивает чувствительность датчика при заданных мембране и базе тензорезисторов.

Составитель Ю. Панков

; Редактор Л, Веселовская Техред М.Моргвнтал Корректор А. Мотыль

Заказ 2884 Тираж Подписное:

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Использование предлагаемого датчика с существующими устройствами аналогичного назначения обеспечивает более высокую чувствительность за счет повышения КПД передачи упругой энергии от мембраны к тенэорезисторзм путем расположения последних вдоль балки параллельно друг другу с общей областью перекрытия вдоль балки, равной 0,1-0,2 длины балки.

Формула изобретения

Тенэометрический датчик давления. содержащий корпус, мембрану, связанную посредством штока-с жестко защемленной

5 с двух концов балкой, на одной из сторон которой размещены центральные и периферийные тензореэисторы, Соединенные в мостовую измерительную схему, при этом каждый периферийный и центральный

10 тензореэисторы включены в смежные пле. чи мостовой схемы, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, в нем тензорезисторы, входящие в смежные плечи мостовой схемы, располо15 жейы вдоль балки параллельно друг другу с общей областью перекрытия вдоль балки, равной 0,1-0,2 длины балки.