Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений в условиях нестационарных температур и термоудара. С целью повышения точности в условиях термоудара , увеличения нагревостойкости и повышения чувствительности в тензорезисторном датчике давления, содержащем корпус, упругий элемент в виде круглой жестко защемленной мембраны, на которой расположены тензорезисторы, размещенные по дуге окружности и по радиусу мембраны и выполненные в виде идентичных тензоэлементов, равномерно размещенных по периферии мембраны, местоположение и параметры тензоэлементов выбираются из представленных соотношений, при этом радиальные и окружные тензорезисторы расположены в зонах, где температура и ее изменение полностью идентичны, а деформации максимальны . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ И СТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 (9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 Ь Î ф

О

ОО

{21) 4604703/10 (22) 14,11.88 (46) 07.09.92. Бюл. N 33 (71) Пензенский политехнический институт (72) Е, M. Белозубов, В. П. Маланин и Н. В. Белозубова (56) Авторское свидетельство СССР

N 1696918, кл, G 01 (9/04. 02.11,88.

{54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений в условиях нестационарных температур и термоудара. С целью повышения точности в условиях термоудара, увеличения нагревостойкости и повышеИзобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связаннь х с измерением давления в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара).

Целью изобретения является повышение точности в условиях действия термоувдара, увеличение термостойкости и чувствительности.

На фиг. 1 изображен общий вид датчика давления; на фиг. 2 — фрагмент датчика.

Датчик давления содержит корпус 1, упругий элемент в виде круглой мембраны 2, выполненной за одно целое с опорным основанием 3, на которой расположены соединенные в мостовую схему тенэорезисторы.

Окружные тензорезисторы 4 и радиальные тензорезисторы 5 выполнены в виде соединенных низкоомными перемычками 6 и равномерно размещенных по периферии, 5U 1760408 A 1 ния чувствительности в тензорезисторном датчике давления,.содержащем корпус, упругий элемент в виде круглой жестко защемленной мембраны, на которой расположены тензорезисторы, размещенные по дуге окружности и по радиусу мембраны и выполненные в виде идентичных тензоэлементов, равномерно размещенных по периферии мембраны, местоположение и параметры тензоэлементов выбираются из представленных соотношений, при этом радиальные и окружные тензорезисторы расположены в зонах, где температура и ее изменение полностью идентичны, а деформации максимальны, 2 ил. мембраны идентичных тензоэлементов 7.

При этом одна дуга тензоэлемента расположена на границе 8 раздела мембраны и опорного основания. Другая дуга тензоэлемента расположена на окружности 9.

Датчик давления работает следующим образом, При воздействии на мембранудавления в ней возникают радиальные и тангенциальные напряжения, которые приводят к появлению на планарной стороне мембраны радиальных и тангенциальных деформаций (см. фиг, 2). Так как окружные тензорезисторы выполнены в виде тенэоэлементов, местоположение и параметры которых выбраны исходя из представленных соотношений, тензоэлемент (см. фиг. 2. узел I) подвергается воздействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных вдоль длины резистора, и сжимающих деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора. В результате воз1760408 действия таких деформаций сопротивление тензорезистора увеличивается. Вследствие аналогичных причин тензоэлемент радиального тензорезистора (см. фиг. 2 узел И) подвергается воздействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора, и сжимающих радиальных деформаций, направленных вдоль длины резистора, В результате воздействия таких деформаций сопротивление тензоэлемента радиального тензорезистора уменьшается. В связи с тем, что окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных тензоэлементов, то, во-первых, изменение сопротивления окружных и радиальных тензореэисторов равно сумме изменений сопротивлений соответствующих тензоэлементов, а во-вторых, изменения сопротивлений соответствующих тензоэлементов равны между собой.

Увеличение сопротивлений противоположно включенных окружных резисторов и уменьшение противоположно включенных радиальных резисторов преобразуются мостовой схемой в электрический сигнал, который поступает на выходные контакты датчика. При воздействии нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара) вследствие различных термических сопротивлений сравнительно тонкой мембраны и массивного спорного основания на мембране возникает неравномерное поле температур. В связи с тем, что параметры тензоэлементов радиальных и окружных тензорезисторов одинаковы, а все тензозлементы с наружной стороны ограничены границей раздела мембраны и опорного основания, а с внутренней стороны — окружностью, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основания, то, несмотря на нестационарный характер изменения температуры на планарной стороне мембраны, среднеинтегральная температура трапеций окружных и радиальных тензорезисторов, изменяясь со временем, одинакова в каждый конкретный момент времени, Одинаковая температура радиальных и окружных тензорезисторов в каждый конкретный момент времени вызывает одинаковые изменения сог1ротивлений тензореэисторов, которые вследствие включения тензорезисторов в мостовую схему взаимно компенсируются.

Преимуществом датчика давления является повышение точности в условиях воз5 действия нестационарной температуры измеряемой среды за счет полной идентичности температуры и ее изменения при температуре в зоне размещения и радиальных и окружных тензорезисторов, Другим пре10 имуществом конструкции является увеличение термостойкости за счет идентичности и минимизации термических сопротивлений зон размещения радиальных и окружных . тензорезисторов, а также их отдельных эле15 ментов. Причем повышение термостойкости достигнуто при тех же конструктивных материалах.

Преимуществом конструкции является также повышение чувствительности за счет

20 размещения радиальных и окружных тензорезист .ров в зоне максимального измене.ния радиальных деформаций, а также за счет суммирования воздействия радиальных и тангенциальных деформаций.

25 Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, мембрану радиуса r< с утолщенным периферийным основанием и закрепленные на планарной стороне мембраны и соединенные

"0 низкоомными перемычками в мостовую схему окружные и радиальные тенэорезисторы, выполненные в виде тензоэлементов, соединенных последовательно другими низкоомными перемычками, причем каждый

35 тензоэлемент ограничен с одной стороны внешней дугой, расположенной на радиусе r, мембраны и с другой стороны внутренней дугой, расположенной на радиусе r2, который определен из соотношения г2 > 0,8r, при этом

40 боковые стороны каждого тензоэлемента выполнены прямыми, соединяющими концы внешней дуги с соответствующими концами внутренней дуги, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения точности в условиях

45 действия термоудара, увеличения термостойкости и чувствительности, в нем расстояние

L; между концами внутренней дуги тензоэлемента выбрано из соотношения

2 .С2— г2 r> где Lo — расстОяние между концами внешней дуги тензоэлемента.

1760408

Puz1

Составитель О.Слюсаров

Техред M.Ìoðãeíòàë Корректор М.Рндрушенко

Редактор

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

Заказ 3181 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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