Датчик давления

 

Датчик давления может быть использован в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления с повышенной точностью в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды. Цель достигается тем, что в датчике давления, содержащем корпус, упругий элемент в виде жестко защемленной мембраны , выполненной за одно целое с опорным основанием, на которой расположены соединенные в мостовую схему тензорезисторы, размещенные по дуге окружности и по радиусу мембраны, окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных тензоэлементов, причем параметры элементов выбраны по представленным соотношениям. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ©

IC) ф„ О (21) 4620347/10 (22) 14.12,88 (46) 07.09.92. Бюл. ¹ 33 (72) Е. M. Белозубов, А. В. Любомиров. Т. С. Чевтаева и В. А. Зиновьев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1696918, кл. G 01 1 9/04, 02.10.88. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Датчик давления может быть использован в различных областях науки и техники, связанных с измeðåíèåì давления с повышенной точностью в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды, Цель достигается-тем, что в датчике

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 т емпературы измеряемой среды (термоудара).

Целью изобретения является повышение точности в условиях действия термоудара, повышение чувствительности термостойкости.

На фиг. 1 изображен общий вид датчика давления; на фиг. 2 изображены фрагменты датчика.

Датчик давления содержит корпус 1, упругий элемент в виде круглой жестко защемленной мембраны 2, выполненной за одно целое с опорным основанием 3, на которой расположены соединенные в мостовую схему тензорезисторы, размещенные по дуге окружности 4 и по радиусу мембраны 5. Окружные тензорезисторы 4 и радиальные тензорезисторы 5 выполнены в виде соединенных никзоомными перемычками 6 и равЫ), 176О О )А1 давления, содержащем корпус, упругий элемент в виде жестко защемленной мембраны, выполненной за одно целое с опорным основанием, на которой расположены соединенные в мостовую схему тензорезисторы, размещенные по дуге окружности и по радиусу мембраны, окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных тензоэлементов, причем параметры элементов выбраны по представленным соотношениям. 2 ил, номерно размещенных по периферии мембраны идентичных тензоэлементов 7. Тен. зоэлемент тензорезисторов выполнен в виде отрезков кольца, одно основание которого выполнено в виде дуги окружности рудиусом, равным радиусу мембраны, и расположено на границе 8 раздела мембраны и опорного основания. Другое основание отрезка кольца в виде дуги окружности 9, равноудаленной от границы раздела л ембраны и опорного основания, расположено на этой окружности. Параметры элел1ентов выбраны в соответствии с заявляемыми соотношениями.

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), B результате воздействия таких деформаций сопротивление резисторного

1760409 элемента радиального тензорезистора уменьшается. Вследствие аналогичных причин резистивный элемент окружного тензорезистора (см, фиг. 2, узел I), подвергается воздействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных вдоль длины резистора, и сжимающих радиальных деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора. В результате воздействия таких деформаций сопротивление элемента окружного тензорезистора увеличивается. 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 тензорезисторов равно сумме изменений сопротивлений соответствующих идентичных тензоэлементов, а во-вторых, изменения сопротивлений соответствующих элементов равны между собой, увеличение сопротивления противоположно включенных окружных резисторов и уменьшение противополо>кно включенных радиальных резисторов преобразуется 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 опорного основания на мембране возникает неравномерное поле температур. В связи с тем, что тенэоэлементы радиальных и окружных тензореэисторов имеют одинаковые размеры вдоль радиусов мембраны, так как, с одной стороны. они orpa we v границей раздела мембраны, а с другой стороны, окружностью, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основания, то, несмотря на нестационарный характер изменения температуры на планарной стороне мембраны, среднеинтегральная температура окружных и радиальных тенэорезисторов, изменяясь со временем„одинакова в каждый конкретный момент времени, Одинаковая температура радиальных и окружных тензореэисторов в каждый конкретный момент времени вызывает одинаковые изменения сопротивлений тензорезисторов, которые вследствие включения тензорезисто ров в мостовую схему взаимно компенсируются.

Технико-зкономическим преимуществом датчика давления является повышение точности в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды за счет полной идентичности температуры и ее изменения при термоударе в зоне раэмещения радиальных и окружных тензорезисторов. Другим преимуществом конструкции является увеличение нагревостойкости за счет идентичности и минимизации термиче5 ских сопротивлений зон размещения радиальных и окружных тензорезисторов, а также их отдельных элементов, Причем повышение термостойкости достигнуто при тех же конструктивных материалах. Преимуществом кон10 струкции является также повышение чувствительности за счет размещения большей части сопротивлений элементов радиальных и окружных тензорезисторов в зоне максимального изменения радиальных де15 формаций, а также за счет суммирования воздействия радиальных и тангенциальных деформаций, За счет повышения чувствительности становится возможным при тех же самых конструктивных размерах изготавли20 вать датчики давления на меньшие пределы измерения. Преимуществом конструкции является также возможность улучшения габаритно-массовых характеристик за счет освобождения центральной части мембраны

25 от тензорезисторов.

Формула изобретения

Датчик давления, содер>кащий корпус, мембрану радиуса r1 с утолщенным периферийным основанием и закрепленные на плаЗО нарной стороне мембраны и соединенные низкоомными перемычками в измерительную мостовую схему окружные и радиальные тензореэисторы. каждый из которых выполнен в виде множества тензоэлемен35 тов, соединенных последовательно между собой другими низкоомными перемычками, при этом каждый тензозлеменг выполнен в виде отрезка кольца, внешняя дуга которого расположена на окружности мембраны ра40 диуса r1, а внутренняя — на окружности радиуса гг, который определен из условия гг >

0,8г1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в условиях действия термоудара, повышения чувствительности и

45 термостойкости, в нем расстояние L1 между концами внешней дуги тензоэлемента окружного тензорезистора и Lz между концами внутренней дуги тензоэлемента радиальногo тензо резистора oil редел ен ы

50 из следующих соотношений:

L1 =Q1r1;

Мг=Ог гг: г-п

Q2 г1

4гг(г1 — гг) /и — ——

Г1 1о

Q r2 r1

prl + Г2 5 L

17б0409 — о

01= —, гг где Lo — минимально допустимое расстояние соответственно между концами внешней дуги тензоэлемента радиального тензорезистора, или концами внутренней дуги тензоэлемента окружного тензорезистора.

1760409

Составитель О.Слюсарев

Техред M.Ìîðãåíòàë . Корректор M,Àíäðóøåíêo

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