Датчик давления
Использование: устройство относится к измерительной технике, в частности к области конструирования датчиков давления. Цель - повышение точности измерения. Сущность изобретения: датчик содержит приемный штуцер 1 с элементами натяжения защитной металлической мембраны 2, которая закреплена между корпусом 3 датчика и опорным кольцом 4. С внутренней стороны металлической мембраны 2 нанесен слой 5 полиорганического силоксана, который покрывает торец измерительного модуля 6 и полупроводниковой мембраны 7. Измерительный модуль 6 поджат к металлической мембране 2 через прокладку 8 гайкой 9, имеющей возможность перемещения в корпусе 3. Внутри корпуса 3 установлены элементы балансировки и термокомпенсации . Корпус датчика заканчивается герметичным разъемом 11, через который подается питание тенросхемы и снимается выходной сигнал. За счет нанесения небольшого объема полиоргзнического силоксана на поверхность полупроводниковой мембраны и растекания его по поверхности металлической мембраны при поджатии первой устраняются дефекты сборки. Это приводит к уменьшению погрешности от нелинейности в 2-3 раза, а погрешность от гистерезиса уменьшается до 100 раз. 2 ил. Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е СКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 ()с | 3> ,Ы (61) 1615579 (21) 4912313/10 (22) 19.02.91 (46) 07.09.92. Бюл. N 33 (71) Научно-исследовательский институт фи-. зических измерений (72) А. В. Саблин, С. Н. Качкаев, Н. П. Педоренко и А. М. Рожин (56) Авторское свидетельство СССР N. 1615579, G 01 1 9/04, 1989. (54) ДАТН И К ДА B Л Е Н И Я (57) Использование: устройство относится к измерительной технике. в частности к области конструирования датчиков давления. Цель — повышение точности измерения. Сущность изобретения: датчик содержит приемный штуцер 1 с элементами натяжения защитной металлической мембраны 2, которая закреплена между корпусом 3 датчика и опорным кольцом 4. С внутренней Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давления агрессивных жидкостей и газов в нефтегазовой и химической промышленности. Оно является усовершенствованием устройства по а. с. ¹ 1615579. Известный датчик давления содержит корпус, основание, закрепленную в корпусе металлическую мембрану и расположенную за ней полупроводниковую мембрану с тенэорезисторами, соединенными в измерительный мост, установленный в корпусе резьбовой прижимной элемент, поджимающий основание к металлической мембране, при этом в основании выполнено центральное отверстие, а на его торце со стороны металлической мембраны кольцевая про Ы „1760411 А2 стороны металлической мембраны 2 нане-. сен слой 5 полиорганического силоксана, который покрывает торец измерительного модуля 6 и полупроводниковой мембраны 7, Измерительный модуль 6 поджат к металлической мембране 2 через прокладку 8 гайкой 9, имеющей возможность перемещения в корпусе 3. Внутри корпуса 3 установлены элементы балансировки и термокомпенсации. Корпус датчика заканчивается герметичным разъемом 11, через который подается питание тенросхемы и снимается выходной сигнал, За счет нанесения небольшого объема полиорганического силоксана на поверхность полупроводниковой мембраны и растекания его по поверхности металлической мембраны при поджатии первой устраняются дефекты сборки. Это приводит к уменьшению погрешности от нелинейности в 2-3 раза, а погрешность от гистерезиса уменьшается до 100 раз. 2 ил. точка, Полупроводниковая мембрана по контуру расположена в кольцевой проточке, закреплена на основании заподлицо с его торцевой поверхностью и контактирует с металлической мембраной, выполненной из коррозионно-устойчивого материала и имеющей диаметр, не менее, чем в три раза, превышающий диаметр полупроводниковой мембраны, при этом цилиндрические жесткости мембран удовлетворяют следующему соотношению <0,1, 0п где 0 — цилиндрическая жесткость металлической мембраны; 0n — цилиндрическая жесткость llo шлупроводниковой мембраны. 1760411 15 50 ой- 55 полупроводниковой мембраны. Объем силоксана ориентировочно определяется выражением (1). Технико-экономическим преимуществом изобретения, по сравнению с известным устройством, является уменьшение Недостатком известного устройства является сложность в обеспечении надежного прилегания металлической и кремниевой мембран. Это объясняется наличием неперпендикулярности между плоскостью кремниевой мембраны и осью датчика, что связано с неизбежными неточностями изготовления деталей. Отсутствие прилегания по всей поверхности кремниевой мембраны приводит к появлению гистерезиса и нелинейности градуировочной характеристики и, следовательно, к погрешности. Цель изобретения — повышение точности измерения давления за счет уменьшения явления гистерезиса и нелинейности. Укаэанная цель достигается тем, что в датчик давления по а. с. ¹ 1615579 введен слой герметика из полиорганического силоксана, размещенный между металлической мембраной и поджатым к ней основанием с полупроводниковой мембраной, объем V которого определяется из соотношения V (+(O1 — ОЗ) hz), (1) где D> — максимальный диаметр металлической мембраны; h> — допуск на неперпендикулярность торца основания; Р— минимальный диаметр основания; h2 — высота основания. При установке основания с полупроводниковой мембраной вдатчик,,при поджатии последней к металлической мембране, на поверхность полупроводниковой мембраны наносится тонкий слой герметика на основе полиорганического силоксана. при поджатии основания слой силоксана, растекаясь, заполняет микрополости между металлической и полупроводниковой мембраной и тем самым обеспечивает прилегание по всей поверхности полупроводниковой мембраны, Физические свойства полиорганического силоксана таковы, что он. во-первых, после полимеризации исключает жесткое сцепление металлической и кремниевой мембран и тем самым не ухудшает температурные характеристики датчика из-за значительного различия термических коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) мембраны из нержавеющей стали (а = 12-13 10 „— ) и 1 полупроводниковой мембраны (для кремния а = 3-4 10 — ) 8o-вторых, полиоргани1 ос ческий силоксан обладает необходим упругостью, обеспечивающей надежную и редачу измерительного давления от мета лической мембраны к полупроводниково При этом его свойства сохраняются как и отрицательных, так и положительных температурах, На фиг, 1 изображен предлагаемый датчик, содержащий приемный штуцер 1, с элементами натяжения защитной металлической мембраны 2 которая закреплена между корпусом 3 датчика и опорным кольцом 4. С внутренней стороны металлической мембраны 2 нанесен слой 5 полиорганического силоксана, который покрывает торец измерительного модуля 6 и полупроводниковой мембраны 7. Измерительный модуль 6 поджимается к металлической мембране 2 через прокладку 8 гайкой 9, которая перемещается в корпусе 3. Внутри корпуса 3 установлены элементы балансировки и термокомпенсации 10. Корпус датчика заканчивается разъемом 11, через который подается питание тенэосхемы и снимается выходной сигнал. На фиг. 2 схематично показан фрагмент конструкции датчика. Металлическая защитная мембрана 2 и прилегающий к ней измерительный модуль бс полупроводниковой мембраной 7 из-эа неточности изготовления модуля 6 и корпуса 3 прилегание к металлической мембране 2 и корпусу 3 происходит с зазором 2, заполненным полиорганическим силоксаном. Измеряемое давление P (фиг. 1) через входной штуцер 1 воздействует на металлическую защитную мембрану 2 и через слой 5 полиорганического силоксана воспринимается полупроводниковой мембраной 7, установленной в корпусе измерительного модуля 6. Возникающие е полупроводниковой мембране механические напряжения приводят к разбалансу тензосхемы и появлению на выходном разьеме 11 сигнала, пропорционального давлению Р, При изготовлении датчика, вследствие неизбежных погрешностей, в частности возникает неперпендикулярность торца и боковой поверхности измерительного модуля б (фиг, 2), Возможно наличие зазоров между модулем 6 и корпусом 3 датчика, а также возникновение неперпендикулярности металлической мембраны 2 относительно вертикальной оси датчика при ее натяжении (фиг. 1) штуцером 1, при сварке его с опорным кольцом 4. Устранение возможных зазоров 12 (фиг. 2) производится в результате их заполнения полиорганическим силоксаном. Для этого последний наносится в небольшом объеме на поверхность 1760411 объем V которого определяется из соотношения v =д(2 +(of — n3)h>j л Э 1 Составитель С.Качкаев Техред М.Моргентал Корректор М.Андрушенко Редактор Заказ 3181 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 составляющих основной погрешности датчика — нелинейности и гистерезиса в 2 и более раз. Формула изобретения Датчик давления по авт. св. N 1615579, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введен слой герметика из полиорганического силоксана, размещенный между металлической мембраной и поджатым к ней основанием с полупроводниковой мембраной, где 01 — максимальный диаметр металлической мембраны: h> — допуск на неперпендикулярность торца основания; Ор — минимальный диаметр основания; h2 — высота основания.
