Датчик разности давлений

 

Использование: для измерения статических и динамических давлений жидких и газообразных сред. Цель - повышение точности измерения за счет уменьшения температурной погрешности. Сущность изобретения: датчик содержит вакуумированный корпус 1, цилиндрическое основание 2, в котором выполнены полость 3, ограниченная первой измерительной мембраной 4, и полость 5, ограниченная второй измерительной мембраной 6. Полость 3 имеет доступ к давлению Pi. Полость 5 имеет доступ к давлению Р2 через канал 7 и изолирована от давления Pi пластиной 8. Напротив мембран 4 и 6 установлен неподвижный диск 9 с зазором. На планарной стороне основания 2 (на мембранах 4 и 6) через диэлектрический слой сформированы круговые электроды 11 и 12 измерительных конденсаторов емкостью Cxi и СХ2. а на недеформируемой части основания 2 - круговые электроды 13 и 14 опорных конденсаторов емкостью Coi, C02- На диске 9 в зеркальном отображении через другой диэлектрический слой сформированы электроды . Для соединения датчика с магистралью к цилиндрическому основанию 2 приварен штуцер 16. Предлагаемый счетчик имеет повышенную в 2-3 раза точность измерения . 1 ил. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я)ю G 01 б 9/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о

1 (л (21) 4912312/10 (22) 19,02.91 (46) 07.10,92. Бюл. М 37 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) В.А.Зиновьев, В.Б,Акимов и А.А,Шошин (56) Авторское свидетельство СССР

М 1622788, кл. G 01 б 9/12, 1989, Авторское свидетельство СССР

М 1150500, кл, G 01 б 9/12, 1983 (прототип). (54) ДАТЧИК РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ (57) Использование: для измерения статических и динамических давлений жидких и газообразных сред. Цель — повышение точности измерения за счет уменьшения температурной погрешности. Сущность изобретения: датчик содержит вакуумированный корпус 1, цилиндрическое основание 2, в котором выполнены полость 3, ограниченная первой измерительной мембраной 4, и полость 5, ограниченная второй

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам разности давлений, и может быть использовано для измерения статических и динамических давлений жидких и газообразных сред, Известен емкостный датчик давления, содержащий две йлоские мембраны с краевыми втулками, обращенными одна к другой торцами, между которыми расположен металлический неподвижный диск, который .зажат в корпусе с помощью двух шайб из электроизоляционного материала.

Недостатком известной конструкции является низкая точность измерения, обусловленная тем, что расстояние между элекизмерительной мембраной 6, Полость 3 имеет доступ к давлению Р1. Полость 5 имеет доступ к давлению Pz через канал 7 и изолирована от давления Р1 пластиной 8.

Напротив мембран 4 и 6 установлен неподвижный диск 9 с зазором. На планарной стороне основания 2 (на мембранах 4 и 6) через диэлектрический слой сформированы круговые электроды 11 и 12 измерительных конденсаторов емкостью Сх1 и Сх2, а на недеформируемой части основания 2 — круговые электроды 13 и 14 опорных конденсаторов емкостью Со1, С02. На диске

9 в зеркальном отображении через другой диэлектрический слой сформированы электроды. Для соединения датчика с магистралью к цилиндрическому основанию 2 приварен штуцер 16. Предлагаемый счетчик имеет повышенную в 2 — 3 раза точность измерения. 1 ил. тродами двух емкостей задается двумя шайбами и от воздействия температуры неравномерно изменяется расстояние между электродами, что влечет ложные изменения выходного сигнала. Кроме того, отсутствие опорных емкостей, находящихся в тех же эксплуатационных условиях, что и измерительные емкости, не позволяет обеспечивать высокую точность измерения разности давлений в широком температурном диапазоне.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет уменьшения температурной погрешности, Поставленная цель достигается тем, что в датчик разности давлений, содержащий

1767375 две идентичные плоские мембраны и неподвижный диск, установленный с зазором относительно мембран, введено цилиндрическое основание, в котором выполнены подводящие каналы, мембраны выполнены в одной плоскости торцевой поверхности цилиндрического основания, при этом на мембранах через диэлектрический слой сформирбваны измерительные круговые электроды, а на недеформируемой части основания размещены два введенных опорных круговых электрода, при этом на диске в зеркально симметричном отображении через диэлектрический слой сформированы четыре круговых неподвижных электрода.

На фиг.1 схематично изображен датчик разности давлений; на фиг.2 и 3 — сечения

А — А и Б — Б на фиг.1 (топология размещения электродов).

Датчик давления включает вакуумированный корпус 1, цилиндрическое основание 2, в котором выполнены полость 3, ограниченная первой измерительной мембраной 4, и полость 5, ограниченная второй измерительной мембраной 6. Полость 3 имеет доступ к измеряемой среде от магистрали. Полость 5 соединена каналом 7 и изолирована от полости 3 пластиной 8, Напротив мембран 4 и 6 установлен диск 9 с зазором, .величина которого задается толщиной кольца 10. На планарной стороне основания 2 (на мембранах 4 и 6) через диэлектрический слой сформированы круговые электроды 11 и 12 измерительных

КОНдЕНСатсрОВ ЕМКОСТЬЮ Сх1, Сх2, а На НЕдЕформируемой части основания 2 — круговые электроды 13 и 14 опорных конденсаторов емкостью Со1, С 2. На диске 9 в зеркальном отображении через другой диэлектрический слой сформированы также по форме электроды 15, как и на основании 2. Для соединения датчика с магистралью к цилиндрическому основанию 2 приварен штуцер 16, Датчик разработан с использованием планарно-пленочной технологии формирования на мембране структур металл — диэлектрик — металл (электрод) и содержит в одной конструкции два измерительных канала для фиксирования давленйй Р1 и Р2 с последующей регистрацией разности давлений Рраа.

Датчик работает следующим образом.

Давление Р1 подается через штуцер 16

s полость 3, При этом мембрана 4 прогибается на величину, пропорционал.-.ную абсолютному значению Р1. Величина измерительной емкости Сх1 изменится на величину AG1, пропорциональную Р1. Значение Сх1 регистрируется преобразователем в виде выходного напряжения U1„, пропорцИОНаЛЬНОГО ОТНОШЕНИЮ Со1/Сх1 . 1х Uo (К1 С ) (1)

Сх1 где K1 — коэффициент преобразующей электронной аппаратуры;

U0 — начальный опорный сигнал.

Давление Р2 подается через канал 7 в полость 5. Мембрана 6 прогибается на величину, пропорциональную давлению Р2.

Величина измерительной емкости Сх2, свя15 занная с мембраной 6, изменится на величину a C„, пропорциональную Р2.

Значение Сх2 регистрируется вторым каналом преобразователя в виде второго напряжения U2, пропорционального отно20 шению Co1/Сх1 .

Ог = Uo (Кг — ) (2) х2 где K2 — коэффициент преобразующей элек25 тронной аппаратуры.

В электронном преобразователеосуществляется периодическое уравновешивание

ЗарядОВ На КОНдЕНСатОраХ Со1, Сх1, Со2, Сх2, пРеобРазУет их в напРЯжение U1Ä 02х и в

30 вычитающем устройстве формирует напряжение Овых, пропорциональное разности (U1x — U2< ):

Со1 живых = О1х 2х КЗ (К1 С )

С.1

Со2 — (К4 (К2 )) N = Р1 — Р2 = Рраз

Сх2 (3) где Кз, К4, N — масштабные коэффициенты

40 блоков электронного преобразователя.

Таким образом, на выходе датчика получают выходной сигнал, пропорциональный разности давлений.

Предлагаемый датчик отличается от из45 вестного повышенной в 2 — 3 раза точностью измерения.

Формула изобретения

Датчик разности давлений, содержащий две идентичные плоские мембраны и

5р неподвижный диск, установленный с зазором относительно мембран,о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения температурной погрешности, в него введено цилиндрическое осно-55 вание, в котором выполнейы подводящие=-.".: каналы, мембраны выполнены в одной пло="--скости торцевой ооверкйости цилиидрического основания, при этом на мембранах через диэлектрический слой сформированы измерительные круговые электроды, а на

1767375

15

Составитель В.Зиновьев

Техред М.Моргентал Корректор Н.Тупица

Редактор

Заказ 3543 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 недеформируемой части основания размещены два введенных опорных круговых электрода, при этом на диске в зеркально

ФОГ 7 симметричном отображении через диэлектрический слой сформированы четыре круговых неподвижных электрода.