Датчик давления и способ его изготовления

 

ния ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ОТОВДЕНИЯ Использование: для измерения дэвленапример на лопатках турбин, где требуются минимальные габариты. Сущность изо5ретения: датчик содержит пьезоэлеменг 1 с электродами 2, эластичный слой 3, являющийся основанием, защитный слой 4, пер «ые присоединительные проводники 5, 6, вторые присоединительные проводники 7, дополнительный эластичный слой 8. Присоединительные проводники 7 электрически связаны с присоединительными проводниками 5,6 и электродами 2 через металлизированные переходные отверстия. Присоединительные проводники 7 остаются открытыми. Дополнительный слой 8 наносится на основание до приклеивания пьезоэлемента 1 и для получения монолитного соединения выдерживается под давлением и при температуре, необходимых для отверждения данного материала. При этом основание с дополнительным эластичным слоем прижимается к пластине, не имеющей к нему адгезии (например, из фторопласта ) и подвергнутой абразивной обработке . При отверждении эластичного слоя происходит его вдавлйёа йие в рельеф пластины . Рельеф отпечатывается на поверхности дополнительного эластичного слоя, что повышает прочность приклеивания к объекту, т.е. повышается надежность. 2 с.п, ф-лы, 5 ил. U

.СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспуБлик (51)5 G 01 (9/08

ННОЕ ПАТЕНТНОЕ

CCP

СР) НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4917526/10 (22) 11.03.91 (46)I 07.02.93. Бюл. М 5 (71). Научно-исследовательский институт физич ских измерений (72) Ю.А.Пивкин, С.Д.Забродина, Н.П.Фетисов и Л.С. Белицкая (56).Авторское свидетельство СССР

М 1404851, кл. G 01 1 9/04, 1986.

Заявка ФРГ М 3634484, кл. Н 04 R

17/ О, 1988. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО

ИЗ ОТОВЛЕНИЯ (57) Использование: для измерения давления например на лопатках турбин, где требу ся минимальные габариты, Сущность изо ретения: датчик содержит пьезаэлемен 1 с электродами 2, эластичный слой 3, явл ющийся основанием, защитный слой 4, пер ые присоединительные проводники 5, 6, в орые присоединительные проводники

„; 5U „„1793285 А1

7, дополнительный эластичный слой 8. Присоединительные проводники 7 электрически связаны с присоединительными проводниками 5, 6 и электродами 2 через металлизированные переходные отверстия, Присоединительные проводники 7 остаются открытыми, Дополнительный слой 8 наносится на основание до приклеивания пьезоэлемента 1 и для получения монолитного соединения выдерживается под давлением и при температуре, необходимых для отверждения данного материала.

При этом основание с дополнительным эластичным слоем прижимается к пластине, не имеющей к нему адгезии (например., из фторопласта) и подвергнутой абразивной обработке. При отверждении эластичного слоя происходит его вдавливайие в рельеф пластины. Рельеф отпечатывается на поверхности дополнительного эластичного слоя, что повышает прочность приклеивания к объекту, т.е, повышается надежность, 2 с,п, ф-лы, 5 ил.

1793285

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для йзмерения давления, например, на лопатках турбин, где требуются минимальные габариты и невозможно применение ввертных датчиков.

Известен пьезорезистор для измерения напряженного состояния внутри массива модели горных выработок, содержащий заключенные в упругую оболочку две металлические пластинй — электроды с размещенными между ними чувствительным элементом, и две тяги, соединенные со стержнем, Стержень каждой тяги прйкреплен к центру соответствующей пластины, . 15

Однако такой пьезорезистор обладает повышейным виброэквивалентом ввиду того, что над чувствительным элементом расположены тяги из диска и стержня, и большими габаритами. 20

Наиболее близким техническим решением к изобретейию является: пьезоэлект-. рический преобразователь, который содержит плату с приклеенным к ней пьезоэлектрическим слоем, имеющим с двух сто- 25 рон электроды. Плата изготавливается из неметаллического материала. На плате формируются проводящие дорожки, одна из которых контактирует с электродом пьезоэлемента, обращенным к плате непосредственно, а дру- 30 гая контактирует с противоположным электродом через сквозное отверстие в пьезоэлектрическом слое. Краевая область платы зажимается между двумя регулировочными элементами, которые удерживают- 35 ся между частями корпуса.

Недостатками этого преобразователя являются большие габариты и негерметичность чувствительного элемента, Цель изобретения — повышение надеж- 40 ности.

Датчик давления, содержащий пьезоэ лемент с установленными по обе его стороны электродами, один из которых закреплен на основании, выполненном в виде основ- 45 ного слоя из эластичного неметаллического материала, и первые и вторые присоединительные проводники, снабжен защитным и дополнительным эластичными неметаллическими слоями, при этом первые присоеди- 50 нительные проводники установлены в зоне крепления электрода к основанию с противоположной его стороны и соединены с электродом через металлизированные отверстия, выполненные в основании, а вто- 55 рые присоединительные проводники размещены вне зоны крепления электрода, установлены на основании со стороны пьезоэлемента и соединены с первыми проводниками через металлизированные отверстия, выполненные в основании, причем дополнительный слой нанесен на основание со стороны первых проводников, а защитный слой размещен непосредственно на другом электроде и закреплен на основании.

Кроме того, согласно изобретению в способе изготовления датчика давления, заключающимся в установке пьезоэлемента между двумя эластичными слоями и обработке одного из слоев, перед установкой пьезоэлемента нэ один из эластичных слоев на последний со стороны, противоположной от пьезоэлемента, наносят дополнительный слой, который прижимают к пластине, предварительно подвергнутой абразивной обработке при температуре и давлении отверждения дополнительного слоя.

Такое расположение присоединительных проводников и нанесение дополнительного эластичного слоя на основание со стороны первых присоединительных проводников повышает надежность герметизации при работе датчика в условиях высоких уровней давления и температуры рабочей среды, т.к. при этом исключается наличие присоединительных проводников в зоне соединения защитного слоя и основания, Кроме .того, нанесение дополнительного эластичного слоя, исключает образование микротрещин на поверхности эластичного слоя без уменьшения адгезии при приклеивании к обьекту, Нэ фиг. 1 и 2 изображен датчик давления в двух проекциях; на фиг. 3 — разрез В-В на фиг. 2; на фиг, 4 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 5 — разрез Б-Б нэ фиг. 1.

Датчик содержит пьезоэлемент 1 с электродами 2, выведенными на торцевую поверхность пьезоэлемента, обращенную к эластичному слою 3, являющемуся основанием, защитный слой 4, первые присоединительные проводники 5 и 6, вторые присоединительные проводники 7, дополнительный эластичный слой 8.

Присоединительные проводники 5, 6 и 7 наносятся на основание известным способом, например, вакуумным напылением.

Структура напыленных проводников хроммедь-олово-висмут. Присоединительные проводники 7 электрически связаны с присоединительными проводниками 5, 6 и электродами 2 через металлизированные переходные отверстия диаметром 50-70 мкм (на фиг. 4 и 5 показаны знаком "+").

Присоодинительные проводники 7 остаются открытыми, т,к. защитный слой 4 их не перекрывает.

Дополнительный слой 8 наносится на основание до приклеивания пьезоэлемента .

1 и для получения монолитного соединения

179;Г.>85 выл рат р гез под отв его отп тел вы объ как сти

25 ерживается под давлением и при темпее, необходимых для отверждения данматериала. При этом основание с лнительным эластичным слоем прижися к пластине, не имеющей к нему ади (например, из фторопласта) и ергнутой абразивной обработке, При рждении эластичного слоя происходит давливание в рельеф пластины. Рельеф чатывается на поверхности дополниного эластичного слоя. В результате поается прочность приклеивания к кту и повышается герметичность, так исключа т я н ш е с ару ение целостности осн вания, Экспериментально установлено, что наибоА ьшая клеевая прочность на отрыв доается при глубине абразивной ботки пластины, равной 3,5 — 7 мкм, меньшей глубине обработки клеевая ность снижается, так как в этом случае ченная поверхность дополнительного

Формула изобретения

1, Датчик давления, содержащий пьезоэле ент с установленными по обе его сторон электродами, один из которых зак еплей на основании, выполненном в виде основного слоя из эластичного неметалл ческого материала и первые и вторые при оединительныепроводники, отличаю шийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен защитным и дополнительным эластичными неметаллическийи слоями, при этом первые приооединительные проводники установлены в зоне крепления электрода к основанию

I с пр тивоположной его стороны и соединены с электродом через металлизированные отве стия, выполненные в основании, а вторые присоединительные проводники размещЕны вне эоны крепления электрода, установлены на основании со стороны пьеI зоэл мента и соединены с первыми проводэластичного слоя близка к поверхности необработанной полиимидной пленки.

При большем значении глубины абразивной обработки также происходит сниже5 ние клеевой прочности за счет неравномерности клеевого шва по толщине, Давление через защитный слой 4 воздействует на пьезоэлемент 1, в результате чего на его электродах 2 возникает электры10 ческий заряд, который через первые 6, 5 и вторые 7 присоединительные проводники поступает на регистрирующую аппаратуру, Регистрирующая аппаратура подключается ко вторйм прйсоединительным проводни15 кам 7 с помощью дополнительных проводников, длина которых выбирается для конкретного обьекта. Провода присоединяются с помощью пайки или сварки. Место присоединения герметизируется влагостой20 ким клеем.

Использование изобретения повышает надежность без увеличения габаритов и виброэквивалента. никами через металлизированные отверстия, выполненные в основании, причемдополнительный слой нанесен на основание

30 со стороны первых проводников, а защитный слой размещен непосредственно на другом электроде и закреплен на основании, 35 2. Способ йзготовления датчика давления, заключающийся в установке пьезоэлемента между двумя эластичными слоями и обработке одного из слоев, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения надежно40 сти эксплуатации, перед установкой пьезоэлемента на один из эластичных слоев на последний со сторонй, противоположной от пьезоэлемента, наносят дополнительный слой, который прижимают к пластине, пред45 варительно подвергнутой абразивной обработке при давлении и температуре отверждения дополйительного слоя.

1793285

1793285 б

Составитель А.Акимов

ТехРед ММоРгентал КоРРектоР А.Обручар

Ре ктор

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

За аз 497 Тираж Подписное

9НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям ори ГКНТ СССР

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