Полупроводниковый преобразователь давления

 

Использование: в измерительной технике для высокоточного измерения давления с помощью миниатюрных полупроводниковых преобразователей давления, защищенных от перегрузки давлением. Сущность изобретения: полупроводниковый преобразователь давления содержит корпус 1 с предкамерой 2 и разделительной мембраной 3. Канал 4 соединяет предкамеру 2 с измерительной камерой 5, закрытой упругой мембраной 6 с жестким центром 7, на котором установлена полупроводниковая мембрана 8, соединенная токовводами 9 с внешней измерительной аппаратурой. Жесткий центр 7 прижат к стенке измерительной камеры 5. Упругая мембрана 6 имеет тороидальную форму. Вкладыш 10 из материала с малым температурным изменением объема вставлен в корпус 1 и уменьшает объем рабочей жидкости. Положительный эффект: повышение точности измерений благодаря уменьшению погрешности, вносимой жидкостным устройством защиты от перегрузок. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к высокоточному измерению давления с помощью миниа- тюрных полупроводниковых преобразователей давления, защищенных от перегрузки давлением.

Наиболее близким к изобретению являетcя полупроводниковый преобразователь давления, защищенный от перегрузки, содержащий заполненный рабочей жидкостью корпус с расположенными в нем предкамерой с разделительной мембраной, измерительной камерой, сообщенной каналом с предкамерой и закрытой упругой мембраной с расположенным на ее жестком центре полупроводниковым чувствительным элементом.

Однако это устройство имеет погрешность измерения, связанную с несовершенством упругих свойств разделительной и упругой мембран, а также в связи с изменением объема рабочей жидкости при изменении температуры.

Техническим результатом, получаемым от изобретения, является уменьшение погрешности, вносимой жидкостным устройством защиты от перегрузки.

Сущность изобретения состоит в том, что в полупроводниковом преобразователе давления упругая мембрана установлена в предварительно напряженном состоянии, при этом жесткий центр упругой мембраны прижат к корпусу с начальным усилием, превышающим усилие, создаваемое рабочей жидкостью при максимальном измеряемом давлении.

Упругая мембрана может быть выполнена с тороидальной поверхностью.

В измерительной камере может быть установлен введенный вкладыш, выполненный из материала с температурным коэффициентом расширения, меньшим, чем у материала, из которого выполнен корпус.

На фиг. 1 показана схема полупроводникового преобразователя давления; на фиг. 2 то же, с вкладышем; на фиг. 3 конструктивное выполнение преобразователя; на фиг. 4 конструктивное решение его измерительного узла.

Полупроводниковый преобразователь давления содержит корпус 1 с предкамерой 2, в которой рабочая жидкость отделена от измеряемой среды разделительной мембраной 3. Канал 4 соединяет предкамеру 2 с измерительной камерой 5, закрытой упругой мембраной 6 с жестким центром 7, на котором установлена полупроводниковая мембрана 8, соединенная токовводами 9 с измерительной аппаратурой (не показана). Жесткий центр 7 прижат к стенке измерительной камеры 5 с некоторым начальным усилием F_о.

Работа преобразователя (фиг. 1) заключается в том, что измеряемое давление Р_и создает давление Р рабочей жидкости, которое деформирует мембрану 8 и изменяет параметры ее тензочувствительных элементов. При превышении измеряемым давлением Р_и заданной величины Р_з усилие, действующее на упругую мембрану 6, уравнивается силой F_о прижатия ее центра к корпусу 1. Дальнейшее увеличение давления Р_и приводит к перемещению как упругой мембраны 6, так и разделительной мембраны 3. После того, как давление достигнет некоторой величины Р_и= Р_кр, разделительная мембрана 3 ложится на корпус, перекрывая канал 4, и при дальнейшем росте давления Р_и давление рабочей жидкости Р не меняется, что защищает полупроводниковую мембрану 8 от разрушения.

Давление рабочей жидкости Р меньше измеряемого давления Р_и на некоторую величину Δ Р= Р_и-Р. Величина Δ Р зависит от жесткости К разделительной мембраны 3 и перемещения δ ее центра: Δ Р= К х δ Перемещение определяется изменением Δ V объема измерительной камеры 5, возни- кающим вследствие деформации упругой мембраны 6 под действием давления Р. Изменение заполненного жидкостью объема измерительной камеры 5 при неподвижном центре 7 примерно в 4 раза меньше, чем при перемещающемся центре. Это позволяет уменьшить погрешность измерения, связанную с упругими несовершенствами мембран 3 и 6.

В случае применения упругой мембраны 6 с тороидальным гофром (фиг. 2) изменение объема измерительной камеры 5 от давления Р_и дополнительно снижается (при неподвижном жестком центре 7).

Температурная погрешность снижается в случае, когда объем измерительной камеры 5 сведен к минимуму за счет вставленного в корпус 1 вкладыша 10 (фиг. 2), так как вкладыш 10 при неизменном суммарном объеме предкамеры 2, канала 4 и измерительной камеры 5 уменьшает объем рабочей жидкости.

Таким образом, использование изобретения в жидкостных устройствах защиты миниатюрных полупроводниковых преобразо- вателей давления позволяет повысить точность измерений.

Формула изобретения

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, защищенный от перегрузки, содержащий заполненный рабочей жидкостью корпус с расположенными в нем предкамерой с разделительной мембраной, измерительной камерой, сообщенной каналом с предкамерой и закрытой упругой мембраной с расположенными на ее жестком центре полупроводниковым чувствительным элементом, отличающийся тем, что в нем упругая мембрана установлена в предварительно напряженном состоянии, при этом жесткий центр упругой мембраны прижат к корпусу с начальным усилием, превышающим усилие, создаваемое рабочей жидкостью при максимальном измеряемом давлении.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в нем упругая мембрана выполнена с тороидальной поверхностью.

3. Преобразователь по п.2, отличающийся тем, что в нем в измерительной камере установлен введенный вкладыш, выполненный из материала с температурным коэффициентом расширения меньшим, чем у материала, из которого выполнен корпус.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4