Емкостный датчик избыточного давления

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к датчикам давления, устанавливаемым на борту летательных аппаратов, и может быть использовано в самолетных бортовых системах и в других комплексах измерения. Емкостный датчик избыточного давления содержит корпус со штуцером и мембраной, емкостный преобразователь, включающий в себя эталонный конденсатор и измерительный конденсатор. В верхней части корпуса датчика размещена дополнительная мембрана, геометрические размеры которой идентичны геометрическим размерам мембраны, размещаемой в корпусе датчика. Обе мембраны соединены друг с другом при помощи штока, проходящего по оси через сквозные отверстия подвижного и эталонного конденсаторов. Неподвижный электрод жестко соединен с эталонным конденсатором при обеспечении их электроизоляции от корпуса при помощи стеклянных втулок. Своим наружным торцем он образует обкладку подвижного конденсатора, вторая обкладка которого закреплена на штоке. Резьбовая втулка - упор несет внутри себя элементы подвижного и эталонного конденсаторов, а ее торец предохраняет мембрану от воздействия перегрузочного давления. Внутренняя полость датчика вакуумирована, а в крышке выполнено отверстие, сообщающее надмембранную полость дополнительной мембраны с атмосферой. Технический результат: использование двух одинаковых мембран, связанных по оси жестким штоком, что обеспечивает компенсацию температурной погрешности датчика, позволяя одновременно улучшить линейность его характеристики. 3 ил.

 

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно, к датчикам давления, устанавливаемым на борту летательных аппаратов, и может быть использовано в самолетных бортовых системах и других комплексах измерения, требования к надежности которых сопоставимы с требованиями, предъявляемыми к объектам аэрокосмической техники.

Известен датчик избыточного давления, конструкция которого описана в книге Д.И.Агейкина и др. «Датчики контроля и регулирования». М.: Машиностроение, 1965, стр.635, фиг.у.101.

Целью предлагаемого изобретения и является создание конструкции, отличающейся высокой точностью и надежностью работы.

Упомянутый датчик давления содержит корпус с мембраной, штуцер, кожух, электроразъем, емкостный преобразователь, состоящий из чувствительного к давлению измерительного и нечувствительного к давлению эталонного конденсаторов.

Подвижный электрод измерительного конденсатора закреплен на штоке мембраны, а электроды эталонного конденсатора имеют форму колец.

Подвижный электрод измерительного конденсатора соединен в одно целое со штоком при помощи спекаемой стеклянной втулки.

Неподвижный электрод измерительного конденсатора закреплен посредством стеклянной втулки на штоке в гнезде верхнего основания с образованием воздушного зазора между данным электродом и верхним основанием, а электроды эталонного конденсатора посредством спекания стеклянных столбиков закреплены в нескольких точках, равномерно расположенных по окружностям этих электродов, в гнездах верхнего и нижнего оснований соответственно.

Подвижный электрод измерительного конденсатора имеет диаметр в 1,2 раза меньше диаметра неподвижного электрода измерительного конденсатора, а его токопровод выполнен тонким из упругого материала, расположен у основания штока мембраны и соединен с неподвижным электродом эталонного конденсатора.

Однако в процессе производства датчика выявились существенные недостатки конструкции, обуславливающие необходимость отбраковки части полностью изготовленных датчиков, причем возможность его применения в качестве датчика избыточного давления исключена.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез датчика избыточного давления, на фиг.2 показан поперечный разрез датчика избыточного давления, на фиг.3 - продольный разрез по сечению, указанному на фиг.1.

Датчик избыточного давления (см. фиг.1) содержит корпус со штуцером 1, с мембраной 2, приваренной к корпусу через промежуточное основание 3. Кожух 4, приваренный к основанию 3, несет на себе дополнительную мембрану 5, геометрические размеры которой идентичны размерам мембраны 2, поскольку обе они изготавливаются при помощи одних и тех же приспособлений по одинаковой технологии. Кожух 4, являющийся внешним образующим элементом датчика, соединен с крышкой 6. Элементы датчика 3, 4 и 6 выполняют функцию экранирования измерительного и эталонного конденсаторов, размещенных внутри них. Для закрепления внутри датчика эталонного конденсатора использована резьбовая втулка - упор 7, торец которой предохраняет мембрану 2 от воздействия перегрузочного давления.

Внутри втулки - упора 7, на ее противоположной от мембраны стороне размещен корпус неподвижного электрода 8. Внутри корпуса 8 на изолирующих втулках 9 (см. фиг.1 и 2) установлен образующий обкладку конденсатора неподвижный электрод 10. К корпусу неподвижного электрода 8 присоединен корпус эталонного электрода 11, внутри которого на таких же втулках 9 (см. фиг.2) размещен эталонный электрод 12, своим торцем образуя обкладку эталонного конденсатора. Неподвижный 10 и эталонный 11 электроды имеют осевые сквозные отверстия, через которые проходит шток 13, закрепленный своей нижней частью на мембране 2 и своей верхней частью на мембране 5.

На штоке 13 закреплен подвижный электрод 14, изолированный от штока 13 при помощи стеклянной втулки 15.

К подвижному электроду 14 присоединен токопровод 16, выполненный в виде изогнутой пластины (см. фиг.1). В стенке кожуха 4 размещен электрогермовывод 17, обеспечивающий электрическую связь с подвижным электродом 14.

Электрическая связь с неподвижным 10 и эталонным 11 электродами обеспечивается при помощи изогнутых проволочных электрических выводов 18 и 19, размещенных в электрогермовыводах 20 и 21 (см. фиг.3).

Отличительной особенностью предложенной конструкции является использование двух одинаковых мембран, связанных по оси жестким штоком. Это прежде всего обеспечивает компенсацию температурной погрешности датчика, обуславливаемую тем, что температурные изменения геометрических размеров мембран взаимокомпенсируются, т.к. деформации, обусловленные изменением температуры, всегда направлены навстречу друг другу.

При изменении температуры окружающей среды закрепленный на штоке 13 подвижный электрод 14 сохраняет свое положение относительно неподвижного электрода 10, определяемое только значением величины измеряемого давления Ризм. Кроме того, применение двух одинаковых мембран 2, 5, расположенных симметрично относительно плоскости, перпендикулярной перемещению штока 13, позволяет существенно улучшить линейность характеристики, поскольку одинаковое отклонение от линейности характеристик каждой мембраны в отдельности взаимно погашается, уменьшая область нелинейности.

Работа емкостного датчика избыточного давления осуществляется следующим образом. Измеряемое давление Ризм. поступает в корпус со штуцером, деформируя мембрану 2 и связанную с ней штоком 13 мембрану 5, находящуюся под действием атмосферного давления (см. фиг.1, 3).

Величина перемещения подвижного электрода 14, закрепленного на штоке 13, определяется разностью между измеряемым давлением Ризм. и атмосферным давлением Ратм., вызывая изменение емкости чувствительного к давлению конденсатора, пропорционального измеряемой разности давлений.

Емкость измерителя, т.е. чувствительного к давлению конденсатора, образованного неподвижным электродом 10 и подвижным электродом 14, изменяется, в то время как емкость эталонного конденсатора, образованного неподвижным электродом 10 и эталонным электродом 12, сохраняется неизменной. Для дальнейшего преобразования измеряемого перепада давления в электрический сигнал используется изменение отношений емкостей эталонного (12-10) и измерительного (14-10) конденсаторов.

Для повышения точности измерения избыточного давления и исключения воздействия окружающей среды на работу емкостного измерителя в предлагаемом датчике полость, в которой размещены подвижный, неподвижный и эталонный электроды, вакуумирована. Электрическая связь с устройством формирования выходного сигнала емкостного датчика давления осуществляется при помощи проволочных электрических выводов 16, 18 и 19 через электрогермовыводы 17, 20 и 21, содержащие в конструкции стеклянные втулки - изоляторы, исключающие электрическую связь с кожухом 4.

Работа емкостного датчика избыточного давления осуществляется следующим образом.

Измеряемое давление Ризм. (см. фиг.1, 3)поступает в корпус со штуцером 1, деформируя мембрану 2 и связанную с ней штоком 13 мембрану 5, на которую воздействует давление окружающей атмосферы, проходящее в полость через отверстие в крышке 6.

Перемещение подвижного электрода 14, закрепленного на штоке 13, соединяющем мембраны 2 и 5, определяется значением измеряемого избыточного давления, что определяет изменение значения емкости чувствительного к давлению конденсатора пропорционально измеряемому давлению Ризм.

Емкость измерителя, т.е. чувствительного к давлению конденсатора, образованного неподвижным электродом 10 и подвижным электродом 14, изменяется, тогда как емкость эталонного конденсатора, образованного неподвижным электродом 10 и эталонным электродом 12, сохраняется неизменной в процессе измерения избыточного давления. Изменение отношений емкостей эталонного и измерительного конденсаторов используется для дальнейшего преобразования в электрический сигнал.

Включение в конструкцию датчика дополнительной мембраны, закрываемой снаружи крышкой с образованием полости, которая через отверстие связана с окружающей атмосферой, позволяет измерять избыточное давление при отвакуумированной внутренней полости датчика. Предложенное техническое решение позволяет создать датчик, отличающийся повышенной точностью измерения избыточного давления, обусловленной закреплением штока в двух центрах противолежащих идентичных мембран.

Емкостный датчик избыточного давления, содержащий корпус со штуцером и мембраной, емкостный преобразователь, состоящий из чувствительного к давлению и нечувствительного к давлению эталонного конденсаторов, образованных электроизолированными электродами, при этом подвижный электрод закреплен на штоке мембраны, а электроды эталонного конденсатора имеют форму колец, и токопровод подвижного электрода измерительного конденсатора выполнен в виде изогнутой пластины, отличающийся тем, что в верхней части корпуса датчика размещена дополнительная мембрана, геометрические размеры которой идентичны геометрическим размерам мембраны, размещаемой в корпусе датчика, соединенные друг с другом при помощи штока, проходящего по оси датчика через сквозные отверстия подвижного и эталонного конденсаторов, неподвижный электрод жестко соединен с эталонным конденсатором при обеспечении их электроизоляции от корпуса при помощи электроизолирующих втулок, образуя своим наружным торцом обкладку конденсатора, вторая обкладка которого образована торцом подвижного электрода, закрепленного на штоке, резьбовая втулка - упор несет внутри себя элементы подвижного и эталонного конденсаторов, а ее торец предохраняет мембрану от воздействия перегрузочного давления, причем внутренняя полость датчика вакуумирована, а в крышке выполнено отверстие, сообщающее надмембранную полость дополнительной мембраны с атмосферой.