Датчик разности давлений

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тензорезистивным датчикам давления, и может быть использовано при измерении разности давлений жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности измерения. Сущность изобретения заключается в том, что датчик разности давлений содержит корпус с двумя полостями, заполненными электроизоляционной жидкостью. Полости загерметизированы двумя профилированными мембранами, воспринимающими давление, а между полостями в корпусе герметично закреплены третья мембрана и полупроводниковый тензорезистивный элемент, введены два диска и две пружины, которые прижимают диски к мембране с двух сторон. Диск, расположенный в одной из полостей, имеет диаметр больший, чем диаметр другой полости, а усилие пружины, прижимающей этот диск к мембране, больше, чем усилие пружины, прижимающей другой диск. Это обеспечивает неподвижность всех трех мембран в рабочем диапазоне измерения разности давлений, а следовательно, исключение влияния несовершенства упругих характеристик мембран на точность измерения. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению давления жидкостей и газов с использованием полупроводниковых тензорезистивных чувствительных элементов.

При измерении разности давлений эти давления действуют на чувствительный элемент, например, мембранного типа с двух сторон.

В большинстве случаев величины рабочих давлений значительно больше величины измеряемой разности давлений, что делает необходимым снабжать датчик разности давлений устройством, предохраняющим чувствительный элемент от разрушения при воздействии разности давлений, превышающей допустимую величину.

Известен датчик разности давлений содержащий корпус, в котором выполнены две полости, заполненные электроизоляционной жидкостью. Между полостями в корпусе закреплена мембрана и полупроводниковый чувствительный элемент. На внешней поверхности корпуса закреплены герметично с зазором две профилированные мембраны, каждая из которых сообщена через отверстие с соответствующей полостью [1].

В известном датчике мембрана, закрепленная между полостями, в корпусе при увеличении разности давлений перемещается, не позволяя разности давлений превысить допустимую величину, так как при определенной разности давлений одна из профилированных мембран ложится на корпус, предотвращая дальнейшее увеличение разности давлений между полостями, что исключает разрушение чувствительного элемента.

Однако известный датчик разности давлений имеет повышенную погрешность измерения, так как при измерении все три мембраны перемещаются и несовершенства их упругих характеристик, например гистерезис, нелинейность, нестабильность во времени и от температуры, ухудшают точностные характеристики датчика.

Предлагаемое изобретение направлено на уменьшение погрешности измерения известного датчика, который является наиболее близким аналогом предлагаемого.

Для этого в датчик разности давлений, содержащий корпус, в котором выполнены две полости, заполненные электроизоляционной жидкостью, при этом полости загерметизированы воспринимающими давление профилированными мембранами, расположенными с зазором относительно корпуса, а между полостями в корпусе герметично закреплены полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент и мембрана, введены два диска, расположенные по обеим сторонам мембраны и пружины, которые прижимают диски к мембране.

На чертеже изображен предлагаемый датчик разности давлений, который содержит корпус 1, полости 2 и 3, разделенные мембраной 4, полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент 5, соединенный с полостями, профилированные мембраны 6 и 7, воспринимающие давления, диски 8 и 9, пружины сжатия 10 и 11, которые прижимают диски к мембране.

Работает датчик следующим образом.

При воздействии давления Р₁ на мембрану 6 и давления Р₂ на мембрану 7 в случае, если величина разности давлений ΔP=P₁-P₂ не превышает верхнего предела измерений, разность давлений между полостями 2 и 3 также равна ΔР, которая воздействует на полупроводниковый тензорезистивный элемент 5, вырабатывающий выходной электрический сигнал, пропорциональный величине ΔР.

В рабочем диапазоне измерений мембрана 4 неподвижна, что обеспечивается тем, что диск 9 имеет диаметр больший, чем диаметр полости 2, а усилие пружины 11 больше, чем усилие пружины 10, прижимающей диск 8. Поскольку мембрана 4 неподвижна, то неподвижны и мембраны 6, 7. Для обеспечения неподвижности мембраны 4 в каждую полость может быть установлено по несколько пружин.

Неподвижность мембран исключает влияние несовершенства их упругих характеристик на точность измерения, а их жесткости на чувствительность датчика.

При увеличении давления Р₁ до значения, при котором разность ΔР становится больше верхнего предела измерений, мембрана 4 начинает прогибаться, а также начинают перемещаться мембраны 6 и 7, причем при некоторой, допустимой для чувствительного элемента разности давлений, мембрана 6 ложится на корпус, после чего разность давлений между полостями 2 и 3 перестает увеличиваться, несмотря на увеличение ΔР, что предохраняет чувствительный элемент от разрушения.

В случае если Р₂ больше Р₁, мембрана 4 прогибается в другую сторону, при этом мембрана 7 ложится на корпус, не допуская увеличения разности давлений сверх допустимой величины.

При уменьшении разности давлений мембрана 4 под воздействием пружин 10 и 11, а также мембраны 6 и 7 возвращаются в исходное положение.

Для увеличения быстродействия устройства, предохраняющего чувствительный элемент от разрушения, в дисках 8 и 9 могут быть выполнены отверстия относительно малого диаметра, через которые жидкость проникает в зазор между дисками и мембраной 4.

Литература:

1. Патент Великобритании №2165055, кл. G01L 7/08, 1985.

Датчик разности давлений, содержащий корпус, в котором выполнены две полости, заполненные электроизоляционной жидкостью, при этом полости загерметизированы воспринимающими давление профилированными мембранами, расположенными с зазором относительно корпуса, а между полостями в корпусе герметично закреплены полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент и мембрана, отличающийся тем, что в каждую полость введены по одному диску и пружины, которые прижимают диски к мембране с двух сторон, причем диск в одной из полостей имеет диаметр, больший, чем диаметр другой полости, а усилие пружины, прижимающей этот диск к мембране, больше, чем усилие пружины, прижимающей другой диск.