Датчик абсолютного давления


 


Владельцы патента RU 2477846:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к измерительным приборам и может быть использовано для измерения малых величин абсолютных давлений. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения малых давлений и при перегрузках, многократно превышающих диапазон измеряемого давления. Датчик абсолютного давления состоит из вакуумной камеры, образованной корпусом датчика и мембраной, соединенной штоком с концом рычага мембранно-рычажного тензопреобразователя, размещенного внутри вакуумной камеры, имеющей упор, предохраняющий мембрану от перегрузки. Вакуумная камера в выполнена Э-образного сечения. Тензопреобразователь выполнен с Т-образным сечением. В верхней части тензопреобразователя расположена мембрана с прикрепленным чувствительным элементом со сформированным электрическим мостом Уинстона из тонкопленочных кремниевых тензорезисторов. Конец рычага тензопреобразователя расположен в нижней части камеры напротив мембраны корпуса. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительным приборам и может быть использовано для измерения малых величин абсолютных давлений.

Известна конструкция датчика абсолютного давления, содержащая корпус с упругим элементом, в котором под действием атмосферного давления упругий элемент постоянно находится в напряженном состоянии, а именно датчик абсолютного давления, содержащий корпус, разделенный мембраной на две камеры - измерительную и опорную, вакуумированную, шток, жестко связанный с мембраной, взаимодействующий с упругим элементом с расположенными на нем тензорезисторами, и ограничительный упор под мембрану. Агейкин Д.И. и др. Датчики контроля и регулирования. М.: Машиностроение, 1965 г. с.605.

Известен датчик абсолютного давления, содержащий корпус, разделенный мембраной на две камеры - измерительную и опорную, вакуумированную, шток, жестко связанный с мембраной, взаимодействующий с упругим элементом с расположенными на нем тензорезисторами, и ограничительный упор под мембрану, в котором для повышения точности измерения малых абсолютных давлений путем исключения перегрузок от действия атмосферного давления в процессе эксплуатации, упругий элемент выполнен с центральным сквозным отверстием под шток, на выступающей части которого с зазором относительно упругого элемента установлен с возможностью перемещения вдоль штока дополнительный упор. Авторское свидетельство СССР №1081448, МПК: G01L 9/04, 1984 г. Данный датчик имеет сложную конструкцию и сравнительно низкую точность измерений.

Недостатком этих устройств является наличие упора с возможным его перемещением вдоль штока и, как следствие, появление дополнительной температурной погрешности за счет возможного изменения положения упора. Кроме того, упор неоднозначно давит на упругий элемент, так как шток проходит через отверстие в упругом элементе с зазором.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения малых давлений и при перегрузках, многократно превышающих диапазон измеряемого давления, и устранение погрешности, возникающей при использовании подвижных настроечных элементов.

Технический результат достигается тем, что в датчике абсолютного давления, состоящем из вакуумной камеры, образованной корпусом датчика и мембраной, соединенной штоком с концом рычага мембранно-рычажного тензопреобразователя, размещенного внутри вакуумной камеры, имеющей упор, предохраняющий мембрану от перегрузки, вакуумная камера в сечении выполнена Э-образного сечения, а тензопреобразователь выполнен с Т-образным сечением из титанового сплава, в верхней части тензопреобразователя расположена мембрана с прикрепленным чувствительным элементом со сформированным электрическим мостом Уинстона из тонкопленочных кремниевых тензорезисторов, а конец рычага тензопреобразователя расположен в нижней части камеры напротив мембраны корпуса.

Благодаря использованию мембранно-рычажного тензопреобразователя с рабочим перемещением конца рычага, одинаковым с перемещением центра мембраны под действием контролируемой среды, исключаются подвижные элементы настройки.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где: 1 - вакуумная камера Э-образного сечения, 2 - корпус, 3 - мембрана, 4 - шток, 5 - мембранно-рычажный тензопреобразователь, 6 - стенка корпуса 2.

Стенка 6 корпуса датчика 2 абсолютного давления является опорной конструкцией, осуществляющей функцию защиты от перегрузки со стороны измеряемого параметра. Конструкция датчика исключает возможность появления дополнительной погрешности выходного сигнала датчика при изменении температуры и позволяет производить настройку датчика при атмосферном давлении до вакуумирования камеры.

Устройство работает следующим образом. Настройка параметров выходного сигнала происходит при атмосферном давлении до вакуумирования рабочей камеры.

Мембрана 3 под действием давления контролируемой среды развивает усилие, которое через шток 4 передается на рычаг тензопреобразователя 5, при этом перемещение рычага вызывает деформацию изгиба мембраны (на чертеже не показана) тензопреобразователя 5 и, как следствие, изменение сопротивлений плеч моста Уинстона.

При возникновении перегрузки со стороны контролируемой среды мембрана «ложится» на упор 6. Вакуумирование камеры 1 обеспечивает возможность измерения абсолютных давлений, равных единицам мм рт.ст.

Датчик абсолютного давления, состоящий из вакуумной камеры, образованной корпусом датчика и мембраной, соединенной штоком с концом рычага мембранно-рычажного тензопреобразователя, размещенного внутри вакуумной камеры, имеющей упор, предохраняющий мембрану от перегрузки, отличающийся тем, что вакуумная камера в сечении выполнена Э-образного сечения, а тензопреобразователь выполнен с Т-образным сечением из титанового сплава, в верхней части тензопреобразователя расположена мембрана с прикрепленным чувствительным элементом со сформированным электрическим мостом Уинстона из тонкопленочных кремниевых тензорезисторов, конец рычага тензопреобразователя расположен в нижней части камеры напротив мембраны корпуса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразователям малых давлений высокотемпературных сред, и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей давления, работоспособных при повышенных температурах.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой (НиМЭМС), предназначенным для использования при воздействии нестационарных температур и повышенных виброускорений.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в системах измерения, контроля и управления. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для измерения давления в условиях воздействия нестационарных температур и повышенных виброускорений.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия повышенных виброускорений и нестационарных температур.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных агрессивных сред в условиях воздействия нестационарных тепловых полей

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давления жидких и газообразных средств

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенным для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем с мостовой измерительной цепью, предназначенным для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давлений измерительными устройствами, построенными на базе тензорезисторных мостов

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной пенью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Технический результат: повышение временной стабильности, ресурса, срока службы. Способ заключается в том, что после присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензоэлементов их подвергают воздействию тестовых пониженных и повышенных температур, измеряют сопротивления тензорезисторов при воздействующих температурах, определяют температурные коэффициенты сопротивлений тензорезисторов в диапазоне воздействующих температур, вычисляют но ним критерий временной стабильности по соотношению Ψτ01=|(α2+α4)-(α1+α3)|, где α1, α2, α3, α4 - температурный коэффициент сопротивления соответственно первого, второго, третьего, четвертого тензорезистора НиМЭМС, и если |Ψτ01|<|ΨταΔ1|, то данную сборку передают на последующие операции. Кроме того, тензоэлементы, перемычки, контактные площадки и выводные проводники соединяют в мостовую измерительную цепь и подвергают ее воздействию тестовых пониженных и повышенных температур, измеряют значения начальных выходных сигналов мостовой измерительной цени при воздействующих температурах, вычисляют по ним критерий временной стабильности по соотношению и если |Ψτ02|<|ΨταΔ2|, то данную сборку передают на последующие операции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. В способе измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС), в режиме измерения значение измеренного давления Pi вычисляют путем бигармонической сплайн интерполяции по контрольным точкам, исходя из сохраненного на этапе калибровки вектор-столбца W(Pэ, Uiz, Upt, X1…Xn) по формуле: Pi=GT×W, где GT - транспонированный вектор-столбец G; символ «×» обозначает матричное произведение. Калибровку для измерения давления осуществляют путем регистрации напряжений измерительной Uiz и питающей Upt диагоналей мостовой измерительной цепи и значений величин X1…Xn, зависящих от дестабилизирующих факторов, и записи в постоянное запоминающее устройство датчика вектор-столбца W, который рассчитывают по формуле: W=g-1×P, где P - вектор-столбец эталонных значений давления в контрольных точках; g - матрица, элементы которой определены в зависимости от количества переменных функции преобразования. Датчик давления на основе НиМЭМС, реализующий предлагаемые способы измерения и калибровки, включает в себя источник тока, тензорезисторный преобразователь давления, АЦП, вычислительное устройство, постоянное запоминающее устройство и цифровой интерфейс. При этом вычислительное устройство содержит блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, блок расчета численного значения давления. Технический результат - повышение точности измерения давления. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при разработке полупроводниковых датчиков давления, выполненных по технологии МЭМС (микроэлектромеханические системы). Преобразователь давления содержит кремниевую мембрану с тензоизмерительным мостом, последовательно соединенным с транзистором, подключенными к источнику постоянного напряжения. Выходная диагональ тензомоста соединена с входом инструментального усилителя, выход которого подключен к первому входу усилителя коррекции температурной погрешности. Ко второму входу усилителя коррекции подключен сумматор, первые два входа которого соединены через резистор и диод со средними точками измерительного тензомоста. Третий вход через резистор подключен к источнику смещения напряжения сумматора. Техническим результатом является устранение температурной погрешности в преобразователе. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Технический результат: повышение временной стабильности, ресурса, срока службы. Способ изготовления тензорезисторного датчика давления заключается в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков. После присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензоэлементов мембрану НиМЭМС последовательно подвергают циклическому воздействию тестовых значений измеряемого давления Pj, равномерно распределенных от нижнего Р0 до верхнего предела РH и от верхнего РH до нижнего P0 предела измерения датчика при одновременном измерении его выходного сигнала и напряжения питания в каждой точке градуирования, вычисляют по ним критерий временной стабильности по соотношению: 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в жидких и газообразных агрессивных средах. Датчик абсолютного давления содержит корпус со штуцером, герметизирующую контактную колодку, металлическую мембрану, несжимаемую жидкость, полупроводниковый чувствительный элемент, состоящий из стеклянного основания и квадратного профилированного полупроводникового кристалла, в центре тонкой части которого сформирован жесткий центр квадратной формы, на рабочей части полупроводникового кристалла сформирована мостовая измерительная цепь, состоящая из четырех тензорезисторов. Размер жесткого центра определяется из соотношения: l ж . ц . > h ж . ц . / 1,432 . Центры одних тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные положительные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенном из соотношения Центры других тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные отрицательные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенном из соотношения 7 ил., 2 табл.
Наверх