Патент ссср 433694

 

ит;етспОЗНДМ ееОЕНТИ .,Л "..УЛф

1 бтеблмотекФ дн1Щ

О П И С А Н И Е (!1) 433694

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сокоз Советски

Социалистические

Реслублик

К ПА ТЕНТУ (61) Зависимый от патента— (22) Заявлено 03.04. 69(21)I323I75/I8-IO {51) М. Кл.

C OIE 7/O8

Гасударственный номнтет

Совета 1(нннстрое СССР оо делам нвобретеннй н открытей

Ю

{321 ПриоритетХ5.08.68 (М) еуР42кЯМЖ

Опуоликовано25,86,74 Бюллетень № 23 (53) УД1 53I.787.

2Т(088. 8>

Дата опубликования описания I5. I2. 74

Иное тране ц

Хайнц Кастен (щ ) Иностранная Жирма

"Институт Фюр Регелунгстехник" (ЮР (72) Автор изобретения (71) Заявитель (541 ПРОФИЛИРОВАННАЯ МЕТАЛЛИЧБ КАЯ МШБРАНА

Изобретение касается профилированных металлических мембран для линейного измерения давления с помощью пьезосопротивления, Эти измерения могут вестись как в условиях атмосферного,так и в условиях статического давления (измерение разности давлений).

Известны плоские металлические мембраны с тензометрическими преоб азователями. Под воздействием давления на поверхности такой мембраны образуются области с положительным и отрицательным удлинениями. Различные тензометрические преобразователи обеих областей соединяют с мембраной в схему половины моста или в схему полного моста. Такие мостовые схемы дают измерительное напряжение,зависимое от давления и от приложенного питающего напряжения.

Однако пропорциональность между (давлением и измерительным напря2 жением достигавтся1 только прибли- зительно от IO кг/см .

Ясли размеры такой же мембраны выбирают с расчетом ее испол

5 зования для измерения давления, меныпего IO кг/см,то наблюдается увеличивающееся отклонение от линейности,так как вследствие увеличивающейся относительной дефор1о мации мембраны на напряжение изгиба дополнительно накладывается еще напряжение растяжения.

Во избежание таких явлений при измерении малых давлений пре15 дусматривают тензометрические датчики не на самой мембране,а на связанном с ней носителе. В этом случае сама мембрана сл т только для создания усилия,а перевод

20 этого усилия осуществляется носителем.

Однако такие устройства конструктивно сложны и громоздки.

Известны также мембраны,в

25 кОтОрых полностью отказались От

НОсителейэ В ТВКЕх устроиствах ,усилия, созданные мембранОЙ,H6HGQредственно передаются на свободно

HaTRH H8 проволокиркоторые д8йстБуют EaR пьезосОпротивления.

Однако затраты на изгОтОБЛ8 ние ТВКНх устрОЙСТБ Очень БысОки

Ц8ль изобретения - повышение тОчнОсти при измерении малых Бе личин дав л8ния.

Для этОГО краевая зона MGMбраны (T.8. Участок мембраны,Hc— посредственно гранича и с корпусом) выполнена потостью плоскои и рясположВня Б Одной плоскОсти профильной частью мембраны, На краеБОЙ зоне нанесены пьезоэл8к трические слои Пьезо злект)эический слой представляет собои проводящий слой расположенный межцу изоляционным и защитным слоями

Это обеспечивает прохождение тока глааним Образом Б направлении gaдияльного растяжения.

Пьезозлектрические слОи МО гут быть размещены как на БерхнеЦ так и на нижней стороне краевой зоны мембраны. Их можно делить на

Отдельные участки (например,нф каждой стороне по даа участка), что позволяет построить полную мОстоаую схему, Дал68,например,преимущественнО при измерении пер8пада давлб ния в условиях высоких абсолютных давлений стороны мембраны о нанеСОННЫМИ ПЬЕЗОЗЛ8КТРИЧЕСКИМИ СЛОями можно размещать Б защитной жидкости.

Технические и зкономические преимущества изобретения заключаются в простой и прочной конструкции мемДраны и пьезосопротивления при хорошей линейности между давлением и соответствующим исходящим злектрическим сигналом.

Кроме того,на требуется до-полнительных носителей для тензометрических преобразователей или

Элементов=носителей для размещеHHH ОВОбОДнО натЯнутых проволОк, выполняющих электрические измерения удлинений. Прочность конструкции обеспечивается тем,что соответствующие слои наносятся,а не наклеиваются,что,в свою очередь, позволяет избежать потерь из-за поверхностной утечки тока. Наносимые слои могут быть очень тонкими,что гарантирует хороший от, вод тепла от материала проводни ка. Радиально направленные положительные + 8и отрицательные - 8 удлинения на верхйей и нижней сторонах поверхности краевой зоны мембраны оптимально передаются на проводящий слой. Малая толщина

5 слоя а также меандрическзя структура создают условия для относительно высокого внутреннего сопротивления,что обеспечивает измерительный зффект Электрическую

1о нагрузку на нанесенном проводящем слое можно поддерживать на заданном уровне,a вследствии высокого внутреннего сопротивления могут бить применены Относительно БысОкие питающие напряжения.

Нанесенные проводящие слои мохут подвергаться высоким абсолютным давлениям.

На фиг Х изображен профиль предлагаемой мембраны;на фиг. 2проводящие слои íà краевой зоне мембраны; на фиг. 3 - проводящий слой с изоляционным и защитными ,5, сложа ; на фиг. 4 — проводящие

25 слои,разделенн е на Отдельные участки

Профилированная металлическая мембрана Х зажата между частями

2 и 3 корпуса. Профилирование мембраны доходит до плоской краевой зоны 4,средняя плоскость которой идентична средней плоскости 5 мембраны. В данных условиях не требуе*ся профили специальной

Зб формы: важным является только высота профиля. Краевув зону 4 преусматривают относительно узкой.

;од воздействием давления на профилированной мембране получается о тркая деформация средней плоскости 5,которая ведет к образованию относительно малого радиуса кривизны краевой зоны, благодаря чему достигаются высокие значенйя

45 удлинения при очень малых отклонениях оТ линейности. Профилирование мембраны препятствует образованию напряжений растяжения,что раино для уменьшения отклоненйй йо от линейности, Проводящий слой 6 (см. фиг.

2) размещен на краевой зоне 4.

Концы Этого слоя контактируют с .мембраной Б местах 7,а злектричесбб кие проводники через изоляционные, непроницаемые для давления, аноды выведены из корпуса.

На фиг. 3 показана конструкция проводящего слоя 6,являющегося пьезосопротивлением. На краевую зону 4 мембраны Х с одной или обеих сторон сначала наносят тонкий изоляционный слой 8,а заб

4 тем - тонкий проводящий слой 6

Далее для защиты проводящегослоя . можно сверху нанести защитный слой 9.

На фиг. 4 показано меандрообразное расположение слоя б,ко- торый слузвт для получения высокого сопротивления.

ПРЛДИЖТ ИЗОБРЕТЕНИН

Профилированная металлическая мембрана, средняя и краевая зон которой покрыты слоем пьезо сопротивлении из полупроводниковой пленки, отличающаяся тем,что, с целью повышения точности йри измерениях малых величин давления, краевая зона выполнена полностью ю плоской и расположена в одной плоскости с профильной частью мембраны.

Составитель Р ЯВЯСКВЯ

Редактор T«ИВВНОВ ТехРед KQPBf+39IQ39 КоРРектоР»п.AÎIVl18094

Заказ фЯ И,д. Я ДО Тираж 76<

Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, П3035, Раушская наб., 4

Предприятие «Патент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24