Датчик давления

 

(б1) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.06.75 (21) 2142706/10 (51) М. К/( 01 Ь 9/12 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Гасударстввнный комитат

Совета Министров СССР оо делам иаобрвтвний н открытий (43) Опубликовано05.12.76.Бюллетень М 45 (45) Дата опубликования описания 21.08.77 (53) УДК 534.612 (088.8) В. В, Тиняков, В. E. Травкин, A. П. Лучников и А,. Д. Солотов (72) Авторы изобретения

,71) Заявитель (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ противлениями и емкостями, что ограничивает чувствительность датчика в области инфра— .-з -а низких частот (до 10 — 10 Гц), а измерение негармонического сигнала приводит к дополнительным погрешностям, Они имеют непостоянную чувствительность в измеряемом диапазоне частот и высокий уровень шумов

Изобретение относится к контролю, дистанционной передаче сведений о пневматических давлениях и регистрации и может быть испопьзовано в качестве прецизионного измерительного преобразователя пневмосигнапов синусоидальцого и негармонического характера, а также малых величин статического давления.

Известны датчики давления, содержашие металлический корпус, внутри которого распо-)() ложеиы емкостная система и металлический противоэпектрод. Тонкая металлическая мембрана явпяется одной из обкпадок конденсатора, неподвижный электрод — второй обкладкой. Они включены в цепь источника пос- 15 тоянного тока с нагрузочным резистором(1).

Однако известные датчики не обеспечивакт независимость чувствительности от частоты.

Известен также датчик, содержащий ме- 20 таппическии корпус, внутри которого расположена емкостная система, состоя>цая из электре тной мембраны и .лета и пическог о противоэпектрода, соединенных с усилителем и индикаторным прибором, наружная сторона 25 мембраны металпизирована и соединена с корпусом, а внутренняя создает электрическое поле в зазоре с противоэпектродом. Противоэпектрод изолирован от корпуса и соединен с ним через большое входное сопротивление электрометра.

При воздействии давления на мембрану она прогибается и на противоэпектроде индуцируется заряд, величина которого изменяется при движении мембраны. Вследствие этого между противоэпектродом и корпусом через входное сопротивление электрометра потечет индуцированный ток, пропорциональный скорости изменения давления, который создает на нем падение напряжения в,„(21.

Однако известные емкостные датчики имеют эпектрометрические усипитепи и усилите ли постоянного тока с бопьшими входными со538254 и не могут быть использованы в целях автоматики дистанционно ввиду увеличения входной емкости с увеличением длины кабеля.

Целью изобретения явпяется повышение чувствитепьности в рабочем диапазоне частот и снижение шумов.

Дпя этого в датчик давления введены последовательно соединенные акустическийвоз будитепь, акустически связанный с мембраной, задающий генератор и синхронный детектор, подключенный к индикаторному приводу и усипитепю, настроенному на частоту возбуждения мембраны.

Кроме того, с целью обеспечения линей- 15 ной зависимости выходного напряжения от измеряемого давления эпектретная мембрана попяризована разнополярно областями в виде концентрических колец.

На фиг. 1 приведена схема датчика, на 20 фиг. 2 — характеристика выходных напряже. ний датчика в зависимости от измеряемого давления, на фиг. 3 - схема размещения за рядов на мембране датчика, на фиг. Л вЂ” выходная характеристика датчика. 25

Датчик давления содержит два метаппических цилиндра 1 и 2, между которыми с учпотнением зажаты предварительно натянутая мембрана 3, изготовленная из полимерной пленки, метанлизированной с внешней стороны и -,àëüâàíически соединенной с корпусом датчика. В камере опорного давления > установлен противоэпектрод 4., с которого снимается электрический выходной сигнал. Внешняя камера с давлением Р., ""одержит малогабаритный возбудитель 5 акус-тической волны постоянной амплитуды, питаемый от генератора 6. В состав схемы прибора входят также резонансный усипитель

i синхронный детектор 8 и индикаторный прибор 9.

Мембрана 3 как чувствительный элемент выполняется из вязкоупругого материала— полимера (например попиэтипентерефтапата ипи поликарбоната), который одновременно может служить источником постоянного электрического попя после предварительной его поляризации (эпектретом).

При возбуждении колебаний мембраны 3 звуковыми волнами от возбудителя 5 на противоэпектроде 4 будет наводиться электрический сигнал, который усиливается усилителем 7, затем детектируется синхронным детектором 8 и регистрируется индикаторным прибором 9.

Если давление Р во внешней камере больше, чем опорное Р„, то выбрирукипая мем- Qj

4 брана 3 отклонится к электроду 4 и динамическая емкость системы мембрана 3— электрод 4 увеличится. При уменьшении давления Р по отношению Р,„мембрана 3 ом» кпснится от электрода 4, вместе с тем уменьшится и амплитуда выходного сигнала (см. фиг. 2, кривые 10 и 11).

При измерении статического давления, ио величине большего максимального значения амплитуды переменного, зазор мембрана 3» аротивоэпектрод 4 обычно увеличивают и соотношение максимального прогиба мембра» ны 3 к установленному зазору достигает

0,35- 0 — 0,5. При этом выходная характеристика (см. фиг. 2, кривая 11) становится нелинейной на рабочем участке от 0 до +ЬР.

Дпя получения линейной выходной характеристики (см. фиг. 4, кривая 12) мембрана 3 поляризуется разнополярно обпастями в виде концентрических колец с соотношением радиусов Я„: М; М = 1: 1,8: 2,6 (см. фиг. 3).

На входном сопротивлении 2 „селективного усилителя 7 развивается падение напряжения (см. фиг. 4, кривая 1 2) при протекании суммарного тока, наводимого отрицательным поверхностным зарядом (см. фиг. 4, кривая 13) и положительным поверхностным зарядом мембраны 3 (см. фиг. 4, кривая 14), пропорциональное величине измеряемого давления Р

Сферу применения датчика такжеувепичивает широкий диапазон рабочих давлений, получаемый за счет использования сменных мембран 3 и различных опорных давлений.

Формула изобретения

1. Датчик давления, содержащий корпус, внутри которого расположена емкостная система, состояшая из метаппизированной эпектретной мембраны и противоэпектрода, соединенных с усилителем, и индикаторный прибор„от пичаюшийся тем, что, с цепью повышения чувствительности в рабочем диапазоне частот и снижения шумов, в него введены последовательно соединенные акустический возбудитель, акустически связанный с мембраной, задаюший генератор и синхронный детектор, подключенный к индикаторному прибору и усилителю, настроенному на частоту возбуждения мембраны.

2. Датчикпоп. 1,отличающийс я тем, что эпектретная мембрана попяризована разнопопярными обпастями в виде концентрических колец.

538254

Риг. 7

Фых2

7ыа

7ОПП гаа

7аа

- аа -Z7777 и гаа цаа +77р Па

Риг. d

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Блинов Л. П. и др. Акустические измерения, N., 1971, с. 25,26, фиг. 20.

2.5еьь Еег 5.м. апс3 west з.E.,poi3 БСесЬпе1

microphones, The Jour naK Acous

538254

-700

Составитель Н. Фомичев

Редактор А. Зиньковский Техред д Вогдан Корректор В. Салка

3аказ 5712/25 Тираж 101 0 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

11 3035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул. Проектная, 4