Датчик давления

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii) 5842lG

6обз Советскин

Социалистических

Республик (61) Допол итсльнос к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.04.74 (21) 2014465/18-10 с прпсоедш сппем заявки М (51) М. Кл. - G 01L 9/06

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 15.12.77. Бюллетень Ко 46 (45) Дата опубликования описания 26.01.78 (53) УД К 531.787 (088.8) (72) Авторы изобрегспия

В. И. Печук, В. М, Захаренков и В. M. Симоиы„„

Институт автоматики 1 (71) Заявитель

E А ъс (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Государственный комитет

Приоритет

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования давления в электрический сигнал в автоматизированных системах контроля и управления технологическими параметрами вязких сред.

Известны тензорезисторные датчики давления, рассчитанные на один предел измерения.

Например, датчик давления (1) состоит из корпуса, упругого чувствительного элемента в виде плоской мембраны с жестким центром, толщина которой определяет предел измерения датчика, и преобразователя с тензорезисторами сжатия и растяжения на упругом (пружинном) подвесе.

При эксплуатации известного датчика для расширения пределов измеоения применяют силовые шунты которые сложны по устройству и увеличивают габариты установочных мест в технологическом оборудовании. Поэтому желательно иметь датчик давления на несколько пределов измерения. Это подтверждается, например, известным прсобразователем давления (2), в котором с помощью двух штифтов и периферийной части мембраны сложной конфигурации и конструкции достигается изменение предела измерения за счет измснсния эффективной площади.

Для обеспечения возможности изменения пределов измерения чувствительный элемент предлагаемого датчика, выполненного в виде плоской мембраны, снабжен набором сменных пл,",с ин, которые расположены на поверхности м мбрапы и плотно поджаты к ней. При этом эффективная площадь чувствительного элемента датчика не изменяется, а количество сменн пластин и их толщина определяют пределы измерения.

На чертеже приведен пример конструктивного выполнения предлагаемого датчика дав10 ления, снабженного набором сменных пластин.

Измеритель давления состоит из корпуса 1 с установочным буртом 2, герметизирующего кожуха 3, упругого чувствитсльного элемента в виде плоской мембраны 4 с жестким ободом

15 5 и жестким цснтром б, набора сменных пластин 7 разной или одинаковой толщины, расположенных на поверхности мембраны 4 и плотно поджатых к ней (например, с помощью соединительного элемента 8). Мембрана 4 без

20 набора сменных пластин 7 соответствует первому пределу измерения, совместно с одной из сменных пластин 7 в зависимости от ес толщины — соответственно второму пределу измерения. Остальные пределы измерения образуют25 ся установкой двух и более сменных пластин из паoopa. (яким образом, при трех сменных пластинах разной толщины датчик давления имеет восемь пределов измерения и четыре при трех

30 пластинах одинаковой толщины, 584210

35 где чб R4А

К= 1,-, =«»t

Й4 —— 1.2 мм;

ha= 1,5 мм;

ha —— 2,0 мм.

Тензорезисторы сжатия 9 закреплены между упругим подвесом (пружиной) 10 и жестким UcHTpoM 6 мембраны 4, тензорезисторы растяжения 11 — между пружиной и ребристым стержнем 12, к которому крепится своим жестким ободом мембрана 4. Наружный диаметр набора сменных пластин не должен быть больше наружного диаметра жесткого обода 5. Для показанного на чертеже датчика давления толщина набора сменных пластин 7 совместно с толщиной мембраны 5 (/ ) определяется по формуле:

1 еу) (1) где Р— предельное измеряемое давление;

R — радиус эффективной площади;

А=

3 (1 — р. 1 с — 1 — 4c — 1и с

16 с

14 — коэффициент Пуассона;

ro — радиус жесткого центра;

Š— модуль упругости материала пластин;

W — перемещение центра мембраны.

При W= Const; с = Const; 2R = Const u выполнении набора пластин и чувствительного элемента из одинакового материала в пределах рабочего диапазона температур измерителя

u=Const, 2=Const и тогда

Ь = К1 Р, Например, для трсхпредельного датчика давления по формулам (1) и (2) при W=

=100 мк, 2R=30 мм и го=6 мм и давлении

P=25, 50 и 100 кгс/см толщины набора сменных пластин и мембраны должны составлять соответственно:

Следовательно, две сменных пластины должны быть толщиной 0,3 и 0,5 мм, а толщина мембраны должна составлять 1,2 мм для обеспечения указанных пределов измерения.

5 Таким образом, комплектуя датчик давления на заводе-изготовителе несколькими сменными пластинами и соединительным элементом, датчик можно использовать в эксплуатации на несколько пределов измерения. При

10 этом на каждом пределе измерения выходной сигнал остается одной и той же величины, так как перемещение жесткого центра W=const, следовательно, и деформация тензорезисторов (в пределах класса точности измерителя) ос15 тается постоянной.

Описанный датчик работает следующим обр аз ом.

При воздействии измеряемого давления по эффективной площади набора пластин 7 и

20 мембраны 4 происходит их совместный прогиб, пропорциональный действующему давлению. жесткий центр 6 соответственно перемещается, происходит ослабление предварительно растянутого тензорезистора сжатия 9, а пру25 жина 10 одновременно растягивает тензорезистор растяжения 11.

B случае нагружения датчика давлением, превышающим допустимые величины, жесткий центр 6 выбирает зазор между ним и ребри30 стым стержнем 12 и дальнейшая деформация тензорезисторов ограничивается.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус с упругим чувствительным элементом, выполненным в виде плоской мембраны, и преобразователь, отличающийся тем, что, с целью

40 обеспечения возможности изменения пределов измерения, в нем чувствительный элемент снабжен набором сменных пластин, которые расположены на поверхности мембраны и плотно поджаты к ней.

45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3676620, кл. 200 †8.

1972.

2, Авторское свидетельство № 322674, кл.

50 G 011 9/06, 1970.

584210

Составитель Г. Невская

Техред И. Михайлова

Редактор С. Хейфиц

Корректор Л. Котова

Подписи ос

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3253/2 Изд. № 144 Тираж 1109

11ПО Государствсчпого комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, К-35, Раушская наб., д, 4/5