Датчик давления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 5 93674 (6!) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 25.12.74 (21) 2087393/18-10 (23) Приоритет (32) 26.12,73 (31) 428476 (33) США (43) Опубликовано 15.02.78,Бюллетень № 6 (45) Дата опубликования описания 24.И,77

2 (51) М. Кл.

Q 0l L, 9/12

Государственный номнтет

Совета Инннстров СССР по делам ноооретоннй н отнрмтнй (53) УДК 531.787.91 (088.8) Иностранец

Вильям Рональд Поли (США) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма „

Дзе Бендикс Корпорейшин (США) (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к датчикам давления с емкостями преобразователями.

Известные датчики давления, содержащие упругий чувствительный элемент-мембрану, на которой размещены в центральной части кольцевые электроды одного измерительного конденсатора, а на периферийной части другого, не обеспечивают высокой точности измерения (IJ.

Известны датчики давления, содержащие герметичную камеру, образованную двумя изготовленными из диэлектрического материала, например кварца, зеркально-симметрично расположенными элементами с упругими стенками, на которых р6змещены преобразователи деформаций в электрический сигнал, например, тензорезисторные (2J.

Эти датчики не обеспечивают розможности компенсации погрешностей, связанных с изменением температуры.

С целью повышения точности путем уменьшения температурных погрешностей преобразователь деформаций выполнен в виде измерительного и эталонного конденсаторов, причем электроды первого размещены друг против друга на центральных, а второго — на периферийных частях противолежащих упругих стенок, а внутренняя полость герметичной камеры вакуумирована.

На фиг. 1 изображен описываемый датчик, вид сверху; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — принципиальная электрическая схе5 ма

Датчик давления состоит из корпуса, выполненного в виде двух изготовленных из диэлектрического материала, например кварца, и расположенных зеркально-симметрично чашеобразных элементов 1 с упругими стенками 2, соединенных, например спаянных, по контуру и образующих герметичную камеру 3, которая может быть вакуумирована.

На противоположных внутренних поверхностях упругих стенок нанесены, например, наl5 пылением в вакууме друг против друга электроды измерительного 4 и эталонного 5 конденсаторов, которые включены в электрическую схему с помощью проводников 6 — 9.

Емкостное сопротивление С„измерител ьного конденсатора 4 и емкостное сопротивление

С, эталонного конденсатора 5 делаются равны-. ми на самом низком уровне измеряемого давления, что достигается идентичным выполнением поверхностей пластин конденсаторов 4 и 5 и сохранением одинакового расстояния между пластинами этих конденсаторов. Однако, если

593674 емкостное сопротивление С конденсатора изме няется согласно формуле

С=- КА (1) где А — площадь пластин, S — расстояние между пластинами, К вЂ” коэффициент пропорциональности, то расстояние между пластинами конденсатора и их плошадями может варьироваться в соответствии с формулой и поддерживается емкостное сопротивление, равное С„и С,.

Изменение расстояния между пластинами конденсаторов, вызванное температурным расширением упругих стенок 2, в связи с изменениями температуры влияет на оба емкостные сопротивления С„и С, по существу в равной степени, исключая изменения в соотношении выходного сигнала, которые могут происходить из-за теплового расширения.

Пластины конденсатора 4 круглые и расположены в центре на противоположных внутренних плоскостях упругих стенок 2, а пластины конденсатора 5 кольцеобразные и расположены по периферии противоположных внутренних поверхностей упругих стенок. При таком расположении изменение давления, приложенного к корпусу датчика извне, вызывает перемещение пластин конденсатора одна по отношению к другой и обеспечивает сигнал, соответствуюший приложенному давлению, в то время как пластины конденсатора 5 в сушности неподвижны, изменение давления на них не влияет и они обеспечивают эталонный сигнал.

Прогиб под давлением круглых пластин конденсатора 4 определяется по формуле где P — давление, а — радиус чашеобразного элемента (до внутренней части спая), r — радиальное расстояние прогиба У, t — толшина чашеобразного элемента, Š— модуль Юнга, m — величина, обратная коээффициенту Пуансона.

Максимальный прогиб упругих стенок в центре (r = 0) и коэффициент отклонения любой точки и в центре составляет

У/У„. = — 1,— (а — г ) (3)

Для того, чтобы избежать ввода активной емкости проводников в электрические измерения на внешние поверхности корпуса может быть нанесена тонкая пленка металлического покрытия, образующая электрический экран.

Из схемы, представленной на фиг. 3, видно, что эталонный конденсатор 5 присоединен к входу усилителя 10, а измерительный конденсатор 4 — в цепь обратной связи этого усилителя.

Конденсаторы, питаемые трансформатором 11, 5 который имеет первичные обмотки 12, 13, подсоединенные к источнику переменного тока и индуктивно связанные со вторичными обмотками 14, 15, подсоединены к конденсаторам 4 и

5 соответственно. Схема обеспечивает на выходе усилителя 10 сигнал V, который пропорционален отношению емкостного сопротивления

С„измерительного конденсатора 4 к емкостному сопротивлению С, эталонного конденсатора

5. Так как емкостное сопротивление С изменяется с изменением давления, а емкостное сопро15 тивление С, постоянно, сигнал V является функцией давления.

При создании эталонного и измерительного конденсаторов как интегральных частей датчика оба конденсатора подвержены в равной степени изменениям температуры и погрешность в

2р выходном сигнале из-за изменения температуры незначительна или отсутствует совсем. Кроме того, датчики обладают комплектной конструкцией.

Формула изобретения

1. Датчик давления, содержащий герметичную камеру, образованную двумя изготовленными из диэлектрического материала, например кв ар ца, зеркально-си м метр ично рас положе ниыми элементами с упругими стенками, на которых размешены преобразователи деформаций в электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения температурных погрешностей, преобразователь деформаций выполнен в виде измерительного и эталонного конденсаторов, причем электроды первого размещены друг против друга на центральных, а второго — на периферийных частях противолежащих упругих стенок.

40 2. Датчик давления по п. 2, отличающийся тем, что внутренняя полость герметичной камеры вакуумирована.

Источники информации, принятые во внима45 ННе пРи экспеРтизе 1. Авторское свидетельство СССР № 279132, кл. G 01 1. 9/12, 1969.

2. Патент Франции № 2076539, кл.

G 01 L 9/00, 1971.

593674

Фиг. 1

A-А

Рог. г

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5

Филиал П П П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Г. Мозжечкова

Заказ 276/4

Составитель Л. Никиточкин

Техред О. Луговая Корректор А. Гриценко

Тираж 11Я Подписное