Датчик давления

 

,i117I 2703

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИ Я

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.07.78 (21) 2670714/18-10 с присоединением заявки Ае (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.01,80. Бюллетень ."хе 4 (45) Дата опубликования описания 30.01.80 (51) Ч, «л.з

С 011 9/06

Государственный комитет (53) УДК 531 787 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения А. А. Вилисов, А. П. Вяткин, H. H. Криворотов и А. H. Ситников (71) Заявитель Сибирский физико-технический институт им. В. Д. Кузнецова при Томском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. В. В. Куйбышева (54) ДАТЧИК ДАВЛЕИИЯ

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения давления.

Известны датчики давления, содержащие консольно закрепленный стержень из полупроводникового материала с р — n-псреходами в качестве чувствительного элемента (1). Недостатком этих датчиков является либо низкая рабочая частота, либо низкая чувствительность. I0

Известен датчик давления, содержаший тензоэлектрический преобразователь и концентратор давления в виде двух элементов с различной объемной жесткостью, скрепленных жестко между собой концами. Одна 15 пара концов скреплена через тензоэлектрпческий преобразователь, например, в виде р — n-перехода (2).

При изменении давления элементы из-за различия в объемной жесткости перемеща- 20 ются на разную величину, в результате чего тензоэлектрический преобразователь деформируется, при этом изменяется его электрическое сопротивление, и на выходе измерительной схемы появляется сигнал, 25 пропорциональный значению измеряемого давления.

Недостаток такого датчика состоит в снижении точности измерения давления в условиях неконтролируемых колебаний температуры окружающей среды вследствие высокой чувствительности к температуре пз-за различий в температурных коэффициентах линейного расширения элементов концентратора.

Подбор же пары элементов с одинаковымп температурными коэффициентами линейного расширения и существенно различающейся объемной жесткостью затруднителен в соответствии с общими физическими закономерностя.пи, связывающими барическую и температурную сжимаемость твердых тел (например, через соотношение

Грюнайзена) .

Цель изобретения — повышение точности измерений давления.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике давления, содержащем тензоэлектричсский преобразователь и концентратор давления из двух элементов с различной объемной жесткостью, скрепленных жестко между собой концами, один из элементов концентратора давления выполнен составным пз двух частей, температурный коэффициент а линейного расширения первой пз которых больше, а второй а2— меньше температурного коэффициента аз линейного расширения другого элемента, соединенных между собой через тензоэлектричсскпй преобразователь, причем длины

712703

Изд. ¹ !17 Тира>к 1033 Подписное

Заказ 278212

НПО «По!!ск»

Тииогр!!фин, ир, Сапунова, 2

1! и 1 частей удовлетворяют соотношению

l! l„

2 — + 2 —. (Х! 2 "3

ii+4 1! т4

Такое выполнение датчика давления позволяет избежать появления механической силы, воздействующей на тензоэлектрпческий преобразователь от концентратора давления при изменении температуры окружающей среды. В результате сущест- 10 венно повышается точность измерений давления.

На чертеже схематично показан предлагаемый датчик.

Датчик содержит тензоэлектрический 15 преобразователь 1, концентратор давления в виде двух элементов 2 и 3 с различной объемной жесткостью, скрепленных жестко между собой концами. Один из элементов

2 выполнен составным из двух частей 4 и 20

5, соединенных между собой через тензоэлектрический преобразователь 1. Для включения тензоэлектрического преобразователя 1 в измерительную схему служат электровыводы 6. 25

Объемная жесткость элемента 3 определяется его линейными размерами и модулем объемной жесткости аз материала, из которого он выполнен.

Объемная жесткость элемента 2 опреде- 30 ляется линейными размерами частей 4 и 5 и модулями объемной жесткости материалов, из которых они выполнены. Линейные размеры тензоэлектрического преобразователя, как правило, много меньше размеров 35 частей 4 и 5. Поэтому абсолютная деформация элемента 2 в направлении оси сжатия тензоэлектрического преобразователя на единицу давления составляет — l,+ l„

Зх, Зх, где х, и х — модули объемной жесткости материалов, из которых выполнены части составного элемента.

Для того, чтобы концентратор эффективно преобразовывал давление в деформацию тензоэлектрического преобразователя, необходимо выполнение условия

l!,I 72

/ ) х, 1! lg х l(+ lg хз т. е. различная объемная жесткость элементов.

Для исключения влияния изменений температуры на деформацию тензоэлектрического преобразователя длины частей составного элемента выбираются из условия (1).

В случае изменения давления элементы 60 концентратора за счет различий в объемной жесткости изменяют свои линейные размеры на разную величину, в результате чего деформируется тензоэлектрический преобразователь. При этом изменяется его электрическая характеристика и на выходе измерительной схемы появляется сигнал, пропорциональный значению измеряемого давления. За счет равенства температурных коэффициентов линейного расширения элементов концентратора тензоэлектрический преобразователь при изменении температуры не деформируется и на выходе измерительной схемы не появляется сигнал, пропорциональный изменению температуры.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий тензоэлектрический преобразователь и концентратор давления из двух элементов с различной объемной жесткостью, скрепленных жестко между собой концами, о тл и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерений, один из элементов выполнен составным из двух частей, температурный коэффициент а! линейного расширения псрвой из которых больше, а у второй а!— меньше температурного коэффициента аз линейного расширения другого элемента, соединенных между собой через тензоэлектрический преобразователь, причем длины !! и 1, частей удовлетворяют соотношению

1! 1, а, + 2 3 °

1!+ 21!+12

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3327525, кл. 73 — 88,5, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 556766, кл. G 011 9/04, 1975 (прототип).