Преобразователь разности давлений

 

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<»>939981 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 31. 12. 80 (21) 3227094/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30 ° 06 ° 82 ° Бюллетень Ф 24

Дата опубликования описания 30 06.82 (51)М. Кл.

G 01 L 7/06

3Ъоудароткнный комитет

СССР до делам нзаоретений и открытий (53) УДК 531.

787(088.8) А.А. Петров, И.К. Панфилов, В.В. Родичев О.Вт;- д@рев и А. А. Шарапов

" т Е;:1р,).

" "%сиде !3

БДБ (?2) Авторы изобретения лКт)1@( (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ

Изобретение относится к приборостроению, а именно, к технике измерения разности давлений полупроводниковыми или металлопленочными реэистивными преобразователями давления °

Известен датчик разности давле5 ний, разработанный по принципу двухкамерных приборов, в которых давление внешней среды воспринимается двумя разделителями сред мембранного типа и через нейтральную жидкость передается чувствительному элементу в виде мембраны, жестко заделанной в корпусе, центральная часть которой штоком соединена с балкой, несущей тензоре-. 5 зисторы (1j.

Жесткое закрепление чувствительного элемента в корпусе датчика служит источником дополнительных погрешностей преобразования, так как о на чувствительный элемент. передаются деформации от корпуса датчика и приходится прибегать к сложным конструк. тивным решениям, чтобы уменьшить передаваемые вредные деформации, т.е. осуществить необходимую развязку.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является преобразователь давления, содержащий располо" женные в корпусе два упругих разделителя сред, упругий чувствительный элемент, расположенный внутри камеры, образованной упругими разделителями и заполненной нейтральной жидкостью, и дополнительный упругий элемент, расположенный внутри камеры (2).

Однако жесткое закрепление чувствительного элемента в корпусе датчика служит источником дополнительных погрешностей преобразователя в широком температурном. диапазоне х 50 С и при действии механических нагрузок, так как на чуватвительный элемент передаются деформации от корпуса датчика и приходится прибегать к

93998

Ч

-- Э@ А (ЧаС %C< ЗЗ

ВТ C, * эф за! где ЬРт — температурная погрешность чувствительного элемента на 1 С;

Vл и Ч вЂ” внутренний объем камер, заполненный нейтральной жидкостью;

С,! и С - суммарная механическая и гидравлическая жесткость разделителей сред. с нейтральной жидкостью

То э

Яаф„и5а11, - ЭффЕКтИВНаЯ ПЛОЩаДЬ РаЗДЕ литекей сред;. ч - — температурный коэффициент изменения суммарной механической и гидравлической жесткости С и С .,Ж На чертеже представлен преобразователь давления.

Преобразователь разности давлелий содержит корпус 1 преобразователя, резистивный чувствительный элемент (полупроводниковый или металлопленочный) 2, упругий разделитель 3 сред камеры приема давления Р, 45 сложным конструктивным решениям, чтобы уменьшить передаваемые вредные деформации (осуществить необходимую развязку). Кроме того, большие габариты разделителей сред мембранного типа и дополнительной мембраны большей жесткости для защиты от перегрузочных давлений приводят к существенному увеличению габаритов датчика и вызывают трудности в сог- 10 ласовании их характеристик, что является источником дополнительных погрешностей в широком температурном диапазоне *50 С.

Цель изобретения — повышение на- 15 дежности работы и точности преобразования давления путем компенсации температурной погрешности.

Поставленная цель достигается тем, что.в преобразователе разности gp давлений, содержащем расположенные в корпусе два упругих разделителя сред, упругий чувствительный элемент,с полупроводниковым преобразователем, разделяющий камеру, образованную разделителями сред и заполненную нейтральной жидкостью на две части, внутрь камеры, образованной одним из разделителей сред и упругим чувствительным элементом, введена втулка, закрепленная в корпусе, при этом объем втулки V выбран из соотношения

1 4 упругий разделитель 4 сред камеры приема давления Р внутренний объем

V« камеры 5, заполненный нейтральной жидкостью и ограниченный разделителем

3 сред, внутренний объем V< камеры б, заполненный нейтральной жидкостью и ограниченный разделителем 4 сред, упругий элемент 7 большей жесткости, например, сильфон, расположенный внутри камер 5 и б, крышку 8 упругого элсмента, на которой закреплен резистивный чувствительный элемент 2, отверстие 9 в крышке 8 упругого элемента 7, предохранительные клапаны 1О, установленные на крышках упругих разделителей 3 и 4 среды, заполнитель 1 1, выполненный, например, в виде металлической резьбовой втулки.

Преобразователь разности давлений работает следующим образом.

Заданная разность давлений (Р„ -Р ) передается через упругие разделители сред, выполненные, например, в виде сильфонов 3 и 4 и нейтральную жидкость в камерах 5 и б, к резистивному чувствительному элементу 2, закрепленному на крышке 8 упругого элемента 7, выполненного, например, в виде сильфона (большей жесткости, чем разделители 3 и 4 сред),предназначен для развязки чувствительного элемента 2 от деформаций корпуса 1 и обеспечивает смещение разделителей сред 3 и 4 в заданных пределах для защиты чувствительного элемента клапанами 10 от действия перегрузочных давлений выше допустимых значений.

Электрический сигнал, снимаемый с выводов резистивного чувствительного элемента, пропорционален измеряемой разности давлений.

В качестве чувствительного элемента 2 могут быть использованы полупроводниковые структуры кремний на кремнии (КНК), кремний íà сапфире (КНС) или металлопленочные элементы.

При колебаниях температуры в рабочем диапазоне температур йТ=Тр-Т преобразование давления резистивным чувствительным элементом 2 в выходной электрический сигнал происходит с определенной погрешностью h P которая аппроксимируется, по экспериментальным данным, и имеет знак плюс или минус в зависимости от типа чувствительного элемента, топологии

39981 ти С и С, т.е. к усложнению технологического процесса изготовления.

Исходя из равенства АРР=ЬРт, имеет место выражение, по которому вы-.

5 бирается соотношение объемов V и V на основании полученных экспериментальных зависимостей и 11 т

При равенстве S =S =S и Ф4 Ф:«. ЭФ

С =С =С возможно более простое выра15 жение

« .Рт Ф

4 < Сс« в то же время установка разделителей среды разности эффективной плоZ0 щади и жесткости позволяет упростить технологический процесс их изготовления и не осуществлять селективной сборки, так как различие эффективных площадей и жесткостей легко компенси25 руется изменением соотношения между объемами V и \! где С„и С - суммарная механическая и гидравлическая жесткость разделителей сред 3 и 4 соответственно с нейтральной жидкостью при То 50

V и Ч вЂ” внутренний объем камер 5 и 6, заполненных нейтральной жидкостью, соответствен-. но; а — температурный коэффи35 циент изменения суммарной механической и гидравлической жесткости С4 и С,.

40 дТ=Т -Т вЂ” перепад температур.

При правильном выборе объема нейтральной жидкости V è Ч в камерах

5 и -6 в зависимости от параметров упругих разделителей сред, жидкости и температурной погрешности чувствительного элемента, осуществляют компенсацию температурной погрешности преобразования давления, которая достигается за счет разного знака температурных погрешностей чувствительного элемента 2 и разности давлений Ь Р, передаваемой через разделители сред с нейтральной жидкостью, при этом нет необходимости неоправданному увеличению эффективной площади S Ф и Бзф разделителей сред, э а тем самым,— к увеличению ..габаритов прибора и уменьшению их жесткос"

45 вф

V зт с1 где дР-гЧ4ИV2

5 9 резисторов и схем их включения, выражением т где ьР - разность давлений, действующая на чувствительный элемент при Т о ю

P - температурный коэффициент изменения разности давлений ЬР.

Для защиты от действия окружающей или агрессивных сред на чувствительный элемент и его выводы разность внешних давлений (Р -P ) передается через упругие разделители сред 3 и

4 и нейтральную жидкость в камерах

5 и 6, это давление в температурном диапазоне передается с определенной погрешностью, которая по экспериментальным данным аппроксимируется выражением

Формула изобретения

Преобразователь разности давлений, содержащий расположенные s корпусе два упругих разделителя сред, упругий чувстЬительный элемент с полупроводниковым преобразователем, разделяющий камеру, образованную разделителями сред и заполненную нейтральной жидкостью на две части, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения температурной погрешности, внутрь камеры, образованной одним иэ разделителей сред и упругим чувствительным элементом, введена втулка, закрепленная в корпусе, при этом объем втулки V выбран из соотношения заданная температурная погрешность чувствительо ного элемента на 1 С; внутренний объем камер, заполненный нейтральной жидкостью;

939981

С и С

Составитель О. Сафонов

Редактор М. Голаковски ТехредМ.Рейвес Корректор 4. Дзятко

Подписное

Заказ 55/ 2 Тираж 7

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раувская наб. д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, суммарная механическая и гидравлическая жесткость разделителей сред с нейтральной жидкостью при Т эффективная площадь разделителей сред температурный коэффициент изменения суммарной механической и гидравлической жесткости С,1 и С, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Преобразователи измерительные

Сапфир 22. Техническое описание и инструкция по эксплуатации 08919030 ТО

НИИ теплоприбор, 1979.

2. Полупроводниковый датчик давления "Кристалл"-,"Приборы и системы управления", 1974, 11 7 (прототип).