Устройство для измерения давления

 

Изобретение используется для измерения давления с повышенной точностью в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. При этом на мембрану 3 воздействуют, кроме давления, циклическими термоударами. Поскольку тензорезисторы 12 и 15 включены в противоположные плечи мостовой измерительной цепи, то их изменения сопротивлений от температуры складываются и их суммарное изменение сопротивлений (благодаря предложенному расположению) близко к суммарному изменению сопротивлений радиальных тензорезисторов, включенных в другие противоположные плечи моста. В результате этого происходит самокомпенсация температурной погрешности. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) С 01 L 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbfTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4303820/24-10 (22) 06.07.87 (46) 07.10.90. Вюл. N - 37 (71) Пензенский политехнический институт (72) В.А.Васильев и А,И.Тихонов (53) 53 1.787 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1525504, кл. G 01 L 9/04. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для измерения давления с повышенной точностью в цилиндрах дви„,Я0, 159/62З

2 гателей внутреннего сгорания. При этом на мембрану 3 воздействуют, кроме давления, циклическими термоударами. Поскольку тензорезисторы

12 и 15 включены в противоположные плечи мостовой измерительной цепи, то их изменения сопротивлений от температуры складываются и их суммарное изменение сопротивлений (благодаря предложенному расположению) близко к суммарному изменению сопротивлений радиальных тензорезисторов, включенных B другие противоположные плечи моста, В результате этого происходит самокомпенсация температурной погрешности. 4 ил.

1597623

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повышение точности измерения и надежности устройства.

На фиг.1 показана конструкция датчика, общий вид; на фиг.2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 — расположение тензорезисторов, проводников и контактных площадок на мембране; на фиг.4 — измерительная схема устройства для измерения давления.

Датчик давления содержит корпус

1 с каналами 2 подвода и отвода охлаждающей жидкости, воспринимающую мембрану 3 с основанием 4, контактную колодку 5, кабельную перемычку

6 и защитную металлическую гильзу

7 цилиндрической формы.

В корпусе датчика 1 имеются два продольных полусферических паза 8 (фиг.1 и 2), выполненные с торцовой стороны. Полусферические пазы 8 обращены к защитной гильзе 2 и соединены с каналами 2 подвода и отвода охлаждающей жидкости. С торцовой стороны корпуса 1 имеется кольцевая проточка 9, выполненная на глубину не менее высоты основания 4 мембраны.

Защитная гильза 7 (фиг.1) установлена на основании 4 мембраны, а внутри нее расположена контактная колодка 5 и закреплена кабельная перемычка 6. Вместе они образуют законченный конструктивный модуль, который устанавливается в корпус 1 с торца.

На воспринимающей мембране 3 (фиг.3) сформированы металлопленочные тензорезисторы 10-15. Тенэорезисторы 10, 11 и 13, 14 установлены в радиальном направлении, а тензорезисторы 12 и 15 — в окружном. При этом тензорезисторы 12 и 15 своей срединной частью размещены на двух окружностях с радиусами гв + 1 4 1трH г =гю 1 41тр ° соответственно. Тенэорезисторы 10, 11 и 13, 14 соединены последовательно. Тензорезисторы 10-15 соединены контактными проводниками с контактными площадками 16, которые размещены за радиусом мембраны r„.

Измерительная схема устройства для измерения давления (фиг.4) содержит мост из тензореэисторов 10-15, постоянный резистор 17, усилитель

18, стабилизатор 19 напряжения и аналоговый делитель 20 напряжения.

Вход измерительной мостовой цепи из тензорезисторов 10-15 электрически соединен через постоянный резистор 17 со стабилизатором 19 напряжения, а точка соединения постоянного резистора 17 с измерительной мостовой цепью подключена к первому входу аналогового делителя 20 напряжения. Второй вход аналогового делителя 20 напряжения соединен с выходом усилителя 18. Первый и второй входы усилителя 18 соединены с выходной диагональю измерительной мостовой цепи из тензорезисторов 10-15.

Устройство работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления на воспринимающую мембрану 3 датчика (фиг.1), последняя прогибается, тензореэисторы 11, 10 и 13, 14 (фиг.3) испытывают радиальную деформацию, а тензореэисторы 12 и 15 — окружную.

Вследствие этого на выходе измерительной мостовой цепи из тензорезисторов 10-15 появляется сигнал, который усиливается усилителем 18 и делится аналоговым делителем 20 (фиг.4) на напряжение в точке соединения измерительной мостовой цепи с постоянным резистором t7. При этом на выходе аналогового делителя 20 возникает

I напряжение, пропорциональное изме40 ряемому давлению. Охлаждение датчика жидкостью производится через каналы

2 подвода и отвода охлаждающей жидкости. Из канала подвода жидкость поступает в соединенный с ним первый

4 полусферический паз 8, протекает по нему, обтекает основание 4 мембраны с двух сторон по кольцевой проточке 9, после чего вытекает через второй полусферический паз 8, попадая в канал для отвода охлаждающей жидкости. При этом охлаждение основания

4 мембраны улучшает отвод тепла с мембраны 3, что позволяет ослабить тепловой режим работы самой мембраны

3 и тензорезисторов 10-15, установ55 ленных на ней. Тем самым повышается точность и надежность..

Кольцевая проточка 9 выполнена на глубину не менее высоты основания 4

5 159 мембраны, потому что при таком соотношении обеспечивается наилучшее охлаждение мембраны 3 и самого основания 4. При глубине кольцевой проточки 9 менее высоты основания 4 мембраны эффективность охлаждения снижается и как следствие снижается точность и надежность, При измерении давления в цилиндре двигателя внутреннего сгорания мембрана 3 испытывает циклические нагрузки, т.е. колебания с частотой измеряемого процесса. Колебания такого рода не оказывают влияния на контактные проводники, соединяющие контактные площадки 16 с переходной контактной колодкой 5, так как контактные площадки 16 расположены за радиусом мембраны r на основании 4, Тем са мым повышается вибропрочность и надежность.

Кроме измеряемой величины (давления) на приемную полость датчика с мембраной 3 оказывает также циклическое воздействие температура (циклический термоудар) ° При этом в силу. низкой теплоинерционности мембраны ее температура с внутренней стороны датчика оказывается не постоянной, а также циклически меняющейся. Температура по поверхности мембраны в любой момент термоудара распределяется неравномерно. По радиусу мембраны имеет место градиент температуры.

Вследствие наличия градиента температуры по радиусу температура в различных точках тензорезисторов

10, 11 и 13, 14 различна. При этом изменения сопротивлений этих тензорезисторов одинаковы, так как тензорезисторы 10, 11 и 13, 14 имеют идентичное расположение.

Тензорезистор 12 установлен на окружности с радиусом r,=г + 1/41 т.е. по окружности, температура в точках которой практически равна сред ней температуре между концом и серединой радиальных тензорезисторов.

Тензорезнстор 15 установлен на окружности с радиусом r,=г, -1/41т, температура в точках которой соответствует средней температуре между началом и серединой радиальных тензорезисторов. Поскольку тензорезисторы

12 и 15 включены в противоположные плечи мостовой измерительной цепи, то их изменения сопротивлений от

7623

35 (1+Я (с)) B6fx 11+ Е ()2 кБс ()

5

55 температуры складываются, и их суммарное изменение сопротивлений (благодаря предлагаемому расположению) близко к суммарному изменению сопротивлений радиальных тензорезисторов, включенных в другие противоположные плечи моста. Поэтому в мостовой измерительной цепи происходит самоком" пенсация температурной погрешности, обусловленной наличием градиента температуры по поверхности мембраны.

При работе датчика в условиях воздействия стационарных и нестационарных температур на выходе мостовой измерительной цепи из тенэорезисторов 10-15 будет возникать температурная погрешность, обусловленная изменением чувствительности. Однако на выходе устройства эта погрешность значительно снижена. Выходной сигнал с мостовой измерительной цепи U,, содержаший составляющую температурной погрешности 4 U,(t), усиливается усилителем 18 на коэффициент усиления K. Вместе с полезным сигналом усиливается и составляющая температурной погрешности Л U, (t) Далее усиленный сигнал делится на напряжение U, в точке соединения мостовой измерительной цепи с постоянным резистором 17, который подключен к стабилизатору 19 напряжения. Напряжение в этой точке пропорционально изменению чувствительности моста.

Расчеты показывают, что

Из (1) видно, что относительные изменения напряжений выходного сигнала E., (t) и напряжения в точке соединения постоянного резистора с i мостовой измерительной цепью Я,(t) обратно пропорциональны. В связи с этим происходит уменьшение температурной погрешности. В результате повышается точность.

Применение изобретения позволяет повысить точность и надежность при работе датчика в условиях повышенных температур (в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания), при сохранении высокого частотного диапазона работы и малых габаритных размеров, повысить технологичность и унифицировать узлы датчика.

Температурная погрешность предлагаемого устройства снижена до 0,8-3Х.

1597623

Формула изобретения

Устройство для измерения давления содержащее датчик давления, включающий корпус, в котором установлена защитная гильза, закрепленная на основании мембраны, переходную колодку, закрепленную в гильзе, кабельную перемычку, причем на мембране закреп iO лены два окружных и два радиальных тензорезистора, включенных в мостовую измерительную схему, источник питания и измерительный прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем., что, с целью

15 повышения точности и надежности, в него введены резистор, стабилизатор напряжения, усилитель, аналоговый делитель напряжения, а корпус датчика давления снабжен штуцером для

20 подвода и отвода охлаждающей жидкости, при этом в защитной гильзе герметично закреплена кабельная перемычка, а в корпусе датчика вдоль гильзы выполнены два канала, сообщенных 25 с полостями штуцеров соответственно для подвода и отвода жидкости и кольцевой проточкой, которая выполнена в корпусе дэ.тчика коаксиально цилиндрической поверхности основания мембраны на глубину не менее высоты основания мембраны, причем вход мостоBoA e«b« .;.::.íçopeçHñòoðoâ электрически соединен через резистор со стабилизатором напряжения„подключенным к источнику питания, точка соединения резистора с мостовой схемой подключена к первому входу аналогового делителя, второй вход. которого соединен с выходом усилителя, первый и второй входы которого соединены с выходом мостовой схемы, а выход аналогового делителя подключен к измерительному прибору, при этом окружные тензорезисторы расположены на соответствующих окружностях с радиусами г„ и г, определяемы«м по соотношениям расстояние от центра мембраны до середины радиальных тензорезисторов; длина радиального тензорезистopa.

1 59 7623

Тираж 467

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ С СР

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

Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор Е.Папп

Заказ 3044

Составитель О.Слюсарев

Техред М.Ходанич Корректор С.Шевкун