Датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерени;я с высокой точностью механических нагрузок в широком диапазоне быстропеременных температур (при те|эмоударе). Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях быстропеременных температур и увеличения чувствительности. Это достигается за счет расположения на поверхности мембраны между утолщенным периферийным участком и жестким центром тензорезисторов 4, 7, 8, 11, 5, 6, 9, 10 в форме секторов колец, соединенных в мостовую схему, причем в каждом плече моста часть тензорезисторов расположена в области положительных деформаций от измеряемого параметра, другая часть - в области отрицательных деформаций . При этом часть тензорезисторов 5, 6, 9, 10 соединена в радиальном, а часть 4, 7, 8, 11 - в окружном направлениях. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.////•^•^fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 L 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,ку

/1 (21) 4649201/10 (22) 13.02.89 (46) 15.02.92. Бюл. N- 6 (72) Е.М.Белозубов и В.А.Зиновьев (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1649319, кл. G 01 1. 9/04, 1988. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения с высокой точностью механических нагрузок в широком диапазоне быстропеременных температур (при термоударе). Цель изобретения — повышение точ„„ ЖÄÄ 1712802 А1 ности измерения в условиях быстропеременных температур и увеличения чувствительности. Это достигается за счет расположения на поверхности мембраны между утолщенным периферийным участком и жестким центром тензорезисторов 4, 7, 8, 11, 5, 6, 9, 10 в форме секторов колец, соединенных в мостовую схему, причем в каждом плече моста часть тензорезисторов расположена в области положительных деформаций от измеряемого параметра, другая часть — в области. отрицательных деформаций . При этом часть тензорезисторов 5, 6, 9, 10 соединена в радиальном, а часть 4, 7, 8, 11 — в окружном направлениях.

2 з.п. ф-лы, 3 ил, 1712802

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения статического и динамического давления жидких и газообразных сред при нестационарном температурном режиме работы (при термоударе).

Цель изобретения — повышение точности измерения в условиях действия быстропеременных температур и увеличения чувствительности.

На фиг. 1 схематично изображен тензорезистивный датчик давления и схема расположения . тензореэисторов на поверхности мембраны датчика давления; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг, 1; на фиг, 3— тензоэлементы тензорезисторов.

Датчик давления включает деформируемую часть мембраны 1, выполненную за одно целое с утолщенным периферийным участком 2 и жестким центром 3. На поверхности мембраны размещен измерительный мост из тенэорезисторов 4 — 7, соединенных в окружном направлении, и из тензорезисторов 8 — 11, соединенных в радиальном направлении, Контактные площадки

12 — 15 служат для подключения измерительного моста к источнику питания и регистрирующей аппаратуре, а контактные площадки 16 — для соединения тензорезисторов, соединенных в радиальном направлении с тензорезисторами, соединенными в окружном направлении.

Датчик работает следующим образом, При подаче измеряемого давления P на мембрану (фиг. 2) деформируемый участок мембраны 1 прогибается, тензореэисторы

4-7, прилегающие к утолщенному периферийному участку 3, испытывают деформацию сжатия, а тензарезисторы 8-11, прилегающие к жесткому центру 2, испытывают деформацию растяжения. В силу того, что тензорезисторы 4 — 7 соединены в окружном направлении, а тензорезисторы 8 — 11 соединены в радиальном направлении, то в мостовой схеме тензорезисторы, расположенные между контактными площадками 12 и 13, а также 14 и 15 (принадлежащие к двум противоположным плечам моста), увеличивают сопротивление от давления Р; тензореэисторы, расположенные между контактными площадками 13 и 14, а также

15 и 12 (принадлежающие к двум другим противоположным плечам моста), уменьшают сопротивление от давления. Вследствие этого при подключении к входной диагонали моста к контактам 13 и 15 напряжения питания, а к выходной диагонали к контактам 12 и 14 — регистратора изменения на5

55 пряжения, на регистраторе появляется изменение сигнала, пропорциональное изменению давления P. Идентичность номиналов сопротивлений плеч измерительного моста обеспечивается выполнением тензорезисто ров в форме секторов колец одинаковой ширины и заданным соотношением углов между радиусами, образующими тензорезисторы.

При действии термоудара на мембрану изменяются сопротивления тензорезисторов, а следовательно, изменяется величина сопротивлений плеч моста, Величина изменений сопротивлений от температуры пропорциональна изменению температуры в любой момент времени. В силу различного характера тепловых возмущений на мембране температура на тенэорезисторах, прилегающих к жесткому центру, например Т, может быть отличной от температуры на тензорезисторах, прилегающих к утолщенному периферийному участку. Следовательно, результирующие изменения сопротивлений тенэорезисторов плеч моста, расположенных между контактами 12 и

13, 13 и 14, 14 и 15, 15 и 12, пропорциональны разнице температур и имеют практически одинаковую величину. В силу характерных свойств мостовых схем, одинаковые приращения величин сопротивлений каждого плеча моста от перепада температур не приводят к ложному изменению выходного сигнала, Полная компенсация в мостовой схеме достигается также в результате того, что в каждом плече радиальные и окружные тензорезисторы соединены идентичными контактами в форме секторов колец, расположенных на одинаковых расстояниях от окружности жесткого центра и внутренней окружности утолщенного периферийного участка, т.е. их среднеинтегральная температура имеет равную величину, а следовательно, и температурные изменения величины сопротивлений от каждого из проводящих контактов в каждом плече моста одинаковы, Таким образом, на выходе измерительной мостовой схемы происходит изменение сигнала, пропорциональное изменению давления и, практически, полностью компенсируется при перепадах температуры измеряемой среды с любым градиентом, т.е, не зависит от разницы температур на жестком центре и периферийном утолщенном участке.

Технико-экономическим преимуществом конструкции является уменьшение на порядок температурной погрешности в диапазоне температур от -200 до +200 С при скоростях изменения температуры, достигающих (100 — 150) С/с и, как следствие, до1712802 стижение высокой точности измерения при воздействии быстропеременных темпера тур, близкой к точности измерения в стационарных температурных условиях, а также приближение к максимально возможной чувствительности от измеряемого параметра.

Формула изобретения

1. Датчик давления, содержащий корпус, мембрану радиуса г1, выполненную с жестким центром радиуса г и утолщенным периферийным основанием, выполненным за одно целое с корпусом, закрепленные и равномерно расположенные на планарной стороне мембраны четыре низкоомные,радиальные контактные площадки и четыре основных тензорезистора, при этом два основных тензорезистора расположены симметрично друг другу относительно центра мембраны по периметру жесткого центра мембраны, а два других — на периферии мембраны, причем каждый основной тензорезистор выполнен в виде отрезка кольца шириной L, а начало каждого основного тензорезистора, расположенного на периферии мембраны, и концы каждого основного тензорезистора, расположенного по периметру жесткого центра, соединены в окруж ном направлении с соответствующей радиальной контактной площадкой, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях быстропеременных температур и увеличения чувствительности, в него введены четыре низкоомные перемычки и четыре дополнительных тензорезистора, при этом последние идентичны по форме соответствующим основным тензорезисторам, причем два из них расположены по периметру жесткого центра концентрично основным тензорезисторам, расположенным на периферии мембраны, а два других дополнительных тензорезистора расположены на периферии мембраны концентрично основным тензорезисторам, расположенным по периметру жесткого центра, при этом каждый дополнительный тензорезистор, расположенный по периметру жесткого центра, соединен низкоомной перемычкой в радиальном направлении с концом соответствующего основного тензорезистора, расположенного на периферии мембраны, а каждый дополнительный тензорезистор, расположенный на периферии мембраны, соединен низкоомной перемычкой в радиальном направлении с началом соответствующего основного тензорезистора, 2 г arcsin (г1 + 0,5 1

30 г — 05 1

65 = — 2 arcsin

Q гз, W 4

2 г arcsin х

35 г2+0,5 1

Х!и г1 — 0,5 1 где W — расстояние между концами внутренней стороны тензоэлемента дополнитель40 ногр тензорезистора, расположенного по периметру жесткого центра;

01 — угол между боковыми радиальными сторонами тензоэлемента дополнительного тензорезистора, расположенного по пери45 метру жесткого центра; — угол между боковыми радиальными сторонами тензоэлемента основного тензорезистора, расположенного по периферии мембраны;

50 ® — угол между боковыми радиальными сторонами тензоэлемента дополнительного тензорезистора, расположенного по периферии мембраны;

04 — угол между боковыми радиальны55 ми сторонами тензоэлемента основного тензорезистора, расположенного по пери- метру жесткого центра. расположенного по периметру жесткого центра, причем каждый основной и дополнительный тензорезистор выполнен в виде множества идентичных тензоэлементов, ко5 торые в основном тензорезисторе соединены между собой последовательно по своим боковым радиальным сторонам дополнительными низкоомными перемычками, введенными в датчик, а в дополнительном

10 тензорезисторе тензоэлементы соединены дополнительными перемычками последовательно по внутренним и наружным кольцевым сторонам тензоэлементов.

2. Датчик по и. 1, отличающийся

15 тем, что в нем каждая низкоомная перемычка выполнена в виде отрезка кольца, расположенного на одинаковом расстоянии от основного и дополнительного тензорезисто ров, 20 3, Датчик по и. 1, отл ич а ю щи йс я тем, что в нем центральные углы между боковыми радиальными сторонами каждого тензоэлемента определены из соотношения

25 =г агсз и

1712802

Составитель О. Слюсарев

Техред М.Моргентал Корректор А, Осауленко

Редактор Э. Слиган

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

Заказ 529 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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