Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения динамического и статического давления жидких и газообразных сред при нестационарном температурном режиме работы (при термоударе). Цель изобретения - повышение точности при воздействии быстропеременных температур. Цель достигается за счет размещения на мембране с жестким центром двух измерительных мостов. Тензорезисторы 5-8 одного моста располагаются в радиальном направлении, а тензорезисторы 9-12 другого - в окружном и выполняются в виде кольцевых секторов. Углы между радиусами, образующими окружные тензорезисторы, прилегающие к жесткому центру и опорному основанию, определяются из представленных соотношений . 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 1 9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4637827/10 (22) 17.01.89 (46) 30.06,92. Бюл. %24 (72) В.А.Зиновьев и E.Ì.Áåëoçóáîa (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N -1675702, кл. G 01 1 9/04, 13.01.89. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения динамического и статического давления жидких и газообразных сред при нестацио Ы 1744529 А1 нарном температурном режиме работы (при термоударе). Цель изобретения — повышение точности при воздействии быстропеременных температур. Цель достигается за счет размещения на мембране с жестким центром двух измерительных мостов. Тензорезисторы 5 — 8 одного моста.располагаются в радиальном направлении, а тензорезисторы 9 — 12 другого — в окружном и выполняются в виде кольцевых секторов, Углы между радиусами, образующими окружные тензорезисторы, прилегающие к жесткому центру и опорному основанию, определяются из представленных соотношений. 3 ил.

1744529

20

40

55

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

Цель изобретения — повышение точности измерений в условиях воздействия быс тро перемен н ых температур.

На фиг.1 показана конструкция предлагаемого устройства; на фиг.2 — схема расположения тензорезисторов ("топология") на мембране устройства; на фиг.3 — измерительная схема устройства.

Устройство для измерения давления включает корпус 1 и мембрану 2, выполненную за одно целое с опорным основанием 3 и жестким центром 4. На мембране 2 размещены два измерительных моста, один из которых выполнен из тензорезисторов 5 — 8, а другой — из тензорезисторов 9 — 12, расположенных в окружном и радиальном направлениях. Контактные площадки 13 служат для подключения входов измерительных мостов к источнику 14 питания, а также для подключения выходов измерительных мостов к операционным усилителям 15 и 16, к выходам которых подключен блок 17 сложения.

Устройство работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления через опорное основание 3 на мембрану 2 последняя прогибается. Тензорезисторы 5 — 12 испытывают деформацию, а следовательно, изменяют свое сопротивление.

Вследствие этого на выходах измерительных мостов появляются сигналы, пропорциональные давлению.

При действии термоудара на мембрану изменяются сопротивления тензорезисторов, а следовательно, изменяется величина сигналов на выходах измерительных мостов. При этом величина изменения сопротивления от температуры пропорциональна изменению температуры в любой момент времени. В силу различного характера тепловых возмущений на мембране по кольцу, прилегающему к жесткому центру, температуры может быть отличной от температуры по кольцу, прилегающему к опорному основанию. Следовательно, на выходах измерительных мостов из радиальных и окружных тензореэисторов появляются изменения сигналов, пропорциональные разнице температур на опорном основании и жестком центре. Величина изменения сигналов от температуры на обоих измерительных мостах практически одинакова по абсолютной величине, но имеет противоположные знаки. Противоположные знаки изменения выходных сигналов от термоудара на выходах измерительных мостов обусловлены тем, что тензорезисторы, работающие на уменьшение сопротивления от измеряемого параметра, прилегают к опорному основанию в мосте из радиальных тензорезисторов, а в мосте из окружных тензорезисторов прилегают к жесткому центру, тензорезисторы, работающие на увеличение сопротивления от измеряемого параметра, прилегают к опорному основанию в мосте из окружных тензорезисторов, а в мосте из радиальных прилегают к жесткому центру.

Таким образом, после суммирования сигналов, усиленных в операционных усилителях 15 и 16, на выходе блока сложения получают практически нулевой (скомпенсированный) сигнал от влияния температуры, Так как относительное изменения сопротивлений радиальных тензорезисторов, прилегающих к жесткому центру и окружных тенэорезисторов, прилегающих к опорномуоснованию, имеют одинаковый знак, и относительные изменения сопротивлений радиальных тензорезисторов, прилегающих к опорному основанию, и окружных тензорезисторов, прилегающих к жесткому центру, имеют также одинаковый знак, то на выходе устройства от измеряемого параметра получают практически удвоенный выходной сигнал, Положительный эффект достигается за счет сложения двух полезных сигналов от измеряемого параметра при компенсации ложных сигналов от разницы температур в зонах установки тенэорезисторов.

Таким образом, преимуществом конструкции является уменьшение практически на порядок. температурной погрешности в диапазоне температур от -200 до +200 С при любых скоростях изменения температуры, влияющих на устройство, и, как следствие, достижение высокой точности измерения при воздействии быстропеременных температур, близкой к точности измерения в стационарных температурных усговиях.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, включающее датчик давления, содержащий корпус, воспринимающую давление мембрану радиусом г с жестким центром радиусом ro и утолщенной периферийной частью, закрепленные на планарной стороне мембраны. окружные и радиальные тензорезисторы шириной S, соединенные низкоомными перемычками в два измери1744529

1и го

S го

Г1

Г1 — $ иг, 55 тельных моста, выход каждого из которых через соответствующий усилитель подключен к сумматору, причем окружные тензорезисторы выполнены в виде кольцевых сегментов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с 5 целью повышения точности измерений в условиях воздействия быстропеременных температур, в нем плечи одного измерительного моста образованы из радиальных тензорезисторов, а плечи другого моста — из 10 окружных тензорезисторов, причем тензорезисторы одной пары противоположных плеч измерительного моста расположены у края жесткого центра, а тензорезисторы другой пары — на периферийной части 15 мембраны, при этом каждый радиальный тензорезистор выполнен из двух тензоэлементов, расположенных на разных радиальных направлениях, соединенных последовательно между собой другими вве- 20 денными в датчик низкоомными перемычками, при этом низкоомные перемычки, которыми соединен тензоэлемент радиального тензорезистора одного плеча измерительного моста с тензоэлементом радиального тензорезистора соседнего плеча моста, выполнены равной длины N, а угол а между боковыми сторонами каждого кольцевого сегмента окружного тензорезистора, расположенного у жесткого центра, определен из соотношения а угол р между боковыми сторонами каждого кольцевого сегмента окружного тензорезистора, расположенного на периферийной части мембраны, определен из соотношения

1744529

ЫХ.

50

Составитель О. Слюсарев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С. Черни

Редактор А. Orap

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

Заказ 2190 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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