CZ20003994A3 - Pressure sensor - Google Patents

Description

Oblast _ίθ®!!Πϊ^Σ

Vynález se týká tlakového čidla s čidlovou membránou, která je na jedné ze svých ploch ovlivňovatelná určovaným tlakem prostředí.

Ρθ;!2Υ?<Ιηί _st ay_t echniky

Tlaková čidla jsou podle své oblasti nasazení vytvářena v různých konstrukčních provedeních. Pro nasazení v motorových vozidlech přicházejí v úvahu jen robustní provedení, která pracují v rozsáhlé teplotní oblasti spolehlivě po dobu mnoha let, zatímco menší význam je kladen na absolutní přesnost měření. Většina tlakových čidel pracuje se zdvihem závislým na tlaku, jehož velikost je mírou pro měřený tlak. Pružná Čidlová membrána, která je na jedné ze svých ploch ovlivňována konstantním referenčním tlakem a na své protilehlé ploše určovaným tlakem prostředí, vytváří pod tímto tlakovým rozdílem vychýlení, jehož velikost je například prostřednictvím připojeného potenciometru přeměňována na elektrický měřicí signál. Pro vybavení na tlaku závislých spínacích procesů jsou prostřednictvím zdvihu čidlové membrány přímo nebo nepřímo ovládány omezovači spínače. Ve všech případech jsou potřebné pohyblivé součásti, které jsou po dobu dlouhých časových prostorů vystaveny otřesům, opotřebení a značným teplotním vlivům. Také rozdělení prostředí mezi oběma stranami čidlové membrány je za těchto okolností problematické.

• 0 00 0 0 0 0 0 · 0 • 0 0 · 0 • 0 00 000 • 0 0 0 0 * 0 · 0 0 · « 0 0 0 0

100 0· ··

Podstata_yynálezu

Prostřednictvím vynálezu se vytváří tlakové Čidlo, které je z hlediska své robustnosti, své jednoduché konstrukce a malé konstrukční velikosti zvláště vhodné pro použití v motorových vozidlech a je také vhodné jak pro vytváření tlaku úměrných velikostí naměřených hodnot, tak také pro vybavení na tlaku závislých spínacích procesů.

Podle vynálezu je čidlová membrána na své protilehlé ploše pevně podepřena. Čidlová membrána sestává z elastomerického materiálu, v jehož elektricky nevodivé hmotě jsou homogenně rozděleny jemné částice z elektricky vodivého materiálu a jsou vloženy v takové hustotě, že stlačeni čidlové membrány způsobené tlakem prostředí vede k neměřitelné změně plošného odporu čidlové membrány, protože částice z elektricky vodivého materiálu se přemístí blíže k sobě a v důsledku toho pravděpodobnost styku sousedních částic naroste. Tak nepotřebuje tlakové čidlo podle vynálezu žádné pohyblivé části, čímž také odpadnou problémy spojené s pohyblivými Částmi, jako snadnost poruch, velký konstrukční prostor, opotřebení, značné výrobní náklady a netěsnosti. Elektrický plošný odpor čidlové membrány může být určen kon taktováním na dvou v odstupu upravených měřicích bodech pro střednictvím známých měřicích zapojení. Pro vytváření měřicího signálu úměrného tlaku se s výhodou využije můstkové zapojení. Pro vybavení spínacích procesů závislých na tlaku jsou vhodná jednoduchá diferenční zesilovací zapojení.

U výhodného provedení čidla podle vynálezu je čidlová membrána kontaktována na své pevně podepřené straně prostřednictvím dvou měřicích kontaktů. Čidlová membrána jako taková zabezpečuje tak dokonalé oddělování prostředí.

Konstrukce tlakového Čidla s výhodou spočívá na jednoduchém principu sepnutí čidlové membrány s podpěrným blokem mezi prstencovými konstrukčními součástmi při mezilehlém zapojení těsnicích kroužků.

?££kl®d_obrázků_wna_yýkresech

Další výhody a znaky vynálezu vyplývají z následujícího popisu příkladu provedení tlakového čidla ve spojení s připojenými výkresy.

• » 00 0 0 0 · 0 0

00000 0 0 · 0 0 0

000· 0 0 0000

00 000 000 0· 00

Na straně	obr. 1 je prostředí.	znázorněn	půdorys tlakového čidla na jeho
Na na obr.	obr. 2 je 1.	znázorněn	řez rovinou podle čáry II - II
Na na obr.	obr. 3 je 1.	znázorněn	řez rovinou podle čáry III - III
Na na obr.	obr. 4 je 1.	znázorněn	rez rovinou podle čáry IV - IV
Na obr. 5 je základního tělesa,	znázorněn 1	půdorys tlakového Čidla a jeho
Na	obr. 6 je	znázorněn	pohled v řezu na výhodný pří-

klad provedení tlakového čidla.

Příklady.provedení_yynálezu

Tlakové čidlo 10 má jako podstatný funkční element Čid*0 0 * 0

0 0

0 • · 00 · ·

0 0 0 0 0 ·

0·0· · ·

00 000 000

- 4 lovou membránu 12. která sestává z elastomerického materiálu, který elektricky izoluje a v jehož elektricky nevodivé hmotě jsou rozděleny částice z elektricky vodivého materiálu. Tyto elektricky vodivé částice jsou upraveny v takové hustotě, že poskytují čidlové membráně 12 měřitelný objemový odpor a tím také plošný odpor. Elektrický objemový, případně plošný odpor se při stlačení hmotnosti membrány měřitelně zmenšuje, a to tím, že se vodivé částice dostávají blíže k sobě a že narůstá pravděpodobnost dotyku sousedních částic. Vhodný elastomerický materiál je silikonová pryž, ve které jsou elektricky vodivé částice uloženy v homogenním rozdělení. Hustotu vodivých částic lze stanovit pokusně. Příklady vhodných částic jsou nikl, stříbro, měď, postříbřené měděné nebo skleněné částice.

Čidlová membrána 12 je rovný kruhový kotouč, který na jedné ze svých obou ploch je uložen na čelní ploše válcového podpěrného bloku 14 a je na něm pevně podepřen. Do podpěr ného bloku 14, který sestává z elektricky izolujícího materiálu, jsou zapuštěny dva kontaktní kolíky ,16, které jsou na svých koncích přivrácených k čidlové membráně 12 rozšířeny a pro vytvoření měřicích kontaktů plošně dosedají na čidlovou membránu 1,2. Protilehlé konce kontaktních kolíků .16 vyčnívají z podpěrného bloku 14 a vytvářejí přípojné kolíky pro zásuvku. Podpěrný blok 14 je přesně a lícované uložen ve válcovém zapuštění prstencového základního tělesa 18.

Prstencová přítlačná deska 20 je na obou svých prstencových plochách opatřena třemi soustřednými drážkami pro ulo< žení těsnicích 0-kroužků a dosedá na té ploše čidlové membrá' ny 12, která je odvrácená od podpěrného bloku 14. Svou protilehlou prstencovou plochou je prstencová přítlačná deska 20 upnuta prostřednictvím šroubů 22 proti prstencové přípoj• 4 4 4 4

4 4 4 · 4

4 4 ·· ··· 44 ·4 • ··

4 *4 · · 4 4

4 · 4 • 4 44 né přírubě 24 na jednom konci přípojného hrdla 26. Prostřednictvím prstencové přítlačné desky 20 a prstencové přípojné příruby 24 s přípojným hrdlem 26 vytvořená konstrukční skupina je překlenuta upínacím prstencem 28, který je prostřednictvím upínacích šroubů 30 upnut proti základnímu tělesu 18, čímž je prstencová přítlačná deska 20 zatlačena proti ploše čidlové membrány 12. Přítlačný tlak může být definován držákem odstupu zapojeným mezi upínacím prstencem 28 a mezi základním tělesem 18.

Prstencové základní těleso 18 tvoří ve svém středu zástrčkový otvor 32, do kterého zasahují kontaktní kolíky 16. Na zástrčkový otvor 32 navazuje radiální kabelový vodicí kanál 34.

Přesného nasměrování navzájem složených konstrukčních součástí tlakového čidla 10 se dosahuje prostřednictvím styčných kolíků 36, které jsou vloženy do odpovídajících lícujících otvorů upínacího prstence 28 a základního tělesa 18. Prostřednictvím styčných kolíků 36 jsou přesně stanoveny také relativní otočné polohy součástí tlakového čidla

10.

Přípojné hrdlo 26 obklopuje kanál prostředí, který vylistuje v centrálním otvoru prstencové přítlačné desky 20, která obklopuje volně uloženou část plochy čidlové membrány 12. Tato plocha čidlové membrány 12 je prostřednictvím přípojného hrdla 26 ovlivňována určovaným tlakem prostředí. Oddělování prostředí se uskutečňuje vlastní čidlovou membránou 12, a to ve spojení do drážek prstencové přítlačné desky 20 vložených těsnicích 0-kroužků.

Kontaktní kolíky 16 jsou prostřednictvím neznázorněné • · ·· · · · · · · • · · · · · ··**·* • · · · 9 · ··»· ·* ·» ··· «*· ·· «· zástrčky spojeny s elektronickým spínacím obvodem, který může být podle využití tlakového čidla 10 vytvořen například jako měřicí můstek pro vytváření k tlaku úměrného mě řicího signálu nebo jako diferenční zesilovač pro vybavování spínacích procesů závislých na tlaku. Ovlivňováním volně uložené plochy čidlové membrány 12 tlakem prostředí přiváděného pres přípojné hrdlo 26 se hmota Čidlové membrány 12 stlačuje, čímž se snižuje její elektrický objemový odpor a tím také plošný odpor, který je jí odebírán prostřednictvím kontaktních kolíků 16. Pro maximalizaci měřicího signálu jsou konce kontaktních kolíků 16 uspořádány v oblasti upnutého obvodového okraje Čidlové membrány 12.

U znázorněného příkladu provedení je čidlová membrána 12 vytvořena jako kruhový rovný materiálový kotouč. Může však být také vytvořena jako trojrozměrné tvarové těleso, které je přizpůsobeno na speciální využití.

Příklad provedení, který je znázorněn na obr. 1 až obr. 5, je vhodný zejména pro zkušební účely, protože prostřednictvím použití upínacích šroubů 30 je umožněna uvolnitelná konstrukce.

Provedení, které je znázorněno na obr. 6, je vhodné pro racionální sériovou výrobu. U tohoto příkladu provedení je přípojné hrdlo 26, které je opatřeno vnějším závitem 26a. vytvořeno jako jeden kus se skříňovým tělesem 40, do kterého je vložen podpěrný blok 14. Prostřednictvím zahnutého okraje 42 skříňového tělesa 40 je podpěrný blok 14 pevně upnut s na něm uloženou čidlovou membránou .12. Čidlová membrána 12 má na svém vnějším obvodu vytvarovaný prstencový výčnělek 12a. který je přitlačen proti protilehlé prstencové ploše 46a uvnitř skříňového tělesa 40 a tak utěš

9 9 9

9 9 9 9

9 9 9

99

999 999

- 7 9 · 99 • 9 9 9 9 • 9 · *

9« 99 nuje konstrukci. Kontaktní kolíky 16 zasahují do elektronického modulu 44. který je nasazen na podpěrný blok 14 a ze kterého jsou vyvedeny připojovací kolíky 46. Elektronic ký modul 44 obsahuje nejméně vysokoohmové konstrukční součásti měřicího zapojení, prostřednictvím kterých jsou změny odporu čidlové membrány 12 převáděny na elektrický signál.

Jeden z kontaktních kolíků 16 může odpadnout, pokud čidlová membrána 12, a to zejména na svém vnějším obvodu, dosedá na kontaktní prstenec, který může být zapuštěn do podpěrného bloku 14, Alternativně může být vyrobeno skříňo vé těleso 40 z elektricky vodivého materiálu, zejména z ko vu, a vytváří tak společně s prstencovou plochou 46a hmotnostní kontakt a současně elektrické zastínění.

Claims (16)

1. PATENTOVÉ NÁROKY • 4 44 • 4 4 4 • · 4 4

   44 44

   4 4 4 4 • 4 4 ♦ • 4 4 4

   4· 44

   1. Tlakové cioxo s Čidlovou membránou (12), která je na jedné ze svých ploch ovlivnovatelná určovaným tlakem prostředí, vyznačující se tím, že fiidlová membrána (12) je na své protilehlé ploše pevně podepřena a že čid lová membrána (12) sestává z elastomerického materiálu, v j hož elektricky nevodivé hmotě jsou homogenně rozděleny jemné částice z elektricky vodivého materiálu a jsou vloženy v takové hustotě, že stlačení čídlové mémbrány (12) způsobené tlakem prostředí vede k naměříteIné změně jejich elektrického plošného odporu.
2. 2. Tlakové čidlo podle nároku 1, vyznačující se tím, Že čidlová membrána (12) je nejméně na dvou ve vzájemném odstupu upravených měřicích oblastech připojena vždy na jeden měřicí kontakt.
3. 3. Tlakové čidlo podle nároku 2, vyznačující se tím, že čidlová membrána (12) je na svém obvodovém okraji pevně upnuta.
4. 4. Tlakové Čidlo podle nároku 3, vyznačující se tím, že jeden z měřicích kontaktů je vytvořen kontaktním kroužkem, který dosedá na obvodový okraj čidlové membrány (12).
5. 5. Tlakové čidlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že měřicí kontakty jsou uspořádány na straně pevně podepřené plochy čidlové membrány (12).
6. 6. Tlakové čidlo podle nároku 5, vyznačující se tím, že měřici kontakty jsou uspořádány v sou«·· ·»· • * ·· • · · · • · · · ·♦ ·· • · · · • · · φ • · · · ·· ·· sedství podepřené plochy čidlové membrány (12), která je protilehlá vzhledem k ploše ovlivňovatelné určovaným tlakem prostředí.
7. 7. Tlakové čidlo podle jednoho z předcházejících nároků, v y značující se tím, že čidlová membrána (12) dosedá svojí pevně podepřenou plochou na podpěrný blok (14) a že proti obvodovému okraji čidlové membrány (12) je na její straně ovlivňovatelné určovaným tlakem upnuta prstencová přítlačná deska (20).
8. 8. Tlakové čidlo podle nároku 7, vyznačující se tím, že mezi přítlačnou deskou (20) a mezi k ní přivrácenou plochou čidlové membrány (12) je upnuto nejméně jedno prstencové těsnění obklopující tu plochu čidlové membrány (12), která je ovlivňována tlakem prostředí.
9. 9. Tlakové čidlo podle nároku 8, vyznačující se tím, že prstencové těsnění je vytvořeno na vnějším obvodu čidlové membrány (12) vytvarovaným prstencovým výčnělkem (12a).
10. 10. Tlakové čidlo podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že prstencová přítlačná deska (20) je upnuta proti prstencové přípojné přírubě (24) na jednom konci přípojného hrdla (26) pres mezilehlé zapojení nejméně jednoho těsnění.
11. 11. Tlakové čidlo podle nároků 7 až 9, vyznačující se tím, že prstencová přípojná příruba (24) je překryta upínacím prstencem (28), který je upnut prostřednictvím upínacích šroubů (30) proti základnímu tělesu (18), ve kterém je ve vybrání uložen podpěrný blok (14).

    - 10 * t »· • · · · • · · · • t ·· • · · · · * • ··»>«* • · · · · » ♦ ·· ··* ·· ··
12. 12. Tlakové čidlo podle nároku 2 a jednoho z nároků 7 až 11, vyznačující se tím, že měřicí kontakty s na nich připojenými kontaktními kolíky (16) jsou zapuštěny do podpěrného bloku (14).
13. 13. Tlakové čidlo podle nároku 12, vyznačující se tím, že kontaktní kolíky (16) vyčnívají z podpěrného bloku (14) na jeho od čidlové membrány (12) odvráce né ploše do zástrčkového otvoru (32), který obklopuje prstencovitě vytvořené základní těleso (18).
14. 14. Tlakové čidlo podle jednoho z nároků 11 až 13, vyzná č u jící se tím, že upínací prstenec (28) je spojen se základním tělesem (18) prostřednictvím styčných kolíků (36), vložených do navzájem lícujících otvorů.
15. 15. Tlakové čidlo podle jednoho z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že čidlová membrána (12) plos ně dosedá na podpěrný blok (14) a podpěrný blok (14) s čidlovou membránou (12) je upnut mezi uvnitř upravenou prstencovou plochou (46a) a mezi zahnutým okrajem (42) skříňového tělesa (40).
16. 16. Tlakové čidlo podle nároku 15, vyznačující se tím, že skříňové těleso (40) je kovové a prstencová plocha (46a) tvoří kontaktový prstenec kontaktující čidlovou membránu (12) na jejím vnějším okraji.