RU1778569C

RU1778569C - Pressure pickup

Info

Publication number: RU1778569C
Application number: SU904882267A
Authority: RU
Inventors: Виталий Алексеевич Раков; Владислав Григорьевич Тимошенко; Владимир Геннадьевич Хашев; Атаула Изятулович Кармеев
Original assignee: Энгельсское опытно-конструкторское бюро "Сигнал"
Priority date: 1990-11-11
Filing date: 1990-11-11
Publication date: 1992-11-30

Abstract

Использование: при измерении давлени различных сред с повышенной точностью . Цель: повышение точности и стабильности тензометрического датчика давлени . Сущность изобретени : введение тензомодул , выполненного в виде ступенчатой чаши с соотношением размеров, исключающих вли ние остаточных напр жений от сварки и термоупругих напр жений корпуса . К корпусу, имеющему штуцер дл подвода давлени , приварено основание, к нижней части которого по контуру приварена мембрана со штоком. К верхней части основани приварена отбортовка тонкостенного цилиндра чашеобразного тензомодул . На нижней плоскости тензобалки, выполненной в дне тензомодул метода вакуумного напылени , нанесены четыре металлопленочных тензорезистора, соединенные в мостовую схему. Верхний конец штока приварен к центральной части тензобалки . В выточке плоской части тензомодул над тензобалкой установлена колодочка с жесткими токоподводами, изолированными стекл нными втулками. Нижние торцы токоподводов с помощью микропроводов соединены с контактными площадками пла- нарной структуры тензомоста. Дл предохранени мембраны от перегрузочных давлений предусмотрен упор. Положительный эффект: повышение точности и стабильности тензометрического датчика давлени , работающего в услови х действи вибрации и знакопеременных температур. 2 ил. ЁUsage: when measuring the pressure of various media with increased accuracy. Objective: To increase the accuracy and stability of a strain gauge pressure sensor. SUMMARY OF THE INVENTION: the introduction of strain gauges made in the form of a stepped bowl with a ratio of sizes excluding the influence of residual stresses from welding and thermoelastic stresses of the housing. A base is welded to a body having a fitting for supplying pressure, to the lower part of which a membrane with a rod is welded along the contour. A flanging of the thin-walled cylinder of the bowl-shaped strain gauge module is welded to the upper part of the base. On the lower plane of the strain gauge, made in the bottom of the strain gauge of the vacuum spraying method, four metal-film strain gauges are applied, connected to a bridge circuit. The upper end of the rod is welded to the central part of the strain gauge. In the undercut of the flat part of the strain gauge module, a block with rigid current leads insulated by glass bushings is mounted above the strain gauge beam. The lower ends of the current leads using microwires are connected to the contact pads of the planar structure of the tensor bridge. A stop is provided to protect the membrane from overload pressures. Positive effect: increased accuracy and stability of the strain gauge pressure sensor, operating under conditions of vibration and alternating temperatures. 2 ill. Yo

Description

Изобретение относитс к области авиационного приборостроени , а именно к датчикам , измер ющим давление в различных системах самолетов. К авиационным штатным (вли ющим на безопасность полета) бортовым приборам предъ вл ютс требовани сохранени заданных метрологических характеристик и надежности в течение длительного (20000-30000 ч) эксплуатационного ресурса в услови х действи значительных уровней виброперегрузок, высокой и низкой температуры, а также термоударов .The invention relates to the field of aviation instrumentation, and in particular to sensors measuring pressure in various aircraft systems. Aviation standard (affecting flight safety) airborne devices are required to maintain the specified metrological characteristics and reliability for a long (20000-30000 h) operating life under conditions of significant levels of vibration, high and low temperature, as well as thermal shock.

Одним из путей решени этой проблемы вл етс создание конструкции датчика с использованием монолитного механоэ- лектрического преобразовател , например, интегрального тензорезисторного, не содержащего трущихс подвижных элементов . Известен датчик давлени типа ВТ-220, предназначенный дл разового применени и изготавливаемый отечественной промышленностью . Он содержит корпус со штуцером, мембрану и тензомодуль. Тензо- модуль представл ет собой плоский диск, в котором выполнена бесконсольна упруга One way to solve this problem is to create a sensor design using a monolithic mechanoelectric transducer, for example, an integrated strain gauge resistor that does not contain rubbing moving elements. A pressure sensor of the type VT-220 is known for one-time use and is manufactured by the domestic industry. It contains a housing with a fitting, a membrane and a strain module. The tensor module is a flat disk in which a non-cantilever elastic

XJ VJ 00XJ VJ 00

с оwith about

ОABOUT

балка с втулкой в центре. На полированную плоскость тензобалки способом тонкопленочной технологии нанесены четыре тензо- резистора. Тензомодуль соединен с корпусом, а центральна втулка балки соединена со штоком с помощью резьбовых соединений.beam with a hub in the center. Four strain gages are applied to the polished plane of the strain gauge by the thin-film technology. The strain gauge module is connected to the housing, and the central sleeve of the beam is connected to the rod using threaded connections.

Известна конструкци датчика давлени с тензорезистивным преобразователем ,в котором тензомодуль выполнен в виде чаши с толстыми стенками, через которые пропущены винты креплени гензомо- дул к корпусу. Центральна втулка тензобалки присоедин етс к штоку также с помощью резьбы,A pressure sensor design with a strain gauge transducer is known in which the strain gauge is made in the form of a bowl with thick walls through which screws are fastened to fasten the gauge module to the housing. The center sleeve of the strain gauge is also connected to the stem by a thread,

Недостатком этой конструкции вл етс то, что при длительном воздействии вибрации и многократных воздействий температур от минус 60°С до + 150°С в резьбовых соединени х происходит релаксаци напр жений, привод ща к микролюфтам и по влению значительных дополнительных погрешностей датчиков в процессе эксплуатации.The disadvantage of this design is that, during prolonged exposure to vibration and repeated exposure to temperatures from minus 60 ° C to + 150 ° C, stress relaxation occurs in threaded connections, resulting in micro backlash and significant additional sensor errors during operation.

Целью изобретени вл етс повышение точности и стабильности датчика давлени .An object of the invention is to increase the accuracy and stability of a pressure sensor.

Сущность изобретени заключаетс в том, что тензомодуль своей верхней частью приварен к основанию, а дл исключени вли ни остаточных напр жений от сварки и термомеханических напр жений, возникающих в корпусе, тензомодуль выполнен в виде ступенчатой чаши высотой более одной четверти ее диаметра, перва ступень выполнена на половине высоты чаши и образует тонкостенный цилиндрический участок , на котором по краю выполнена наружна отбортовка, а упруга балка выполнена в дне чаши оси ее симметрии, при этом толщина стенки цилиндрического участка в 7-10 раз меньше рассто ни от конца балки до внешней цилиндрической поверхности чаши, причем чаша расположена с радиальным зазором внутри полости, выполненной в основании,The essence of the invention lies in the fact that the strain gauge is welded to the base with its upper part, and to exclude the influence of residual stresses from welding and thermomechanical stresses arising in the housing, the strain gauge is made in the form of a stepped bowl with a height of more than one quarter of its diameter, the first step is made at half the height of the bowl and forms a thin-walled cylindrical section, on which an outer flange is made along the edge, and an elastic beam is made in the bottom of the bowl of its axis of symmetry, while the wall thickness is cylindrical portion of 7-10 times smaller than the distance from the beam end to the outer cylindrical surface of the cup, the cup is located with radial clearance inside a cavity formed in the base,

На фиг. 1 приведена конструкци датчика .In FIG. 1 shows the design of the sensor.

К корпусу 1 приварено основание 2. Мембрана 3 приварена по наружному контуру к отбортовке основани 2. К жесткому центру мембраны приварен шток, верхн чаоть основани 2 приварена к наружной отбортовке тензомодул 5. На нижней плоскости упругой балки, выполненной в дне тензомодул 5, методом вакуумного напылени нанесены четыре металлопленочных тензорезистора, соединенные в мостовую схему (на чертеже не показано). В плоскости части тензомодул выполнена выточка сThe base 2 is welded to the housing 1. The membrane 3 is welded along the outer contour to the flanging of the base 2. The rod is welded to the rigid center of the membrane, the upper part of the base 2 is welded to the outer flanging of the strain gauge 5. On the lower plane of the elastic beam made in the bottom of the strain gauge 5, by the vacuum method Four metal-film strain gauges connected to a bridge circuit (not shown in the drawing) are applied by spraying. A recess with

бортом, в которой установлена колодочка 6 с жесткими токопроводами 7, изолированными стекл нными втулками 8. Колодочка приварена точечной лазерной сваркой. Нижние торцы токопроводов 7 с помощью микропроводов 9 термокомпрессионной сваркой присоединены к контактным площадкам планарной тензоструктуры тензо- моста. Дл предохранени мембраны 3 отa side in which a block 6 is installed with rigid current conductors 7 insulated with glass bushings 8. The block is spot-welded by laser welding. The lower ends of the conductors 7 by means of microwires 9 are thermocompressively welded to the contact pads of the planar tensor structure of the tensor bridge. To protect the membrane 3 from

0 перегрузочных давлений в основании 2 установлен регулируемый предохранительный упор 10. Датчик закрыт кожухом 11, который в нижней части приварен герметично к корпусу 1, а в верхней части - к корпусу0 overload pressures, an adjustable safety stop 10 is installed in the base 2. The sensor is closed by a casing 11, which is sealed in the lower part to the housing 1, and in the upper part to the housing

5 герметичной электрической вилки 12, Внутренн полость датчика вакуумирована.5 of the sealed electrical plug 12, The internal cavity of the sensor is evacuated.

На фиг. 2 приведена конструкци тензомодул с упругой бесконсольной балкой. Тонкостенна цилиндрическа частьIn FIG. Figure 2 shows the construction of a strain gauge module with an elastic, beam-free beam. Thin-walled cylindrical part

0 тензомодул 5 выбранной высоты вл етс компенсатором термомеханических и остаточных напр жений, возникающих в сварном шве и околошовной зоне, т.к. момент сопротивлени тонких стенок при их изгибе0 strain module 5 of the selected height is a compensator for thermomechanical and residual stresses arising in the weld and heat-affected zone, as the moment of resistance of thin walls when they are bent

5 гораздо меньше, чем момент сопротивлени кольца жесткости, образованного в дне тензомодул . При этом термомеханические и остаточные напр жени не передаютс на измерительный элемент-балку и не ухудша0 ют метрологические характеристики датчи- - ка.5 is much less than the moment of resistance of the stiffening ring formed in the bottom of the strain gauge. In this case, the thermomechanical and residual stresses are not transmitted to the measuring beam element and the metrological characteristics of the sensor are not impaired.

Работа датчика заключаетс в следующем .The operation of the sensor is as follows.

Измер емое давление поступает в шту5 цер корпуса 1 и воздействует на мембрану 3. Мембрана деформируетс и с помощью штока 4 прогибает упругую балку тензомодул 5. При этом происходит деформаци тензорезисторов, расположенных на ниж0 ней плоскости балки, изменение их сопротивлений и разбалансировка мостовой схемы. При питании мостовой схемы электрическим током изменение выходного сигнала пропорционально изменениюThe measured pressure enters the nozzle 5 of the housing 1 and acts on the membrane 3. The membrane is deformed and with the help of the rod 4 bends the elastic beam of the strain gauge 5. In this case, the strain gages located on the lower plane of the beam are deformed, their resistances change and the bridge circuit is unbalanced. When the bridge circuit is powered by electric current, the change in the output signal is proportional to the change

5 давлени и регистрируетс вторичной аппаратурой .5 pressures and recorded by secondary equipment.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A pressure sensor comprising a housing with a fitting, a base installed in the housing with a strain gauge module attached to it with an elastic beam with strain gauges and a membrane connected to the center of the elastic beam using a rod passed through the base opening, characterized in that 5 , in order to improve accuracy and stability, the strain gauge in it is made in the form of a stepped bowl with a height of more than one quarter of its diameter, the first step is made at half the height of the bowl and forms a thin-walled cylindrical section, n wherein the edge is formed by the outer flange, and the resilient beam is made in the bottom of the bowl along its axis of symmetry, wherein the thickness of the cylindrical wall to the outer cylindrical uchabalki dressings NOSTA bowl, wherein the bowl is located radially within the cavity gap, you nennoy the base, and attached to the

the line is 7–10 times smaller than the distance from the end 5 by its flanging by welding.

12

beams to the outer cylindrical surface of the bowl, and the bowl is located with a radial clearance inside the cavity, made in the base, and attached to it

tusajoL.

Thornormyetors