RU1778577C - Capacitive pressure pickup - Google Patents
Capacitive pressure pickupInfo
- Publication number
- RU1778577C RU1778577C SU914920817A SU4920817A RU1778577C RU 1778577 C RU1778577 C RU 1778577C SU 914920817 A SU914920817 A SU 914920817A SU 4920817 A SU4920817 A SU 4920817A RU 1778577 C RU1778577 C RU 1778577C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- support base
- temperature
- capacitive pressure
- temperature coefficient
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Использование: изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано при измерении статико-динами- ческих давлений при фиксированных температурах. Цель: уменьшение температурной мультипликативной погрешности. Сущность изобретени : в емкостном датчике давлени , содержащем мембрану 1, опорное основание 2, круглый электрод 3, кольцевой электрод 4, закрепленную с зазором на опорном основании пластину 5 с ответными электродами 6, 7, выводные проводники 8, выводные проводники выполнены , из материала с определенным температурным коэффициентом линейного расширени . Изобретение позвол ет уменьшить мультипликативную температурную погрешность в 2 раза без введени новых элементов конструкции. 2 ил.Usage: the invention relates to measuring technique and can be used in the measurement of static-dynamic pressures at fixed temperatures. Purpose: reducing the temperature multiplicative error. SUMMARY OF THE INVENTION: in a capacitive pressure sensor containing a membrane 1, a support base 2, a circular electrode 3, an annular electrode 4, a plate 5 with response electrodes 6, 7 fixed with a gap on the support base, the lead wires 8, the lead wires are made of material with determined temperature coefficient of linear expansion. The invention allows to reduce the multiplicative temperature error by 2 times without introducing new structural elements. 2 ill.
Description
т.е.those.
(9)(9)
(10)(10)
1010
Co CotCo cot
Cx CxtCx cxt
Дл обеспечени нулевого значени мультипликативной температурной погрешности необходимо:To ensure a zero value of the multiplicative temperature error, it is necessary:
Ср CotWed Cot
Схр CxptCxxpt
где Схр, Cxpt - емкость измерительного конденсатора при воздействии измер емого давлени и температуры t.where Cpr, Cxpt is the capacitance of the measuring capacitor under the influence of the measured pressure and temperature t.
Емкости конденсаторов Схр, Cxpt равныCapacitors capacitance Cxp, Cxpt equal
Г - сЯ Го.(лMr. S. Go. (L
Јо и, -,... (1«) Јo and, -, ... (1 ")
RO, Rt - радиус мембраны при температуре to, t соответственно;RO, Rt — membrane radius at temperatures to, t, respectively;
he, ht-толщина мембраны притемпера- 1с . тУРе to. t соответственно;he, ht-thickness of the membrane of the pre-temperature is 1 s. TOUR TO. t respectively;
ЕО, Et - модуль упругости материала мембраны при температуре to, t соответственно .ЕО, Et is the elastic modulus of the membrane material at temperatures to, t, respectively.
RoRo
Q Q
RR
жцJ C
(17)(17)
- радиус жесткого центра; - radius of the hard center;
Цо , коэффициент Пуассона материала мембраны при температуре to, t, соответственно .Tso, Poisson's ratio of the membrane material at temperatures to, t, respectively.
Cxpt ЈоCxpt Јо
do - do -
.. ° Yдм v. /- , (12) 25 . ак как величина С вл етс отношением.. ° YDM v. / -, (12) 25. as the value of C is the ratio
0 t радиусов мембраны и жесткого центра, то0 t the radii of the membrane and the hard center, then
где Wo , Wot - прогибы жесткого центратермические расширени мембраны и жеспод воздействием измер емого давлени ткого ЧентРа взаимно компенсируютс заwhere Wo, Wot are the deflections of the rigid central thermal expansion of the membrane and the hemp under the influence of the measured pressure of the centra are mutually compensated for
при температуре to и t соответственно. счет их отношени /а величина козффициен|ЧП- та Пуассона в квадрате мала по сравнению В соответствии с (Пономарев С:Д„ Анд- |ои; с 1§ МОЖно сделать вывод:at temperatures to and t, respectively. due to their ratio / a, the value is kozffitsien | Poisson's PoE and squared is small in comparison with (Ponomarev S: D „And- |
ЙЯ Л F ParUAT OnOhJICiLJTrkD л д д/- дNL F ParUAT OnOhJICiLJTrkD l d d / - d
реева Л.Е; Расчет упругих элементов ма-- шин и приборов, М., Машиностроение 1980, с.242) величины прогибов мембраны равныreeva L.E; Calculation of the elastic elements of machines and devices, M., Mechanical Engineering 1980, p.242) the values of the deflection of the membrane are
ТогдаThen
jr(ri -rf)(do - Ароjr (ri -rf) (do - aro
R4 КоR4 Co.
Р R
п ,3 to Поn, 3 to Po
Ар - Ar -
PRoPRo
Echo (13)Echo (13)
1010
nn
RO, Rt - радиус мембраны при температуре to, t соответственно;RO, Rt — membrane radius at temperatures to, t, respectively;
he, ht-толщина мембраны притемпера- 1с . тУРе to. t соответственно;he, ht-thickness of the membrane of the pre-temperature is 1 s. TOUR TO. t respectively;
ЕО, Et - модуль упругости материала мембраны при температуре to, t соответственно .ЕО, Et is the elastic modulus of the membrane material at temperatures to, t, respectively.
RoRo
Q Q
RR
жцJ C
(17)(17)
- радиус жесткого центра; - radius of the hard center;
Цо , коэффициент Пуассона материала мембраны при температуре to, t, соответственно .Tso, Poisson's ratio of the membrane material at temperatures to, t, respectively.
ТогдаThen
..
toto
jr(ri -rf)(do - Ароjr (ri -rf) (do - aro
R4 КоR4 Co.
Р R
п ,3 to Поn, 3 to Po
do Јо Л Гоdo Јo l go
(19)(nineteen)
otot
CxptCxpt
e07r()(1+aMAt)(1+abAt)-Apo 1 Ер ( 1 +РМ At )hpe07r () (1 + aMAt) (1 + abAt) -Apo 1 Ep (1 + PM At) hp
do ( 1 + ) Ј0 л:ri ( 1 + Ом At )2do (1 +) Ј0 L: ri (1 + Ohm At) 2
Приравн в два последних выражени , пол учим:Equated in the last two expressions, we learn sex:
(-)(d0-Apo -) (rS-)do(l+a.At)-Apo R;0+g Jl(-) (d0-Apo -) (rS-) do (l + a.At) -Apo R; 0 + g Jl
E0hE0h
do Гпdo GP
о По about Po
Ео(1 +j3MAt)hgEo (1 + j3MAt) hg
do Го(1 +0в At )do Go (1 + 0v At)
do - Ароdo - aro
р -RQp -RQ
ЕО hoEO ho
Провед необходимые преобразовани получим:Having carried out the necessary transformations, we obtain:
-,4-,4
(1+aBAt)- d0-Apo- ido(1+aBAt)-Apo- lI-- LAJL}(23-l(1 + aBAt) - d0-Apo-ido (1 + aBAt) -Apo- lI-- LAJL} (23-l
-3 /-E0(1+/3MAt)ho- l -3 / -E0 (1 + / 3MAt) ho- l
E0hE0h
1 +ав At) -do +A1 + av At) -do + A
PO PO
P -RoP-ro
Eo hEo h
о Поabout Po
,3 , 3
(20)(twenty)
)do(l+a.At)-Apo R;0+g Jl) do (l + a.At) -Apo R; 0 + g Jl
Ео(1 +j3MAt)hgEo (1 + j3MAt) hg
do Го(1 +0в At )do Go (1 + 0v At)
н , , п д . .PftoQ +gMAt)n, n .PftoQ + gMAt)
d(i +aBAt)-Ap0- Eo(l +0MAt)hgd (i + aBAt) -Ap0- Eo (l + 0MAt) hg
hoho
1 +CteAt1 + CteAt
(21)(21)
(22)(22)
PRo(i +ДмДт),PRo (i + DMdt),
,. , 4 , д А Л.з1,. , 4, d A L.z1
E0(1 )ho.JE0 (1) ho.J
(24)(24)
i I tfi I tf
A ApoP Ho(l )lEoho ,--4A ApoP Ho (l) lEoho, - 4
- - П) - - P)
Fo( 1 f/JM At) ho ApoPRoFo (1 f / JM At) ho ApoPRo
1 + «M Л t1 + “M L t
ЛТLT
(26)(26)
На фиг.1 изображен предлагаемый емкостный датчик давлени ; на фиг,2 - место I на фиг,1.Figure 1 shows the proposed capacitive pressure sensor; in Fig.2 - place I in Fig.1.
Соотношени между размерами межэлектродного зазора, толщин электродов и размерами других элементов конструкции дл нагл дности изменены, Емкостный дат- чик давлени содержит мембрану 1, выполненную за одно целое с опорным основанием 2, круглый электрод 3, размещенный в центре мембраны, и кольцевой электрод 4, расположенный на опорном ос- новании, закрепленную с зазором на опорном основании пластину 5 с ответными электродами 6 и 7, выводные проводники 8, частично располох енные между опорным основанием и пластиной. Характеристики элементов конструкции св заны за вл емым соотношением. При выполнении мембраны и опорного основани из сплава 70НХБМЮ( амThe relationship between the dimensions of the interelectrode gap, the thickness of the electrodes and the dimensions of other structural elements for pressure has been changed. The capacitive pressure sensor contains a membrane 1 made integral with the supporting base 2, a circular electrode 3 located in the center of the membrane, and a ring electrode 4. located on a support base, a plate 5 fixed with a gap on the support base with response electrodes 6 and 7, lead conductors 8 partially located between the support base and the plate. The characteristics of structural elements are related by the claimed ratio. When performing the membrane and the support base of the alloy 70NHBMYu (am
13-К) -300-10 ь°С 1)и At 600°C,t 0, . Дл обеспечени столь малого значени ТКЛР выводов они выполн ютс из плоских кварцевых полосок толщиной 40 мкм, покрытых с обеих поверхностей пленкой никел толщиной 0,5 мкм. К контактам гермо- переходника выводы припаиваютс специ- альным припоем. Соотношение толщины кварцевых и никелевых пленок при необходимости обеспечиваетс требуемым ТКЛР выводов.13-K) -300-10 ° C 1) and At 600 ° C, t 0,. To ensure such a low TEC value, they are made of 40 micron thick quartz strips coated on both surfaces with a 0.5 micron nickel film. The conclusions are soldered to the contacts of the germanium adapter with a special solder. The ratio of the thicknesses of quartz and nickel films, if necessary, is ensured by the required TECL of the leads.
За вл емый датчик работает следую- щим образом, Измер емое давление воздействует на мембрану. Под воздействием измер емого давлени круглый электрод, расположенный в центре мембраны, перемещаетс к ответному электроду 6 пласти- ны. Вследствие этого емкость измерительного конденсатора, образованного этими (3 и 6) электродами, увеличиваетс . Емкость опорного конденсатора, образованного электродом 4, расположен- ным на опорном основании, и ответным электродом 7 пластины, не зависит от величины измер емого давлени вследствие существенно большей жесткости опорного основани по сравнению с жесткостью мем- брзны. Значени измерительной и опорнойThe inventive sensor operates as follows. The measured pressure acts on the membrane. Under the influence of the measured pressure, the circular electrode located in the center of the membrane moves to the return electrode 6 of the plate. As a result, the capacitance of the measuring capacitor formed by these (3 and 6) electrodes increases. The capacitance of the reference capacitor formed by the electrode 4 located on the supporting base and the response electrode 7 of the plate does not depend on the magnitude of the measured pressure due to the significantly greater rigidity of the support base compared to the rigidity of the membrane. Measuring and reference values
емкостей поступают через гермоконтакти ч в нормирующее устройство (на фиг 1 не по казан), которое формирует выходной cni- нал, завис щий от отношени значений опорной емкости к измерительной емкостиcapacitances are supplied through the pressure-contacting device to a normalizing device (not shown in Fig. 1), which forms an output signal depending on the ratio of the reference capacitance to the measuring capacitance
При работе датчика давлени при стационарной температуре, отличающейс от температуры нормальных климатических условий, например, при повышенной температуре , вследствие изменени модул упругости материала мембраны от температуры, емкость измерительного конденсатора под воздействием измерительного давлени буг дет отличатьс от емкости измерительного конденсатора при воздействии измер емого давлени при температуре нормальных климатических условий. Но вследствие подбора характеристик элементов конструкции выходной сигнал нормирующего устройства , сформированный по тому же алгоритму, что и дл нормальных климатических условий , не зависит от воздействующей температуры .When the pressure sensor is operated at a stationary temperature that is different from the temperature of normal climatic conditions, for example, at elevated temperature, due to a change in the elastic modulus of the membrane material from the temperature, the capacitance of the measuring capacitor under the influence of the measuring pressure can differ from the capacity of the measuring capacitor when the measured pressure is temperature of normal climatic conditions. But due to the selection of the characteristics of structural elements, the output signal of the normalizing device, formed according to the same algorithm as for normal climatic conditions, does not depend on the acting temperature.
Таким образом, преимуществом изобретени вл етс уменьшение мультипликативной температурной погрешности за счет компенсации изменени модул упругости материала мембраны от температуры термическим изменением размеров элементов конструкции, а также то, что уменьшение погрешности достигнуто без введени новых элементов конструкции.Thus, an advantage of the invention is the reduction of the multiplicative temperature error by compensating for the change in the modulus of elasticity of the membrane material from the temperature by thermally changing the dimensions of the structural elements, as well as the fact that the reduction in the error is achieved without introducing new structural elements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914920817A RU1778577C (en) | 1991-03-21 | 1991-03-21 | Capacitive pressure pickup |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914920817A RU1778577C (en) | 1991-03-21 | 1991-03-21 | Capacitive pressure pickup |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1778577C true RU1778577C (en) | 1992-11-30 |
Family
ID=21565973
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU914920817A RU1778577C (en) | 1991-03-21 | 1991-03-21 | Capacitive pressure pickup |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1778577C (en) |
-
1991
- 1991-03-21 RU SU914920817A patent/RU1778577C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент US № 4562742, кл. G01 L9/12, 1985. Авторское свидетельство СССР № 1727009, кл. G 01 L 9/12, 1990. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2936286B2 (en) | Precision capacitive transducer circuit and method | |
US4016764A (en) | Temperature compensated, high resolution pressure transducer based on capacitance change principles | |
US5186054A (en) | Capacitive pressure sensor | |
US4523474A (en) | Capacitive pressure sensor | |
US4924701A (en) | Pressure measurement system | |
KR100390307B1 (en) | Sensor Signal Processing Apparatus | |
CN1129980A (en) | Capacitive pressure sensor | |
JPS6356935B2 (en) | ||
US4691574A (en) | Capacitance transducer | |
EP0198018A1 (en) | Capacitive sensing cell made of brittle material | |
US4741214A (en) | Capacitive transducer with static compensation | |
US3230763A (en) | Semiconductor pressure diaphragm | |
KR20040014204A (en) | Capacitive dynamic quantity sensor | |
RU1778577C (en) | Capacitive pressure pickup | |
Zhang et al. | A high-accuracy multi-element silicon barometric pressure sensor | |
US4458292A (en) | Multiple capacitor transducer | |
JPS6147371B2 (en) | ||
JPS5967437A (en) | Quartz vibrator pressure sensor | |
RU207514U1 (en) | Piezoelectric accelerometer | |
RU2014581C1 (en) | Pressure-measuring device | |
SU1755074A1 (en) | Apparatus for metering pressure | |
RU2024832C1 (en) | Variable-capacitance pressure transducer | |
Barucci et al. | Design and performance of an immersable low-temperature pressure gauge | |
RU2024830C1 (en) | Unit for measuring pressure | |
RU1818559C (en) | Capacitance pressure transducer |