RU1796934C

RU1796934C - Capacitive differential-pressure gage

Info

Publication number: RU1796934C
Application number: SU914926262A
Authority: RU
Inventors: Валерий Михайлович Артемов; Эдуард Алексеевич Кудряшов; Вячеслав Степанович Моисейченко; Дисан Васильевич Лебедев
Original assignee: Ленинградский государственный технический университет
Priority date: 1991-02-06
Filing date: 1991-02-06
Publication date: 1993-02-23

Abstract

Изобретение относитс к приборостроению и может быть использовано дл точного измерени давлени и перепада давлений. Цель изобретени : повышение чувствительности и надёжности, упрощение конструкции дифманометра. Сущность изобретени : емкостный дифманометр содержит корпус 1 с входными штуцерами, центральную опорную пластину-перегородку 3, измерительные мембраны 2 с двух стоThe invention relates to instrumentation and can be used to accurately measure pressure and differential pressure. The purpose of the invention: increasing sensitivity and reliability, simplifying the design of the differential pressure gauge. SUMMARY OF THE INVENTION: a capacitive differential pressure gauge comprises a housing 1 with inlet fittings, a central support plate 3, measuring membranes 2 with two hundred

Description

рон от опорной пластины 3 с жестким соединительным стержнем 5, подвижные электроды б, 7 емкостного датчика перемещени на измерительных мембранах 2 и неподвижные электроды 8, 9 на опорной пластине 3. Особенностью дифманометра вл етс то, что в нем по оси расположени штуцеров в опорной пластине выполнено центральное отверстие, а измерительные мембраны выполнены с двухступенчатыми упорами, причем первые ступени 5 упоров меньшего диаметра расположены в центральном отверстии опорной пластины, а вторые ступени 4 упоров большего диаметра расположены в области рабочих зазоров емкостных датчиковthe distance from the support plate 3 with a rigid connecting rod 5, the movable electrodes b, 7 of the capacitive displacement sensor on the measuring membranes 2 and the stationary electrodes 8, 9 on the support plate 3. A feature of the differential pressure gauge is that it has an axis of fittings in the support plate a central hole is made, and the measuring membranes are made with two-stage stops, with the first stages of 5 stops of a smaller diameter located in the central hole of the base plate, and the second stages of 4 stops of a larger diameter put in capacitive sensors working gap

перемещени по краю центрального отверсти , В каждой мембране 2 между центральной ее частью и периферийной могут быть дополнительно выполнены двухступенчатые упоры 4, 5, а в опорной пластине 3 - отверсти дл них. Датчики перемещени обеих мембран 2 могут быть включены в обратные св зи операционных усилителей 10, 11 активных емкостных делителей напр жени , выходы которых соединены с входами разностного устройства 13. Положительный эффект: повышенна надежность при воздействии одностороннего давлени , возможность точного измерени давлени и перепада давлени . 2 з.п.ф-лы, 1 ил.moving along the edge of the central hole. In each membrane 2 between its central part and the peripheral, two-stage stops 4, 5 can be additionally made, and holes for them in the supporting plate 3. The displacement sensors of both membranes 2 can be included in the feedback of the operational amplifiers 10, 11 of the active capacitive voltage dividers, the outputs of which are connected to the inputs of the differential device 13. Positive effect: increased reliability under the influence of one-way pressure, the ability to accurately measure pressure and differential pressure. 2 C.p. f-ls, 1 ill.

Изобретение относитс к приборостроению и может быть использовано дл точно- го измерени давлени и перепада давлений.The invention relates to instrumentation and can be used to accurately measure pressure and differential pressure.

Известен емкостный дифманометр с двум взаимосв занными через упоры измерительными мембранами.A capacitive differential pressure gauge is known with two measuring membranes interconnected via stops.

Наиболее близким к изобретению вл етс емкостный дифманометр, содержащий корпус с двум входными штуцерами давлений , центральную опорную пластину-перегородку , две измерительные мембраны с двух сторон от опорной пластины с жестким соединительным стержнем:, подвижные электроды емкостного датчика перемещени на измерительных мембранах и неподвижные электроды на опорной пластине. Недостатком известного устройства вл етс низка чувствительность, поскольку по соображени м прочности радиус свободной (вне штока) зоны мембран приходитс уменьшать, либо увеличивать толщину свободной зоны мембран. Чувствительность может быть повышена путем использовани многоштоковой св зи между мембранами, однако, така конструкци требует строгой идентичности штоков, что резко усложн ет конструкцию.Closest to the invention is a capacitive differential pressure gauge comprising a housing with two inlet pressure fittings, a central support plate-partition, two measuring membranes on both sides of the supporting plate with a rigid connecting rod: movable electrodes of the capacitive displacement sensor on the measuring membranes and stationary electrodes on base plate. A disadvantage of the known device is its low sensitivity, since for reasons of strength the radius of the free (outside the stem) zone of the membranes must be reduced or the thickness of the free zone of the membranes increased. Sensitivity can be enhanced by the use of multi-pin coupling between membranes, however, such a design requires strict identity of the rods, which greatly complicates the design.

Цель изобретени - повышение надежности при воздействии одностороннего давлени и упрощение конструкции дифманометра.The purpose of the invention is to increase reliability when exposed to one-way pressure and simplify the design of the differential pressure gauge.

Цель достигаетс тем, что в емкостном дифманометре по оси расположени штуцеров давлений в опорной пластине выполнено центральное отверстие, а измерительные мембраны выполнены с двухступенчатыми упорами, причем первые ступени упоров меньшего диаметра расположены в центральном отверстии опорнойThe goal is achieved in that in the capacitive differential pressure gauge along the axis of the pressure fittings in the base plate, a central hole is made, and the measuring membranes are made with two-stage stops, with the first stages of the smaller stops being located in the central hole of the support

пластины, а вторые ступени упоров большего диаметра расположены в области рабочих зазоров емкостных датчиков перемещени по краю центрального отверсти .the plates, and the second stages of the larger diameter stops are located in the region of the working gaps of the capacitive displacement sensors along the edge of the central hole.

Дл повышени чувствительности (при изменении малых перепадов давлений) в каждой мембране между центральной ее частью и периферийной могут быть дополнительно выполнены симметрично расположенные двухступенчатые упоры, а в опорной пластине - отверсти дл них. Дл расширени функциональных возможностей путем измерени статических односторонних давлений и перепадов давлени ,In order to increase the sensitivity (when changing small pressure drops), in each membrane between its central part and peripheral, two-stage stops can be additionally arranged symmetrically, and holes for them in the base plate. To expand functionality by measuring static one-way pressures and pressure drops,

емкостные датчики перемещени обеих мембран могут быть включены в обратные св зи операционных усилителей активных емкостных делителей напр жени , выходы которых соединены с входами разностногоcapacitive displacement sensors of both membranes can be included in the feedback of operational amplifiers of active capacitive voltage dividers, the outputs of which are connected to the inputs of the differential

устройства.devices.

На чертеже изображен предлагаемый дифманометр,The drawing shows the proposed differential pressure gauge,

Емкостный дифманометр содержит две крышки 1 с входными штуцерами давленийThe capacitive differential pressure gauge contains two covers 1 with pressure inlet fittings

PI и PZ, две идентичные измерительные мембраны 2, разделенные перегородкой - опорной пластиной 3. На мембранах 2 выполнены двухступенчатые упоры: со ступенькой защиты 4 большего диаметра и сPI and PZ, two identical measuring membranes 2, separated by a partition - a supporting plate 3. Two membranes are made on the membranes 2: with a protection step 4 of larger diameter and with

опорной ступенькой 5 меньшего диаметра. Между упорами на мембранах сформированы электроды б и 7 емкостного датчика прогиба мембран. В опорной пластине 3 выполнены сквозные отверсти , через которые проход т опорные ступеньки 5. На перегородке между отверсти ми, соответственно электродам б и 7, сформированы неподвижные электроды 8 и 9 емкостных датчиков перемещени мембран 2. Электроды б и 7 подключены ко входам операциейных усилителей 10 и 11, электроды 8 и 9 подключены к выходам усилителей 10 и 11. Выход генератора 12 пр моугольных импульсов , через опорные емкости Со подключен ко входам усилителей 10 и 11. Выходы усилителей 10 и 11 подключены ко входу разностного устройства 13.supporting step 5 of smaller diameter. Between the stops on the membranes, electrodes b and 7 of the capacitive membrane deflection sensor were formed. Through-holes are made in the base plate 3 through which the supporting steps 5 pass. On the partition between the holes, respectively, electrodes b and 7, fixed electrodes 8 and 9 of capacitive membrane displacement sensors 2 are formed. Electrodes b and 7 are connected to the inputs of operational amplifiers 10 and 11, electrodes 8 and 9 are connected to the outputs of amplifiers 10 and 11. The output of the rectangular pulse generator 12 is connected through inputs to the inputs of amplifiers 10 and 11. The outputs of amplifiers 10 and 11 are connected to the input of difference device 13.

Работа дифманометра осуществл етс следующим образом. При отсутствии давлений (Pi Ра 0), мембраны 2 относительно пластины 3 расположены симметрично, а торцы опорных ступенек упоров наход тс в контакте друг с другом, при этом, емкости между электродами 6 и 8 и между электродами 7 и 9 равны между собой. Выходные напр жени усилителей 10 и 11, при этом, равны между собой и разность их равна нулю. При наличии давлений Pi и Ра и их равенстве, упоры по-прежнему в контакте, и мембраны, соединенные вместе, располо- жены симметрично относительно опорной пластины. Межупорные области мембран прогибаютс , емкости между электродамиThe operation of the differential pressure gauge is as follows. In the absence of pressures (Pi Pa 0), the membranes 2 are symmetrically positioned relative to the plate 3, and the ends of the support steps of the stops are in contact with each other, while the capacitance between the electrodes 6 and 8 and between the electrodes 7 and 9 are equal to each other. The output voltages of amplifiers 10 and 11 are equal to each other and their difference is zero. In the presence of pressures Pi and Pa and their equality, the stops are still in contact, and the membranes connected together are located symmetrically with respect to the support plate. The interstitial areas of the membranes bend, the capacitance between the electrodes

Claims

Formula 1, A capacitive differential pressure gauge comprising a housing with two pressure inlets, a central baffle plate, two measuring membranes on both sides of the base plate with a rigid connecting rod, movable electrodes of the capacitive displacement sensor on the measuring membranes and stationary electrodes on the base plate, characterized in that, in order to increase reliability when exposed to one-sided pressure and simplify the design, therein along the axis of the pressure fittings in the support plate The central hole is made in Astin and the measuring membranes are made with two-stage stops, with the first stages of the stops of smaller diameter located in the central hole of the base plate, and the second stages of the stops grow larger, but remain the same, the output signal of the differential device is zero, which indicates the absence of a pressure differential. With Pi not equal to P2. under the influence of the pressure difference acting on a single membrane unit of two rigidly connected through the stops of the membranes 2, the membranes are shifted towards lower pressure, one of the containers increases and the other decreases. The output voltage of the differential device 13 is proportional to the deflection of the membranes or the measured pressure drop. Elements of the described capacitive differential pressure gauge can be manufactured on the basis of group microintegration technology by chemical etching of silicon with high accuracy in setting the sizes of stops, holes and gaps using photo masks. The described construction is highly reliable when exposed to one-sided pressure and provides accurate measurement of pressure and differential pressure.

diameters are located in the region of the working clearances of the capacitive displacement sensors along the edge of the central hole.

2. The differential pressure gauge according to claim 1, characterized in that, in order to measure small pressure differences by increasing the sensitivity, symmetrically arranged two-stage stops are additionally made in each membrane between its central part and peripheral, and holes for them are provided in the base plate.

3. The differential pressure gauge according to claim 1, with the exception that, in order to expand functionality by measuring static one-sided pressures and pressure drops, capacitive displacement sensors of both membranes are included in the feedback of operational amplifiers active capacitive voltage dividers, the outputs of which are connected to the inputs of the difference device.