RU1818556C - Датчик давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано при измерени х с повышенной точностью давлений в услови х воздействи  нестационарной температуры измер емой среды. В св зи с тем, что размеры резистивных элементов радиальных и окружных тензорези- сторов в направлении радиуса мембраны и опорного основани  одинаковы, а расположение и размеры всех резистивных элементов идентичны, то, несмотр  на нестационарный характер изменени  температуры , среднеинтегральна  температура элементов окружных и радиальных тензорезисторов, измен  сь со временем, будет одинакова в каждый момент времени. Это вызывает одинаковые изменени  сопротивлений , в результате в мостовой схеме измерени  температурна  погрешность компенсируетс . 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к датчикам, пред- назначенным дл  использовани  в различных област х науки и техники, св занных с измерением давлени  в услови х воздействи  нестационарной температуры измер емой среды (термоудара).

Целью изобретени   вл етс  повышение точности в услови х действи  термоудара и увеличение чувствительности.

На фиг.1 изображен общий вид датчика давлени ; на фиг.2 - место I на фиг,1; на фиг.З - место II на фиг.1. . .

Датчик давлени  содержит корпус 1, упругий элемент в виде круглой жесткоза- щемленной мембраны 2, выполненной за одно целое с опорным основанием 3, на которой расположены соединенные в мостовую схему тензорезисторы, размещенные по дуге окружности 4 и по радиусу мембраны 5.

Радиальные и окружные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединённых низкоомными перемычками 6 и равномерно размещенных на границе раздела 7 мембраны и опорного основани  элементов . Каждый элемент радиального тензорезистора (см.фиг.З) выполнен в виде последовательно соединенных на границе раздела мембраны и опорного основани  отрезка кольца 8, ограниченного с наружной стороны окружностью 9, равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основани , с внутренней стороны - границей раздела 7 мембраны и опорного основани , с боковых сторон-ломаной пр мой . Каждый тензоэлемент окружного тензорезистора (см.фиг.2) выполнен в виде параллельно соединенных по границе раздела мембраны и опорного основани  отрезка кольца 12, ограниченного с наружной стороны границей раздела мембраны и опбрного основани , с внутренней стороны- окружностью, расположенной на мембране и равноудаленной от границы раздела мембраны и опорного основани , с боковых стоел С

00

--А

00

сл

J01

о

рон-ломаной пр мой. Параметры тензоэле- ментов мембраны выбраны по представленным соотношени м.

Датчик давлени  работает следующим образом. При воздействии на мембрану давлени  в ней возникают радиальные и тангенциальные напр жени , которые привод т к по влению на планарной стороне мембраны радиальных Јг и тангенциальных ег деформаций.

В св зи с выбранной конфигурацией окружного тензорезистора (см.фиг.2) резистивный элемент окружного тензорезистора подвергаетс  воздействию раст гивающих тангенциальных деформаций, направленных вдоль длины резистора, и сжимающих радиальных деформаций, направленных перпендикул рно длине резистора . В результате воздействи  таких деформаций сопротивление резисторного квадрата окружного тензорезистора увеличитс . Вследствие аналогичных причин резистивный элемент радиального тензорезистора (.З) повергаетс  воздействию раст гивающих тангенциальных деформаций , направленных перпендикул рно длине резистора, и сжимающих радиальных деформаций , направленных вдоль длины резистора . В результате воздействи  таких деформаций сопротивление резистивного элемента радиального тензорезистора уменьшитс . В св зи с тем, что окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низко- омными перемычками и равномерно размещенных по границе раздела мембраны идентичных элементов, изменение сопротивлени  окружных и радиальных тензорезисторов будет равно сумме изменений сопротивлений соответствующих резистивных элементов, а изменени  сопротивлений соответствующих резистивных элементов равны между собой. Увеличение сопротивлений противоположно включенных окружных резисторов и уменьшение противоположно включенных радиальных резисторов преобразуютс  мостовой съемной в электрический сигнал, который поступает на выходные контакты датчика.

В св зи с тем, что сопротивлени  элементов тензорезисторов распределены по радиусу мембраны таким образом, что максимумы сопротивлений наход тс  на границе раздела мембраны и опорного основани , изменени  сопротивлений элементов тензорезисторов будут больше, чем если бы распределение величины сопротивлений было равномерным. Это св зано с тем, что при выбранной топологии основную роль в изменении сопротивлений играют радиальные деформации, как существенно превалирующие по величине над тангенциальными. При воздействии нестационарной температуры измер емой среды (термоудара) вследствие различных термических сопротивлений сравнительно тонкой мембраны и массивного опорного основани  на мембране возникает неравномерное

0 поле температур, В св зи с тем, что размеры резистивных элементов радиальных и окружных тензорезисторов в направлении радиуса мембраны и опорного основани  одинаковы, и расположение и размеры всех

5 резистивных элементов идентичны, то, несмотр  на нестационарный характер изменени  температуры на планарной стороне мембраны, среднеинтегральна  температура элементов окружных и радиальных тен0 зорезисторов, измен  сь со временем, будет одинакова в каждый конкретный момент времени. Одинакова  температура радиальных и окружных тензорезисторов в каждый конкретный момент времени вызы5 вает одинаковые изменени  сопротивлений тензорезисторов, которые вследствие включени  тензорезисторов в мостовую схему взаимно компенсируютс . Полбжительную роль также играет минимальна  скорость

-0 изменени  температуры в зонах установки тензорезисторов. В св зи с тем, что сопротивлени  элементов тензорезисторов распределены по радиусу мембраны таким образом, что максимумы сопротивлений на-,

5 ход тс  на границе раздела мембраны и опорного основани , то изменение сопротивлений элементов тензорезисторов от изменени  температуры при термоударе будет существенно уменьшено по сравне0 нию с равномерным распределением сопротивлений -элементов по радиусу мембраны. Это св зано с тем, что в случае расположени  максимума сопротивлений элементов радиальных тензорезисторов на

5, одинаковом рассто нии по радиусу мембраны с расположением максимума сопротивлений элементов окружных тензорезисторов, а именно на границе раздела мембраны и опорного основани , большие части сопротивле0 ний элементов этих тензорезисторов будут находитьс  в полностью идентичных температурных услови х.

Технико-экономическим преимуществом датчика давлени   вл етс  повышение

Claims (1)

1. 5 точности в услови х воздействи  нестационарной температуры измер емой среды за счет полной идентичности температуры и ее изменени  при термоударе в зоне размещени  радиальных и окружных тензорезисторов , а также повышение чувствительности за счет размещени  радиальных и окружных тензорезисторов в зоне максимального изменени  радиальных деформаций за счет размещени  максимума сопротивлени  элемента в зоне максимального изменени  де- формаций и за счет суммировани  воздействи  радиальных и тангенциальных деформаций. Из-за увеличени  чувствительности становитс  возможным при тех же самых конструктивных размерах изготавливать датчики давлени  на меньшие пределы измерени . Преимуществом конструкции  вл етс  также возможность существенного улучшени  габаритно-массовых характеристик за счет освобождени  центральной части мембраны от тензорезисторов. Формула изобретени  Датчик давлени , содержащий корпус, мембрану радиуса г0 и толщиной Н с утолщенным периферийным основанием и закрепленные на планарной стороне мембраны и соединенные низкоомными перемычками в измерительную мостовую схему окружные и радиальные тензорези- сторы, каждый из которых выполнен в виде множества тензоэлементов, соединенных последовательно между собой другими низ- коймными перемычками, при этом каждый тензоэлемент выполнен в виде отрезка кольца, внешн   дуга которого расположена на периферийном основании по окружности радиуса п, а внутренн   дуга - на

   мембране окружности радиуса г, причем дуги равноудалены от окружности радиусу г0, а радиусы п и п выбраны из соотношений п г0 + 0.5Н, га 0,8г0. отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности в услови х действи  термоудара и увеличени  чувствительности, в нем длина внешней дуги тензоэлемента равна длине внутренней дуги, при этом кажда  бокова  сторона

   теноэлемента выполнена в виде ломаной пр мой, образованной двум  пр мыми отрезками, которые соединены в точке, расположенной на окружности г0, причем пр мые отрезки боковых сторон окружного

   тензоэлемента, расположенные на мембране , направлены по соответствующим лучам центрального угла Qi, который определен из соотношени 

   Qi 2arcsln

   Lo

   2Г2

   а пр мые отрезки боковых сторон радиального тензоэлемента, расположенные на периферийном основании, направлены по соответствующим лучам центрального угла Q2 который определен из соотношени  U

   Q2 2arcsin

   2г0

   где U - минимально допустимое рассто - ние между концами дуг окружного тензоэлемента и точками соединени  отрезков пр мых боковых сторон радиального тензоэлемента .

   ЖШ$ШШ$ШШ$Ж$

   {ШЯЯХХЯЯЯХ ЯЯ/Х

   . - Т.-П-1ПШ1. J LJ - - - |.| /S/

   2га

   Место I ig,

   11