RU2010197C1 - Pressure transducer - Google Patents

Pressure transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2010197C1
RU2010197C1 SU4926604A RU2010197C1 RU 2010197 C1 RU2010197 C1 RU 2010197C1 SU 4926604 A SU4926604 A SU 4926604A RU 2010197 C1 RU2010197 C1 RU 2010197C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
sleeve
temperature
radius
center
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Е.М. Белозубов
Original Assignee
Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт физических измерений filed Critical Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority to SU4926604 priority Critical patent/RU2010197C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2010197C1 publication Critical patent/RU2010197C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: pressure transducer has vacuum-treated body, membrane with elastic center fabricated integral with cylindrical bearing base with formation of peripheral cantilever section, disc installed with clearance with respect to membrane with the aid of spacers located over periphery of cantilever section and capacitive deformation converter built in the form of two pairs of opposed electrodes placed in center and over undeformed part of membrane. Pressure transducer is supplemented with additional bushing made fast with opposite faces to bearing base and cantilever section. Coefficient of linear expansion of material of bushing is not equal to that of material of bearing base and membrane and elements of structure are manufactured in accordance with relations specified in description of invention. EFFECT: reduced temperature error thanks to compensation for thermal changes of geometrical dimensions, elements of structure and change of modulus of elasticity of membrane with change of temperature. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в датчиках для измерения статического и динамического давлений жидких и газообразных сред. The invention relates to measuring technique and can be used in sensors for measuring static and dynamic pressures of liquid and gaseous media.

Известен датчик давления, содержащий вакуумированный корпус с цилиндрическим опорным основанием, мембрану с жестким центром, закрепленную на опорном основании с образованием консольного периферийного участка, толщиной, равной мембране, соединенный с корпусом при помощи штока диск, закрепленный на мембране при помощи прокладки, толщиной, равной зазору между диском и мембраной, и емкостный преобразователь деформации, выполненный в виде двух противолежащих электродов, расположенных по центру и на периферии мембраны и диска [1] . A known pressure sensor containing a vacuum housing with a cylindrical support base, a membrane with a rigid center, mounted on the support base with the formation of the cantilever peripheral section, a thickness equal to the membrane, a disk connected to the housing using the rod, mounted on the membrane using a gasket, a thickness equal to the gap between the disk and the membrane, and a capacitive strain transducer made in the form of two opposite electrodes located in the center and on the periphery of the membrane and disk [1].

Недостатком известной конструкции является большая температурная погрешность, связанная с воздействием термических деформаций штока и корпуса на величину межэлектродного зазора. Это связано с тем, что размеры штока и корпуса существенно на 2-3 порядка больше размера межэлектродного зазора. Поэтому даже при сравнительно небольшом изменении температуры термические деформации штока и корпуса существенно (на 2-3 порядка, в случае выполнения прокладки штока и корпуса из одного материала) превышают термические деформации прокладки. Разница термических деформаций штока, корпуса и прокладки приводит, к пропорциональному паразитному изменению межэлектродных зазоров емкостного преобразователя, а следовательно, и к появлению дополнительной температурной погрешности. A disadvantage of the known design is the large temperature error associated with the effect of thermal deformations of the rod and body on the magnitude of the interelectrode gap. This is due to the fact that the dimensions of the rod and body are significantly 2–3 orders of magnitude larger than the interelectrode gap size. Therefore, even with a relatively small change in temperature, the thermal deformations of the rod and the casing significantly (by 2-3 orders of magnitude, in the case of the rod and casing being made of the same material) exceed the thermal deformations of the gasket. The difference in thermal deformations of the rod, body and gasket leads to a proportional parasitic change in the interelectrode gaps of the capacitive transducer, and, consequently, to the appearance of an additional temperature error.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является датчик давления, содержащий вакуумированный корпус, мембрану с жестким центром, выполненную за одно целое с опорным основанием с образованием периферийного консольного участка, диск, расположенный с зазором относительно мембраны, установочные прокладки, расположенные на периферии консольного участка, и емкостный преобразователь деформаций, выполненный в виде двух пар противолежащих электродов, расположенных по центру и на недеформируемой части мембраны и диска [2] . The closest in technical essence to the proposed design is a pressure sensor containing a vacuum housing, a membrane with a rigid center, made in one piece with the support base with the formation of the peripheral cantilever section, a disk located with a gap relative to the membrane, installation gaskets located on the periphery of the cantilever section , and a capacitive strain transducer made in the form of two pairs of opposite electrodes located in the center and on the non-deformable part of the membrane and action [2].

Недостатком известной конструкции является большая температурная погрешность, вызванная неэквивалентными термическими изменениями геометрических размеров элементов конструкции и модуля упругости материала мембраны от температуры. Термические изменения геометрических размеров различных элементов конструкции приводят к различному характеру изменения емкостей измерительного конденсатора, электроды которого расположены в центре мембраны и диска и эталонного конденсатора, электроды которого расположены на недеформируемой части мембраны и диска. Так, при увеличении температуры вследствие термического расширения мембраны емкость конденсаторов возрастает, а вследствие расширения прокладок и уменьшения модуля упругости материала мембраны с повышением температуры емкость конденсаторов уменьшается. При этом выходной сигнал с датчика, который пропорционален отношению эталонной емкости и измерительной, будет зависеть от температуры, что и свидетельствует о наличии температурной погрешности. A disadvantage of the known design is the large temperature error caused by nonequivalent thermal changes in the geometric dimensions of the structural elements and the elastic modulus of the membrane material from temperature. Thermal changes in the geometric dimensions of various structural elements lead to a different nature of the change in capacitance of the measuring capacitor, the electrodes of which are located in the center of the membrane and disk and the reference capacitor, the electrodes of which are located on the non-deformable part of the membrane and disk. So, with increasing temperature due to thermal expansion of the membrane, the capacitance of the capacitors increases, and due to the expansion of the gaskets and a decrease in the elastic modulus of the membrane material, the capacitance decreases with increasing temperature. In this case, the output signal from the sensor, which is proportional to the ratio of the reference capacitance and the measuring one, will depend on the temperature, which indicates the presence of a temperature error.

Изобретение направлено на уменьшение температурной погрешности. The invention is aimed at reducing the temperature error.

Согласно изобретению, в датчике давления, содержащем вакуумированный корпус, мембрану с жестким центром, выполненную за одно целое с цилиндрическим опорным основанием с образованием периферийного консольного участка, диск, установленный с зазором относительно мембраны с помощью установочных прокладок, расположенных на периферии консольного участка, и емкостный преобразователь деформаций, выполненный в виде двух пар противолежащих электродов, расположенных по центру и на недеформируемой части соответственно мембраны и диска, в него введена дополнительная втулка, жестко закрепленная противолежащими торцами на опорном основании и консольном участке соответственно, причем температурный коэффициент линейного расширения материала втулки α в не равен температурному коэффициенту линейного расширения материала мембраны α у, высота Lв втулки и толщина hк консольного участка мембраны определены из соотношений:
Lв=

Figure 00000001
,
hк≅
Figure 00000002
,
hк≅
Figure 00000003
, где
Aθ=
Figure 00000004
·
Figure 00000005
-
Figure 00000006
;
BθH=
Figure 00000007
;
BθB=
Figure 00000008
·
Figure 00000009
;
do - толщина установочной прокладки;
αn - ТКЛР материала установочной прокладки;
β - температурный коэффициент модуля упругости (ТКМУ) материала мембраны;
μк - коэффициент Пуассона материала мембраны;
Δ t - диапазон рабочих температур;
rвн - наружный радиус втулки;
rвв - внутренний радиус втулки;
Cк=
Figure 00000010
;
Rк - радиус консольного участка мембраны;
rок - радиус опорного основания. Обоснование заявляемых соотношений приведем следующим образом. Емкость эталонного конденсатора при температуре to равна
Co=
Figure 00000011
(1)
Емкость эталонного конденсатора при температуре t равна
Cot=
Figure 00000012
(2)
Емкость измерительного конденсатора при температуре tо равна
Cx=
Figure 00000013
(3)
Емкость измерительного конденсатора при температуре t равна
Cxt= εo
Figure 00000014
, (4) где rо - радиус электрода измерительного конденсатора;
r2, r1 - наружный и внутренний радиусы электрода эталонного конденсатора;
Δ t = t - to
Тогда отношение емкостей эталонного и измерительного конденсаторов при температуре to равно
Figure 00000015
=
Figure 00000016
(5)
А отношение емкостей эталонного и измерительного конденсаторов при температуре t равно
Figure 00000017
=
Figure 00000018
, (6) т. е.According to the invention, in a pressure sensor comprising a evacuated housing, a rigid-center membrane integrally formed with a cylindrical support base to form a peripheral cantilever section, a disk mounted with a gap relative to the membrane by means of mounting spacers located on the periphery of the cantilever section, and capacitive strain transformer, made in the form of two pairs of opposite electrodes located in the center and on the undeformable part of the membrane and disk, respectively vedena additional sleeve rigidly fixed opposite ends on the support base and a cantilever portion, respectively, wherein the temperature coefficient of linear expansion of the material of the sleeve α a is not equal to the temperature coefficient of linear expansion of the membrane material α y, the height L in the sleeve and the thickness h to the cantilevered portion of the membrane determined from the relations :
L in =
Figure 00000001
,
h to ≅
Figure 00000002
,
h to ≅
Figure 00000003
where
A θ =
Figure 00000004
·
Figure 00000005
-
Figure 00000006
;
B θH =
Figure 00000007
;
B θB =
Figure 00000008
·
Figure 00000009
;
d o - the thickness of the installation gasket;
α n - TECL of the installation gasket material;
β is the temperature coefficient of elastic modulus (TCMU) of the membrane material;
μ to - Poisson's ratio of the membrane material;
Δ t is the range of operating temperatures;
r vn is the outer radius of the sleeve;
r BB is the inner radius of the sleeve;
C to =
Figure 00000010
;
R to - the radius of the cantilever portion of the membrane;
r ok - the radius of the support base. The rationale for the claimed ratios is as follows. The capacity of the reference capacitor at a temperature t o equal
C o =
Figure 00000011
(1)
The capacitance of the reference capacitor at temperature t is
C ot =
Figure 00000012
(2)
The capacitance of the measuring capacitor at a temperature t about equal
C x =
Figure 00000013
(3)
The capacitance of the measuring capacitor at temperature t is
C xt = ε o
Figure 00000014
, (4) where r о is the radius of the electrode of the measuring capacitor;
r 2 , r 1 - the outer and inner radii of the electrode of the reference capacitor;
Δ t = t - t o
Then the ratio of the capacities of the reference and measuring capacitors at a temperature t o equal
Figure 00000015
=
Figure 00000016
(5)
And the ratio of the capacities of the reference and measuring capacitors at a temperature t is
Figure 00000017
=
Figure 00000018
, (6) i.e.

Figure 00000019
=
Figure 00000020
(7) или отношение емкостей эталонного и измерительного конденсаторов без воздействия давления не зависит от температуры, что говорит о равенстве нуля аддитивной температурной погрешности.
Figure 00000019
=
Figure 00000020
(7) or the ratio of the capacities of the reference and measuring capacitors without pressure is independent of temperature, which indicates the equality of zero of the additive temperature error.

Для обеспечения нулевого значения мультипликативной температурной погрешности необходимо

Figure 00000021
=
Figure 00000022
, (8) где Схр, Схрt - емкость измерительного конденсатора при воздействии измерительного давления и температуры t.To ensure a zero value of the multiplicative temperature error, it is necessary
Figure 00000021
=
Figure 00000022
(8) where C xp, C hrt - capacitance of the measuring capacitor when subjected to the measurement of pressure and temperature t.

Емкости измерительного конденсатора при воздействии измеряемого давления равны
Cxp= εo

Figure 00000023
, (9)
Cxpt=
Figure 00000024
, (10) где ωo, ωot - прогибы жесткого центра под воздействием измеряемого давления при температурах to и t, соответственно.The capacitance of the measuring capacitor when exposed to the measured pressure is equal
C xp = ε o
Figure 00000023
, (9)
C xpt =
Figure 00000024
, (10) where ω o , ω ot are the deflections of the rigid center under the influence of the measured pressure at temperatures t o and t, respectively.

В соответствии с известной литературой (Пономарев С. Д. Расчет упругих элементов машин и приборов. М. : Машиностроение, 1980, с. 242) величина прогибов мембраны равна
ωo= Apo

Figure 00000025
, (11)
ωot= Apt
Figure 00000026
, (12) где
Apo=
Figure 00000027
·
Figure 00000028
, (13)
Apt=
Figure 00000029
·
Figure 00000030
, (14)
Ro, Rt - радиус мембраны при температуры to, t соответственно;
ho, ht - толщина мембраны при температуре to, t соответственно;
Eo, Et - модуль упругости материала мембраны при температуре to, t соответственно;
C =
Figure 00000031
,
Rжц - радиус жесткого центра;
μo, μt - коэффициент Пуассона материала мембраны при температуре to, t соответственно.In accordance with well-known literature (Ponomarev S. D. Calculation of the elastic elements of machines and devices. M.: Mechanical Engineering, 1980, p. 242) the magnitude of the deflection of the membrane is
ω o = A po
Figure 00000025
, (eleven)
ω ot = A pt
Figure 00000026
, (12) where
A po =
Figure 00000027
·
Figure 00000028
, (thirteen)
A pt =
Figure 00000029
·
Figure 00000030
, (14)
R o , R t is the radius of the membrane at a temperature t o , t, respectively;
h o , h t - membrane thickness at a temperature t o , t, respectively;
E o , E t is the elastic modulus of the membrane material at a temperature t o , t, respectively;
C =
Figure 00000031
,
R zh is the radius of the rigid center;
μ o , μ t - Poisson's ratio of the membrane material at a temperature t o , t, respectively.

Так как величина С является отношением радиусов мембраны и жесткого центра, то термические расширения мембраны и жесткого центра в выражении для С взаимно компенсируются за счет их деления. Учитывая, что величина коэффициента Пуанссона в квадрате не менее, чем на порядок меньше 1, можно со сравнительно небольшой погрешностью пренебречь температурным изменением коэффициента Пуассона. Since the value of C is the ratio of the radii of the membrane and the rigid center, the thermal expansions of the membrane and the rigid center in the expression for C are mutually compensated due to their division. Considering that the value of the Poisson's ratio squared is no less than an order of magnitude less than 1, we can neglect the temperature change in the Poisson's ratio with a relatively small error.

Или
Apo = Apt

Figure 00000032
Figure 00000033
Figure 00000034
, (15)
Figure 00000035
Figure 00000036
Figure 00000037
, (16) Приравнивая два последних выражения, получаем:
Figure 00000038
=
Figure 00000039
(17)
d 2 o (1+αnΔt+αвdo(αв-αy)Δt-ApoLв(αв-αy)Δt
Figure 00000040
- Apo
Figure 00000041
do(1+αnΔt) = d 2 o (1+αnΔt)+Lвdo(αв-αy)Δt-do×
× Apo
Figure 00000042
(18)
αв=
Figure 00000043
, (19)
αв=
Figure 00000044
(20)
После преобразований получаем
αв=
Figure 00000045
(21)
При выполнении прокладок из материала, аналогичного материалу мембраны, т. е. когда αn= αy и при βΔt≅1, можно пользоваться упрощенным соотношением:
αв=
Figure 00000046
(22)
Наибольшие напряжения на наружном и внутреннем контуре консольного участка в соответствии с известной литературой (Пономарев С. Д. , Андреева Л. Е. Расчет упругих элементов машин и приборов. М. : Машиностроение, 1980, с. 243)
σrн= BθН
Figure 00000047
, (23)
σrв= BθВ
Figure 00000048
(24)
Здесь коэффициенты
BθB=
Figure 00000049
·
Figure 00000050
, (25)
BθB=
Figure 00000051
·
Figure 00000052
, (26) где Ек - модуль упругости консольного участка;
hк - толщина консольного участка;
Rк - радиус консольного участка;
ω ок - прогиб консольного участка,
Cк=
Figure 00000053

rок - радиус опорного основания
Учитывая, что прогиб консольного участка равен
ωok= A
Figure 00000054
, (27) где Aθ=
Figure 00000055
-
Figure 00000056
-
Figure 00000057
, (28)
θ - усилие, действующее на консольный участок.Or
A po = A pt
Figure 00000032
Figure 00000033
Figure 00000034
, (fifteen)
Figure 00000035
Figure 00000036
Figure 00000037
, (16) Equating the last two expressions, we obtain:
Figure 00000038
=
Figure 00000039
(17)
d 2 o (1 + α n Δt + α in d o (α in -α y ) Δt-A po L in (α in -α y ) Δt
Figure 00000040
- A po
Figure 00000041
d o (1 + α n Δt) = d 2 o (1 + α n Δt) + L in d o (α in -α y ) Δt-d o ×
× A po
Figure 00000042
(eighteen)
α in =
Figure 00000043
, (nineteen)
α in =
Figure 00000044
(twenty)
After the transformations we get
α in =
Figure 00000045
(21)
When making gaskets from a material similar to the membrane material, i.e., when α n = α y and at βΔt≅1, a simplified ratio can be used:
α in =
Figure 00000046
(22)
The greatest stresses on the outer and inner contour of the cantilever section in accordance with the known literature (Ponomarev S. D., Andreeva L. E. Calculation of the elastic elements of machines and devices. M.: Mechanical Engineering, 1980, p. 243)
σ rn = B θH
Figure 00000047
, (23)
σ rв = B θВ
Figure 00000048
(24)
Here are the coefficients
B θB =
Figure 00000049
·
Figure 00000050
, (25)
B θB =
Figure 00000051
·
Figure 00000052
, (26) where Е к is the elastic modulus of the cantilever section;
h to - the thickness of the console section;
R to - the radius of the console section;
ω ok - the deflection of the console section,
C to =
Figure 00000053

r ok - radius of the base
Given that the deflection of the console section is equal to
ω ok = A
Figure 00000054
, (27) where A θ =
Figure 00000055
-
Figure 00000056
-
Figure 00000057
, (28)
θ is the force acting on the cantilever section.

Можно записать напряжения в консольном участке в виде
σrн=

Figure 00000058
; σrB=
Figure 00000059
(29)
Для устранения влияния деформаций втулки на величину деформации консольного участка необходимо, чтобы напряжения во втулке были не менее, чем на два порядка меньше напряжений в консольном участке, т. е.You can record the voltage in the console section as
σ rn =
Figure 00000058
; σ rB =
Figure 00000059
(29)
To eliminate the influence of sleeve deformations on the magnitude of the deformation of the cantilever section, it is necessary that the stresses in the sleeve be at least two orders of magnitude lower than the stresses in the cantilever section, i.e.

σв≅0,01σrн;
σв≅0,01˙σrв, напряжения во втулке равны
σв=

Figure 00000060
, (30) где rвн - наружный радиус втулки;
rвв - внутренний радиус втулки.σ in ≅0.01σ rn ;
σ in ≅0.01˙σ rv , the stresses in the sleeve are
σ in =
Figure 00000060
, (30) where r vn is the outer radius of the sleeve;
r BB is the inner radius of the sleeve.

Подставляя значения напряжений в неравенство, получаем

Figure 00000061
0,01
Figure 00000062
, (31)
Figure 00000063
0,01
Figure 00000064
(32)
Отсюда после преобразований получим
hк≅
Figure 00000065
, (33)
hк≅
Figure 00000066
(34)
На чертеже показана конструкция датчика давления. Соотношения размеров зазора и других элементов конструкции для наглядности изменены. Диэлектрическая пленка между электродами и другими элементами конструкции не показана.Substituting the stress values into the inequality, we obtain
Figure 00000061
0.01
Figure 00000062
, (31)
Figure 00000063
0.01
Figure 00000064
(32)
From here after the transformations we get
h to ≅
Figure 00000065
, (33)
h to ≅
Figure 00000066
(34)
The drawing shows the design of the pressure sensor. The ratio of the size of the gap and other structural elements for clarity changed. A dielectric film between the electrodes and other structural members is not shown.

Датчик давления содержит корпус 1, мембрану 2 с жестким центром 3, выполненную за одно целое с опорным основанием 4 с образованием периферийного консольного участка 5, диск 6, расположенный с зазором относительно мембраны, установочные прокладки 7, расположенные на периферии консольного участка. Емкостный преобразователь деформаций выполнен в виде двух пар противолежащих электродов 8, 9 и 10, 11, расположенных по центру и на недеформируемой части мембраны и диска соответственно. Дополнительная втулка 12 жестко закреплена противолежащими торцами на опорном основании и консольном участке соответственно. Температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) втулки не равен ТКЛР материала опорного основания и мембраны. Мембрана, опорное основание и консольный участок выполнены из сплава 70НХБМЮ, втулка - из сплава 12Х18Н10Т. Для удобства сборки втулка выполнена из двух полуколец. На мембрану и диск нанесен слой диэлектрика в виде композиции Al2O3-SiO2 общей толщиной 3 мкм. Электроды расположены на диэлектрике и выполнены из композиции ванадий-никель толщиной 1 мкм.The pressure sensor includes a housing 1, a membrane 2 with a rigid center 3, made in one piece with the support base 4 with the formation of the peripheral cantilever section 5, a disk 6 located with a gap relative to the membrane, installation gaskets 7 located on the periphery of the cantilever section. The capacitive strain transducer is made in the form of two pairs of opposite electrodes 8, 9 and 10, 11 located in the center and on the non-deformable part of the membrane and disk, respectively. The additional sleeve 12 is rigidly fixed by opposite ends on the support base and the cantilever section, respectively. The temperature coefficient of linear expansion (TEC) of the sleeve is not equal to the TEC of the material of the support base and membrane. The membrane, supporting base and cantilever section are made of 70NHBMYu alloy, the sleeve is made of 12X18H10T alloy. For ease of assembly, the sleeve is made of two half rings. A dielectric layer in the form of an Al 2 O 3 —SiO 2 composition with a total thickness of 3 μm is applied to the membrane and disk. The electrodes are located on a dielectric and are made of a vanadium-nickel composition with a thickness of 1 μm.

При do = 40 мкм, α у = 13·10-6 оС-1, β = -300·106 оС-1, α в = 18·10-6 оС-1, Δt= 300оС, Lв = 2650 мкм = 2,65 мм.When d o = 40 μm, α у = 13 · 10 -6 о С -1 , β = -300 · 10 6 о С -1 , α в = 18 · 10 -6 о С -1 , Δ t = 300 о C, L in = 2650 μm = 2.65 mm.

При rвн = 5 мм, rвв = 3,7 мм, Rк = 4,5 мм, rок = 3,5 мм, hк ≅ 0,2 мм, hк ≅ 0,22 мм.When r vn = 5 mm, r vv = 3.7 mm, R k = 4.5 mm, r ok = 3.5 mm, h k ≅ 0.2 mm, h k ≅ 0.22 mm.

Датчик давления работает следующим образом. При воздействии измеряемого давления центр 3 мембраны 2 перемещается в сторону диска 6. В результате этого емкость измерительного конденсатора увеличивается. Емкость эталонного конденсатора вследствие размещения его электрода на недеформируемой части мембраны не зависит от измеряемого давления. Поэтому, взяв отношение емкости эталонного конденсатора к емкости измерительного конденсатора, получим сигнал, зависящий от давления. При измерении рабочей температуры происходит термическое изменение размеров: радиусов жесткого центра 3, мембраны 2, толщин мембраны и прокладок, высоты втулки 12, а также модуля упругости материала мембраны 2. Вследствие неравенства ТКЛР втулки 12 ТКЛР материала мембраны консольный участок 5, жестко связанный с втулкой, поднимается или опускается относительно поверхности мембраны. В результате этого диск 6, а следовательно, и электроды, размещенные на нем, перемещаются относительно электродов измерительного и эталонного конденсаторов, расположенных на мембране, что приводит к изменению их емкостей. Вследствие выполнения элементов конструкции в соответствии с заявляемым соотношением высота втулки изменится ровно на столько, сколько необходимо для обеспечения независимости отношения емкостей эталонного и измерительного конденсаторов от температуры. The pressure sensor operates as follows. Under the influence of the measured pressure, the center 3 of the membrane 2 moves towards the disk 6. As a result, the capacitance of the measuring capacitor increases. The capacity of the reference capacitor due to the placement of its electrode on the non-deformable part of the membrane does not depend on the measured pressure. Therefore, taking the ratio of the capacitance of the reference capacitor to the capacitance of the measuring capacitor, we obtain a signal depending on the pressure. When measuring the operating temperature, thermal changes occur: the radii of the rigid center 3, the membrane 2, the thickness of the membrane and gaskets, the height of the sleeve 12, as well as the elastic modulus of the membrane material 2. Due to the inequality of the thermal expansion coefficient of the sleeve 12 of the thermal expansion coefficient of the membrane material, the cantilever section 5 is rigidly connected to the sleeve , rises or falls relative to the surface of the membrane. As a result of this, the disk 6, and therefore the electrodes placed on it, are moved relative to the electrodes of the measuring and reference capacitors located on the membrane, which leads to a change in their capacities. Due to the implementation of structural elements in accordance with the claimed ratio, the height of the sleeve will change exactly as much as necessary to ensure the independence of the ratio of the capacities of the reference and measuring capacitors from temperature.

Таким образом, преимуществом заявляемой конструкции является уменьшение аддитивной температурной погрешности и мультипликативной температурной погрешности за счет компенсации термических изменений размеров элементов конструкции и изменения модуля упругости материала мембраны от температуры. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1622788, кл. G 01 L 9/12, 1989. Thus, the advantage of the claimed design is to reduce the additive temperature error and the multiplicative temperature error by compensating for thermal changes in the size of structural elements and changes in the elastic modulus of the membrane material from temperature. (56) 1. USSR author's certificate N 1622788, cl. G 01 L 9/12, 1989.

2. Авторское свидетельство СССР N 1702196, кл. G 01 L 9/12, 1989. 2. Copyright certificate of the USSR N 1702196, cl. G 01 L 9/12, 1989.

Claims (1)

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ , содеpжащий вакуумиpованный коpпус, в котоpом pазмещены мембpана с жестким центpом, выполненная за одно целое с цилиндpическим опоpным основанием с обpазованием пеpифеpийного консольного участка, диск, установленный с зазоpом относительно мембpаны с помощью установочных пpокладок, pасположенных на пеpифеpии консольного участка, и емкостный пpеобpазователь дефоpмаций, выполненный в виде двух паp пpотиволежащих электpодов, pасположенных по центpу и на недефоpмиpуемой части соответственно мембpаны и диска, отличающийся тем, что, с целью уменьшения темпеpатуpной погpешности, в него введена втулка, жестко закpепленная пpотиволежащими тоpцами между консольным участком мембpаны и выполненным в опоpном основании тоpцевым участком, пpичем темпеpтуpный коэффициент линейного pасшиpения матеpиала втулки αвне pавен темпеpатуpному коэффициенту линейного pасшиpения (ТКЛР) матеpиала мембpаны αу , высота Lв втулки и толщина hк консольного участка мембpаны опpеделены из соотношений
Lв=
Figure 00000067
;
hк≅
Figure 00000068
;
hк≅
Figure 00000069
;
где Aθ=
Figure 00000070
·
Figure 00000071
-
Figure 00000072
;
Bθн=
Figure 00000073
;
BθB=
Figure 00000074
·
Figure 00000075
;
d0 - толщина установочной прокладки;
αп - ТКЛР материала установочной прокладки;
β - температурный коэффициент модуля упругости (ТКМУ) материала мембраны;
μк - коэффициент Пуассона материала мембраны;
Δt - диапазон рабочих температур;
rв.н. - наружный радиус втулки;
rв.в. - внутренний радиус втулки;
Cк = Rк / rо.к,
где Rк - радиус консольного участка мембраны;
rо.к - радиус опорного основания.PRESSURE SENSOR containing a vacuum enclosure in which a rigid-center membrane is placed, made in one piece with a cylindrical support base with the formation of a peripheral cantilever section, a disk installed with a gap relative to the membrane using mounting pads and mounting pads formations made in the form of two pairs of opposite electrodes located in the center and on the non-deformed part of the membrane and disk, respectively, characterized in that Strongly reducing THE TEMPERATURE errors of, it is introduced sleeve rigidly zakpeplennaya ppotivolezhaschimi toptsami between cantilever portion membpany and formed in opopnom basis toptsevym portion ppichem tempeptupny coefficient of linear passhipeniya matepiala sleeve α in non paven THE TEMPERATURE coefficient of linear passhipeniya (CTE) matepiala membpany α y, altitude L in the bushings and the thickness h to the cantilever portion of the membrane are determined from the relations
L in =
Figure 00000067
;
h to ≅
Figure 00000068
;
h to ≅
Figure 00000069
;
where A θ =
Figure 00000070
·
Figure 00000071
-
Figure 00000072
;
B θн =
Figure 00000073
;
B θB =
Figure 00000074
·
Figure 00000075
;
d 0 is the thickness of the installation gasket;
α p - thermal expansion coefficient of the installation gasket material;
β is the temperature coefficient of elastic modulus (TCMU) of the membrane material;
μ to - Poisson's ratio of the membrane material;
Δt is the range of operating temperatures;
r V.N. - outer radius of the sleeve;
r century - inner radius of the sleeve;
C to = R to / r o.k ,
where R to - the radius of the cantilever portion of the membrane;
r o.k is the radius of the support base.
SU4926604 1991-02-19 1991-02-19 Pressure transducer RU2010197C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4926604 RU2010197C1 (en) 1991-02-19 1991-02-19 Pressure transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4926604 RU2010197C1 (en) 1991-02-19 1991-02-19 Pressure transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2010197C1 true RU2010197C1 (en) 1994-03-30

Family

ID=21569255

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4926604 RU2010197C1 (en) 1991-02-19 1991-02-19 Pressure transducer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2010197C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2590938C2 (en) * 2011-04-13 2016-07-10 Конинклейке Филипс Н.В. Temperature compensation device cmut

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2590938C2 (en) * 2011-04-13 2016-07-10 Конинклейке Филипс Н.В. Temperature compensation device cmut
US9550211B2 (en) 2011-04-13 2017-01-24 Koninklijke Philips N.V. Temperature compensation in a CMUT device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4944187A (en) Multimodulus pressure sensor
US5186054A (en) Capacitive pressure sensor
US5134887A (en) Pressure sensors
US4295376A (en) Force responsive transducer
US4370890A (en) Capacitive pressure transducer with isolated sensing diaphragm
US4670733A (en) Differential pressure transducer
JP2597042B2 (en) Differential pressure measuring device
JP4378617B2 (en) Micro electromechanical sensor
US4432238A (en) Capacitive pressure transducer
US4741214A (en) Capacitive transducer with static compensation
JPH02290525A (en) Low dielectric drift capacitive pressure sensor
EP0198018A1 (en) Capacitive sensing cell made of brittle material
US3232114A (en) Pressure transducer
US4862317A (en) Capacitive pressure transducer
RU2010197C1 (en) Pressure transducer
US4520675A (en) Pressure or pressure difference measuring transducer
JPS5845533A (en) Pressure detector
US4458292A (en) Multiple capacitor transducer
SU1732201A1 (en) Capacitive pressure sensor and method of manufacturing the same
Venkateshan et al. Measurement of pressure
WO1982003916A1 (en) Pressure transducer
RU1779958C (en) Capacitive pressure pickup
RU2169912C1 (en) Microelectron pressure transducer
JP2001174350A (en) Pressure detecting device
RU1770790C (en) Pressure pickup