RU2026536C1

RU2026536C1 - Pressure gauge

Info

Publication number: RU2026536C1
Authority: RU
Inventors: Е.М. Белозубов
Original assignee: Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date: 1984-10-09
Filing date: 1984-10-09
Publication date: 1995-01-09

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: pressure gauge has additional contact areas 5 positioned at periphery of a sensor made up of diaphragm 2 provided under contacts 7 of block 6. Flat output wires 8 are partially arranged on surfaces of additional contact areas 6 and partially arranged on cylindrical surfaces, which connect planes of additional contact areas 5 with surfaces of contacts 7 of block 6. The remainder part of the wires is arranges on surfaces of contacts 7 of block 6. The sizes of the parts of the wires are determined by relationships available in the invention description. EFFECT: enhanced accuracy. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быт использовано для измерения давления в условиях воздействия широкого диапазона температур и повышенных виброускорений. The invention relates to measuring equipment and can be used to measure pressure under the influence of a wide range of temperatures and increased vibration accelerations.

Известны датчики давления, предназначенные для измерения давления в условиях воздействия широкого диапазона температур, содержащие корпус, цилиндрическую контактную колодку, чувствительный элемент в виде мембраны, на которой расположена тензочувствительная схема и свободновисящие выводные проводники, соединяющие контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки [1]. Known pressure sensors designed to measure pressure under conditions of a wide range of temperatures, containing a housing, a cylindrical contact block, a sensing element in the form of a membrane on which a strain-sensitive circuit is located and free-hanging lead conductors connecting the contact pads of the sensitive element with the contacts of the block [1].

Данная конструкция не обладает необходимой виброустойчивостью, т.к. при эксплуатации ее в условиях воздействия достаточно больших виброускорений происходит обрыв выводных проводников, обусловленный их значительной длиной. Кроме того, свободное, неориентированное расположение выводных проводников приводит к необходимости неоправданного ужестожения требований на прочность при соединении проводников к контактным площадкам чувствительного элемента и контактам колодки вследствие разброса и значительной величины остаточных механических напряжений в месте присоединения из-за произвольного распределения деформаций по длине проводников при сборке. This design does not have the necessary vibration resistance, because when it is operated under conditions of exposure to sufficiently large vibration accelerations, the lead-out wires break off due to their considerable length. In addition, the free, non-oriented arrangement of the lead-out conductors necessitates an unjustified tightening of the strength requirements when connecting the conductors to the contact pads of the sensing element and the contacts of the shoe due to the spread and significant residual mechanical stresses at the point of attachment due to the arbitrary distribution of deformations along the length of the conductors during assembly .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик давления, содержащий корпус, чувствительный элемент в виде жесткозащемленной мембраны, на которой расположена тензочувствительная схема с рабочими и дополнительными контактными площадками, цилиндрическую контактную колодку, контакты которой расположены на ее периферии перпендикулярно поверхности чувствительного элемента, и частично расположенные на поверхности чувствительного элемента плоские выводные проводники, соединяющие рабочие и дополнительные контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки [2]. Closest to the proposed technical essence is a pressure sensor containing a housing, a sensitive element in the form of a rigidly-sealed membrane on which a strain-sensitive circuit with working and additional contact pads is located, a cylindrical contact block, whose contacts are located on its periphery perpendicular to the surface of the sensitive element, and partially flat output conductors located on the surface of the sensing element, connecting the working and additional contacts ktnye pad contacts with the sensor element pads [2].

Данная конструкция также не обладает требуемой виброустойчивостью, так как хотя длина свободновисящей части проводников несколько уменьшена за счет частичного расположения проводников на поверхности чувствительного элемента, но все же имеет значительные размеры. Кроме того, в связи с тем, что выводные проводники произвольно деформированы при монтаже, в них появляются и остаются произвольно распределенные по длине проводников остаточные напряжения. При работе датчиков давления в реальных условиях эксплуатации в составе ЖРД на датчик воздействуют весьма значительные виброускорения сложного спектрального состава, практически во всех направлениях. Поэтому при воздействии виброускорений на выводные проводники в реальных условиях эксплуатации всегда найдется направление воздействия виброускорений, которое будет вызывать вибронаправления в проводнике, совпадающие с остаточными пластическими напряжениями при монтаже. This design also does not have the required vibration resistance, since although the length of the free-hanging part of the conductors is somewhat reduced due to the partial location of the conductors on the surface of the sensing element, it still has significant dimensions. In addition, due to the fact that the output conductors are arbitrarily deformed during installation, residual stresses randomly distributed along the length of the conductors appear and remain in them. During the operation of pressure sensors in real operating conditions as part of the LRE, the sensor is affected by very significant vibration accelerations of a complex spectral composition, in almost all directions. Therefore, under the influence of vibration acceleration on the output conductors in real operating conditions, there will always be a direction of vibration acceleration, which will cause vibration directions in the conductor, which coincide with the residual plastic stresses during installation.

Таким образом, при воздействии виброускорений могут возникнуть разрушения проводников, носящие усталостный характер. Наиболее вероятным местом разрушения является место наибольшей концентрации остаточных напряжений. Кроме того, произвольное расположение остаточных напряжений по длине проводников приводит к неоправданному ужесточению требований на прочность присоединения проводников к контактным площадкам чувствительного элемента и контактам колодки для исключения влияния остаточных напряжений проводников на прочность присоединения, так как, если не ужесточить требования к прочности присоединения, то обрыв проводников произойдет в месте при соединении из-за совместного влияния остаточных напряжений и виброускорений, на место присоединения, являющееся, как правило, своеобразным концентратором напряжений. Thus, under the influence of vibration accelerations, destruction of conductors that are fatigue-like can occur. The most likely point of failure is the site of the highest concentration of residual stresses. In addition, the arbitrary arrangement of residual stresses along the length of the conductors leads to an unjustified tightening of the requirements for the strength of the conductors connecting to the contact pads of the sensing element and the contacts of the block to exclude the influence of the residual stresses of the conductors on the strength of the connection, since, if you do not tighten the requirements for the strength of the connection, the break conductors will occur in place when connected due to the combined influence of residual stresses and vibration accelerations on the connection point, i -governing usually peculiar stress concentrator.

Целью изобретения является повышение виброустойчивости датчиков давления за счет жесткого ориентированного расположения выводных проводников, оптимального распределения остаточных напряжений, возникающих при монтаже, по длине проводников и устранения влияния остаточных напряжений на месте закрепления проводников. The aim of the invention is to increase the vibration resistance of pressure sensors due to the rigid oriented orientation of the output conductors, the optimal distribution of residual stresses arising during installation, along the length of the conductors and eliminate the influence of residual stresses at the point of fixation of the conductors.

Для достижения этой цели усовершенствуется датчик давления, содержащий корпус, чувствительный элемент в виде жестко защемленной мембраны, на которой расположена тензочувствительная схема с рабочими и дополнительными контактными площадками, цилиндрическую контактную колодку, контакты которой расположены на ее периферии перпендикулярно поверхности чувствительного элемента, и частично расположенные на поверхности чувствительного элемента плоские выводные проводники, соединяющие рабочие и дополнительные контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки. To achieve this goal, a pressure sensor will be improved, comprising a housing, a sensitive element in the form of a rigidly clamped membrane on which a strain-sensitive circuit with working and additional contact pads is located, a cylindrical contact block, whose contacts are located on its periphery perpendicular to the surface of the sensitive element, and partially located on sensing element surfaces flat lead-out conductors connecting working and additional sense contact pads to the elements with the contacts pads.

Отличительными признаками изобретения является то, что дополнительные контактные площадки расположены на периферии чувствительного элемента под контактами колодки, а плоские выводные проводники частично расположены на поверхностях дополнительных контактных площадок, частично по цилиндрическим поверхностям, соединяющим плоскости дополнительных контактных площадок и плоскости поверхностей контактов колодки, а оставшаяся часть проводников расположена в плоскостях поверхностей контактов колодки, причем размеры отдельных частей проводников выбраны из соотношений
l₁ = (2-5) ˙h
R = (5-1) ˙h
l₂ > 2 h, где l₁ - длина проводников, расположенных на поверхностях дополнительных контактных площадок;
R - радиус цилиндрических поверхностей, соединяющих плоскости дополнительных контактных площадок и плоскости контактов колодки;
l₂ - длина проводников, расположенных в плоскостях поверхностей контактов колодки;
h - толщина проводников.Distinctive features of the invention is that the additional contact pads are located on the periphery of the sensing element under the contacts of the pads, and the flat output conductors are partially located on the surfaces of the additional contact pads, partly along cylindrical surfaces connecting the plane of the additional contact pads and the plane of the contact surfaces of the pads, and the remainder conductors located in the planes of the surfaces of the contacts of the pads, and the dimensions of the individual parts ovodnikov selected from ratios
l ₁ = (2-5) ˙h
R = (5-1) ˙h
l ₂ > 2 h, where l ₁ is the length of the conductors located on the surfaces of additional contact pads;
R is the radius of the cylindrical surfaces connecting the plane of the additional contact pads and the contact plane of the pads;
l ₂ - the length of the conductors located in the planes of the surfaces of the contacts of the pads;
h is the thickness of the conductors.

На фиг. 1 изображен датчик, общий вид; на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - выводные проводники. In FIG. 1 shows a sensor, a general view; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1; in FIG. 3 - output conductors.

Датчик состоит из корпуса 1, чувствительного элемента в виде жесткозамещенной мембраны 2, на которой расположена тензочувствительная схема 3 с рабочими 4 и дополнительными 5 контактными площадками. На мембрану надета цилиндрическая контактная головка 6, контакты 7 которой расположены на ее периферии перпендикулярно поверхности чувствительного элемента. В контактной колодке имеются окна 9, через которые осуществляется монтаж плоских выводных проводников 8. Контактная колодка сварена с мембраной и с корпусом с образованием сварных швов 10 и 11, обеспечивая тем самым герметичность внутренней полости датчика. The sensor consists of a housing 1, a sensitive element in the form of a rigidly substituted membrane 2, on which a strain-sensitive circuit 3 with working 4 and an additional 5 contact pads is located. A cylindrical contact head 6 is put on the membrane, contacts 7 of which are located on its periphery perpendicular to the surface of the sensing element. There are windows 9 in the terminal block through which the flat output conductors are mounted 8. The terminal block is welded to the membrane and to the body to form welds 10 and 11, thereby ensuring the tightness of the internal cavity of the sensor.

Для обеспечения выбранных соотношений отдельных частей выводных проводников при монтаже может быть использован шаблон. Дополнительные контактные площадки расположены на периферии чувствительного элемента под контактами колодки. Плоские выводные проводники 8 частично расположены на поверхности чувствительного элемента, частично на поверхностях дополнительных контактных площадок, частично по цилиндрическим поверхностям, соединяющим плоскости дополнительных контактных площадок и плоскости поверхностей контактов колодки, частично в плоскостях поверхностей контактов. To ensure the selected ratios of the individual parts of the output conductors during installation, a template can be used. Additional contact pads are located on the periphery of the sensing element under the contacts of the pads. The flat lead-out conductors 8 are partially located on the surface of the sensing element, partially on the surfaces of the additional contact pads, partly on cylindrical surfaces connecting the planes of the additional contact pads and the planes of the contact surfaces of the pads, partially in the planes of the contact surfaces.

Датчик работает следующим образом. Под воздействием измеряемого давления Р в жесткозащемленной мембране возникают поверхностные радиальные и тангенциальные деформации, которые воспринимаются и преобразуются в относительные изменения сопротивлений тензочувствительной схемой. Выводные проводники служат для подачи на тензочувствительную схему напряжения питания и съема с нее выходного сигнала для передачи через контактную колодку на резистор (на фиг. 1 не показано). The sensor operates as follows. Under the influence of the measured pressure P in a rigidly-sealed membrane surface radial and tangential deformations arise, which are perceived and converted into relative changes in resistance by a strain-sensitive circuit. The output conductors are used to supply the voltage-sensitive circuit of the supply voltage and remove from it an output signal for transmission through the terminal block to the resistor (not shown in Fig. 1).

При воздействии виброускорений на датчик в процессе эксплуатации выводные проводники также подвергнутся этому воздействию. Максимальные суммарные напряжения в выводных проводниках, обусловленные совместным воздействием остаточных деформаций при монтаже и виброускорений, в предлагаемой конструкции уменьшена за счет жесткого ориентированного расположения выводных проводников, оптимального распределения остаточных напряжений на месте закрепления проводников. Т.к. в предлагаемой конструкции максимальные суммарные напряжения, возникающие в выводных проводниках уменьшены, то следовательно, данная конструкция может эксплуатироваться при повышенных виброускорениях. When vibroacceleration acts on the sensor during operation, the output conductors will also be exposed to this effect. The maximum total stresses in the output conductors, due to the combined effect of residual deformations during installation and vibration accelerations, in the proposed design is reduced due to the rigid oriented location of the output conductors, the optimal distribution of residual stresses at the place of fixing the conductors. Because in the proposed design, the maximum total voltage arising in the output conductors is reduced, then, therefore, this design can be operated with increased vibration acceleration.

Claims

PRESSURE SENSOR, comprising a housing with an elastic element in the form of a rigidly clamped membrane on which a strain-sensitive circuit with working and additional contact pads is formed, a cylindrical contact block, the contacts of which are placed on its periphery perpendicular to the surface of the elastic element, and partially located on the surface of the elastic element, flat output conductors connecting working and additional contact pads and pads contacts, characterized in that, in order to increase vibration The sensor, in it additional contact pads are located on the periphery of the elastic element under the contacts of the pads, and the flat output conductors are partially located on the surface of the additional contact pads, partly on cylindrical surfaces connecting the planes of the additional contact pads and the plane of the contact surfaces of the pads, and partially in the planes of the surfaces of the contacts of the pads, and the dimensions of the individual parts of the conductors are selected from the relations
l ₁ = (2 - 5) h;
R = (5-10) h;
l ₂ ≥ 2h,
where l ₁ - the length of the parts of the conductors located on the surface of additional contact pads;
R is the radius of the cylindrical surfaces connecting the plane of the additional contact pads and the plane of the surfaces of the contacts of the pads;
l ₂ - the length of the parts of the conductors located in the planes of the surfaces of the contacts of the pads;
h is the thickness of the conductors.