RU2034250C1

RU2034250C1 - Pressure gauge

Info

Publication number: RU2034250C1
Authority: RU
Inventors: Н.П. Педоренко; Е.М. Белозубов
Original assignee: Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date: 1984-01-16
Filing date: 1984-01-16
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: measuring equipment. SUBSTANCE: pressure gauge has cylindrical contact block 2 having the base and positioned inside housing 1 and sensor made up as rigidly clamped diaphragm 3 having a strain-sensitive circuit 4. Flat output conductors 5 of circuit 4, which connect contact areas 6 of the diaphragm with contacts 7 of block 2, are arranged partially in grooves 8 of the base of block 2 made in the surface of the diaphragm and secured to contact areas 9 over periphery of the diaphragm and partially in grooves 10 made in the side surface of the diaphragm. Groove 10 is filled with epoxy compound. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть 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 расположены тензочувствительная схема и свободновисящие выводные проводники, соединяющие контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки [1]
Данная конструкция не обладает необходимой виброустойчивостью, так как при эксплуатации ее в условиях воздействия достаточно больших виброускорений происходит обрыв выводных проводников, обусловленный их свободным провисанием в датчике. Кроме того свободное неориентированное расположение выводных проводников приводит к необходимости неоправданного ужесточения требований на прочность присоединения 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.Known pressure sensors for measuring pressure under conditions of a wide range of temperatures, comprising a housing, a cylindrical contact block, a sensor in the form of a membrane on which a strain-sensitive circuit and free-hanging lead conductors are connected, connecting the contact pads of the sensor with the contacts of the block [1]
This design does not have the necessary vibration resistance, since when operating it under the influence of sufficiently large vibration accelerations, the output conductors break off due to their free sagging in the sensor. In addition, the free non-oriented arrangement of the output conductors leads to the need for 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 shoe due to the spread and significant residual mechanical stresses at the connection point due to the arbitrary distribution of deformations along the length of the conductors during assembly.

Наиболее близким к изобретению является датчик давления, содержащий корпус, цилиндрическую контактную колодку, чувствительный элемент в виде жесткозащемленной мембраны, на которой расположена тензочувствительная схема, и частично расположенные на поверхности чувствительного элемента и частично свободновисящие плоские выводные проводники, соединяющие контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки [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 и при воздействии виброускорений свободновисящая часть проводников будет иметь значительные виброперемещения, которые могут привести к обрыву проводников, как правило, в месте их закрепления на контактных площадках чувствительного элемента или контактах колодки.Closest to the invention is a pressure sensor comprising a housing, a cylindrical contact block, a sensing element in the form of a rigidly clamped membrane on which a strain-sensing circuit is located, and partially located on the surface of the sensing element and partially free-standing flat lead conductors connecting the contact pads of the sensitive element with the contacts of the block [2]
This design also does not have the required vibration resistance, since although the length of the free-hanging part of the conductors is slightly reduced due to the partial location of the conductors on the surface of the sensing element, it still has significant dimensions and when exposed to vibration accelerations, the free-hanging part of the conductors will have significant vibrations that can lead to a break conductors, as a rule, in the place of their fastening on the contact pads of the sensing element or the contacts of the pads.

Целью изобретения является повышение виброустойчивости датчиков давления за счет жесткого и ориентированного расположения, полного устранения свободного провисания и ограничения виброперемещений выводных проводников. The aim of the invention is to increase the vibration resistance of pressure sensors due to the rigid and oriented location, the complete elimination of free sagging and the limitation of vibration displacements of the output conductors.

Для достижения этой цели в датчике давления, содержащем корпус, цилиндрическую контактную колодку, чувствительный элемент в виде жесткозащемленной мембраны с тензочувствительной схемой, частично расположенные на поверхности чувствительного элемента, плоские выводные проводники, соединяющие контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки, закреплены на дополнительных контактных площадках на периферии чувствительного элемента и расположены в пазах, выполненных на периферийной части основания контактной колодки по его радиусу и продолженных на боковой поверхности колодки по ее образующей, причем глубина пазов в основании колодки равна толщине выводных проводников, ширина в 5-10 раз больше ширины выводных проводников, а пазы на боковой поверхности колодки заполнены связующим веществом. To achieve this goal, a pressure sensor containing a housing, a cylindrical contact block, a sensitive element in the form of a hard-pressed membrane with a strain-sensitive circuit, partially located on the surface of the sensitive element, flat output conductors connecting the contact pads of the sensitive element with the contacts of the pads are fixed on additional contact pads on the periphery of the sensing element and are located in the grooves made on the peripheral part of the base of the contact p about its radius and extended on the lateral surface of the block along its generatrix, and the depth of the grooves in the base of the block is equal to the thickness of the output conductors, the width is 5-10 times greater than the width of the output conductors, and the grooves on the side surface of the block are filled with a binder.

На фиг. 1 изображен датчик; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a sensor; in FIG. 2, section AA in FIG. 1.

Датчик состоит из корпуса 1, цилиндрической контактной колодки 2, чувствительного элемента в виде жесткозащемленной мембраны 3, на которой расположены тензочувствительная схема 4, плоские выводные проводники 5, соединяющие контактные площадки 6 чувствительного элемента 3 с контактами 7 колодки, частично расположены в пазах 8 основания колодки 2 на поверхности чувствительного элемента 3 и дополнительно закреплены на специальных контактных площадках 9 на периферии чувствительного элемента и частично расположены в пазах 10 на боковой поверхности мембраны. Паз 10 заполнен связующим материалом, например эпоксидным компаундом. The sensor consists of a housing 1, a cylindrical contact block 2, a sensing element in the form of a rigidly protected membrane 3, on which a strain-sensitive circuit 4 is located, flat lead-out conductors 5 connecting the contact pads 6 of the sensing element 3 with the contacts 7 of the block, partially located in the grooves 8 of the base of the block 2 on the surface of the sensor 3 and are additionally fixed on special contact pads 9 on the periphery of the sensor and are partially located in the grooves 10 on the side surface membranes. The groove 10 is filled with a binder material, for example an epoxy compound.

Датчик работает следующим образом. The sensor operates as follows.

Под воздействием измеряемого давления Р в жесткозащемленной мембране возникают поверхностные радиальные и тангенциальные деформации, которые воспринимаются и преобразуются в относительные изменения сопротивлений тензочувствительной схемой 4. Выводные проводники 5 служат для подачи на тензочувствительную схему напряжения питания и съема с нее выходного сигнала для передачи через контактную колодку 2 и кабельную перемычку 11 датчика на регистратор (не показан). Under the influence of the measured pressure P in the rigidly-sealed membrane surface radial and tangential deformations arise, which are perceived and converted into relative changes in the resistances of the strain-sensitive circuit 4. The output conductors 5 serve to supply the voltage-sensitive circuit with voltage and to remove an output signal from it for transmission through terminal block 2 and a cable jumper 11 of the sensor to the recorder (not shown).

Жесткое ориентированное расположение и наличие только одного места сгиба выводных проводников в месте соединения пазов основания и боковой поверхности колодки приводит к минимизации остаточных механических напряжений в месте присоединения проводников, в связи с удаленностью места перегиба от места закрепления по сравнению с поперечным сечением проводников. A rigid oriented location and the presence of only one bend point of the lead-out conductors at the junction of the base grooves and the side surface of the block leads to minimization of residual mechanical stresses at the junction of the conductors, due to the remoteness of the bend from the place of fastening compared to the cross section of the conductors.

Минимизация остаточных напряжений при сборке позволяет уменьшить суммарные напряжения в месте закрепления, равные сумме остаточных статических напряжений сборки и динамических напряжений от воздействия виброускорений. Minimization of residual stresses during assembly allows to reduce the total stresses at the fixing point, equal to the sum of the residual static stresses of the assembly and dynamic stresses from the effects of vibration accelerations.

В конструкции датчика давления свободное провисание выводных проводников устранено за счет того, что проводники частично расположены на поверхности чувствительного элемента, частично в пазах на боковой поверхности и зашиты там для лучшего закрепления связующим материалом. Виброперемещения выводных проводников также сведены к минимуму за счет введения ограничительных поверхностей и заполнения пазов на боковой поверхности колодки связующим материалом. Перемещения проводников, расположенных на поверхности чувствительного элемента в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного элемента, ограничены с одной стороны поверхностью чувствительного элемента, а с другой поверхностью паза основания контактной колодки, так как глубина паза выбрана равной толщине проводника. Перемещение проводников, расположенных на поверхности чувствительного элемента, параллельно его поверхности, вдоль и перпендикулярно его радиусу ограничено закреплением проводников на дополнительной контактной площадке 9 на периферии чувствительного элемента, например, при помощи сварки. Кроме того, плоские выводные проводники 5 имеют ширину в несколько раз большую, чем толщину, а следовательно, обладают большим моментом сопротивления перемещению параллельно поверхности чувствительного элемента, перпендикулярно его радиусу по сравнению с моментом инерции, в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного элемента. Это позволяет увеличить ширину пазов основания колодки по сравнению с шириной выводных проводников в 5-10 раз для облегчения совмещения пазов основания колодки с выводными проводниками при сборке. In the design of the pressure sensor, the free sagging of the lead conductors is eliminated due to the fact that the conductors are partially located on the surface of the sensing element, partially in the grooves on the side surface and are sewn there for better fixing with a binder material. Vibration movements of the lead-out conductors are also minimized by introducing boundary surfaces and filling the grooves on the side surface of the block with a binder. The movement of conductors located on the surface of the sensor in a direction perpendicular to the surface of the sensor is limited on one side by the surface of the sensor and on the other surface of the groove of the base of the contact block, since the groove depth is chosen equal to the thickness of the conductor. The movement of conductors located on the surface of the sensor, parallel to its surface, along and perpendicular to its radius is limited by fixing the conductors to an additional contact pad 9 on the periphery of the sensor, for example, by welding. In addition, the flat terminal conductors 5 have a width several times greater than the thickness, and therefore have a large moment of resistance to movement parallel to the surface of the sensor, perpendicular to its radius compared to the moment of inertia, in a direction perpendicular to the surface of the sensor. This allows you to increase the width of the grooves of the base of the pads in comparison with the width of the output conductors 5-10 times to facilitate the alignment of the grooves of the base of the pads with output conductors during assembly.

Перемещение проводников в пазах боковой поверхности колодки ограничено заполнением пазов на боковой поверхности колодки связующим материалом, например эпоксидным компаундом. The movement of the conductors in the grooves of the side surface of the shoe is limited by filling the grooves on the side surface of the shoe with a binder material, for example an epoxy compound.

При воздействии виброускорений на датчик в процессе эксплуатации выводные проводники 5 также подвергнутся этому воздействию. Так как виброперемещения выводных проводников 5 относительно других элементов конструкции датчика сведены к минимуму, динамические напряжения, обусловленные воздействием виброускорений в месте закрепления проводников, также будут сведены к минимуму. Учитывая, как было показано ранее, что статические деформации в месте закрепления минимизированы, можно сделать вывод, что суммарные напряжения в месте закрепления проводников при воздействии виброускорений также будут минимальными. Таким образом, конструкция датчика позволяет использовать его в условиях воздействия повышенных виброускорений. When exposed to vibration acceleration on the sensor during operation, the output conductors 5 will also be exposed to this effect. Since the vibrational displacement of the lead-out conductors 5 with respect to other elements of the sensor structure is minimized, the dynamic stresses due to the action of vibration accelerations at the point of attachment of the conductors will also be minimized. Considering, as it was shown earlier, that the static deformations at the fixing point are minimized, we can conclude that the total stresses at the fixing point of the conductors under the influence of vibration accelerations will also be minimal. Thus, the design of the sensor allows its use in conditions of exposure to increased vibration accelerations.

Другим преимуществом предлагаемой конструкции является то, что за счет жесткого ориентированного расположения выводных проводников появляется возможность автоматизации монтажа выводных проводников, т. е. повышения технологичности сборочных операций. Преимуществом конструкции является также то, что повышение виброустойчивости достигается без применения связующих материалов в рабочей зоне тензочувствительной схемы. Как известно, летучие компоненты связующих материалов вредно сказываются на метрологических характеристиках тензочувствительных схем, особенно при воздействии на датчик широкого диапазона температур. Another advantage of the proposed design is that due to the rigid oriented orientation of the output conductors, it becomes possible to automate the installation of output conductors, i.e., to increase the manufacturability of assembly operations. An advantage of the design is also that the increase in vibration resistance is achieved without the use of binders in the working area of the strain-sensitive circuit. As you know, the volatile components of the binder materials adversely affect the metrological characteristics of strain-sensitive schemes, especially when exposed to a wide temperature range.

Claims

PRESSURE SENSOR containing a cylindrical contact block with a base installed in the housing and a sensing element in the form of a rigidly-sealed membrane with a strain-sensitive circuit, the flat output conductors of which are partially located on the surface of the sensing element and connecting its contact pads with the contacts of the block, characterized in that, in order to increase vibration resistance, flat output conductors are fixed on additional contact pads on the periphery of the sensing element and are located in grooves made on the peripheral part of the base of the contact block along its radius and continued on the side surface of the block along its generatrix, while the depth of the grooves in the base of the block is chosen equal to the thickness of the output conductors, the width is 5 10 times greater than the width of the output conductors, and the grooves on the side the surface of the pad is filled with a binder.