RU2058540C1

RU2058540C1 - Pressure sensor

Info

Publication number: RU2058540C1
Authority: RU
Inventors: Е.М. Белозубов; П.Г. Михайлов
Original assignee: Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority date: 1984-04-16
Filing date: 1984-04-16
Publication date: 1996-04-20

Abstract

FIELD: measuring technology; measurement of pressure in wide range of temperatures and intensive vibration acceleration. SUBSTANCE: sensor has housing, cylindrical contact platform, sensitive element in form of rigidly pinched membrane on which strain-sensitive circuit is located, flat leads connecting the contact platforms of sensitive element with contacts of block which are partially received by grooves of block base on surface of sensitive element and by grooves provided on lateral surface of blocks and are secured on contacts made in grooves on lateral surface of block flush with surface of grooves by means of welding, for example. Bush made of insulating material is fitted on cylindrical terminal block; grooves in blocks correspond to sizes of flat conductors and contacts are fitted in block flush with surface of grooves. 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 расположена 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 колодок вследствие разброса и значительной величины остаточных механических напряжений в месте присоединения из-за производственного распределения деформаций по длине проводников при сборке.Known pressure sensors designed to measure pressure under conditions of a wide temperature range, comprising a housing, a cylindrical contact block, a sensor element 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 pads due to the scatter and significant residual mechanical stresses at the connection point due to the production 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 жесткозамещенной 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]
Общими признаками изобретения и прототипа является корпус, цилиндрическая контактная колодка, чувствительный элемент в виде жесткозащемленной мембраны, на которой расположена тензочувствительная схема и частично расположенные на поверхности чувствительного элемента плоские выводные проводники, соединяющие контактные площадки чувствительного элемента с контактами 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 substituted membrane, on which a strain-sensitive 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]
Common features of the invention and the prototype are a housing, a cylindrical contact block, a sensitive element in the form of a hard-pressed membrane, on which a strain-sensitive circuit is located, and flat output conductors partially located on the surface of the sensitive element, connecting the contact pads of the sensitive element with the contacts of the block.

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. 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 and when exposed to vibration accelerations, the free-hanging part of the conductors will have significant vibrations that can lead to breakage of 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, 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, oriented location, the complete elimination of free sagging and the limitation of vibration displacement of the output conductors.

Для достижения цели усовершенствуется датчик давления, содержащий корпус, цилиндрическую контактную колодку, чувствительный элемент в виде жесткозамещенной мембраны, на которой расположена тензочувствительная схема и частично расположенные на поверхности чувствительного элемента плоские выводные проводники, соединяющие контактные площадки чувствительного элемента с контактами колодки. To achieve the goal, a pressure sensor will be improved, comprising a housing, a cylindrical contact block, a sensitive element in the form of a rigidly substituted membrane, on which a strain-sensitive circuit is located, and flat output conductors partially located on the surface of the sensitive element, connecting the contact pads of the sensitive element with the contacts of the block.

Отличительными признаками изобретения является то, что плоские выводные проводники расположены в выполненных на периферийной части основания контактной колодки по его радиусу и продолженных на боковой поверхности колодки по ее образующей пазах, глубина которых равна толщине выводных проводников, а ширина равна ширине выводных проводников, и закреплены на контактах, выполненных в пазах на боковой поверхности колодок заподлицо с поверхностью пазов, а на колодку надета втулка из изоляционного материала, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру контактной колодки. Distinctive features of the invention is that the flat output conductors are located on the peripheral part of the base of the terminal block along its radius and extended on the side surface of the block along its forming grooves, the depth of which is equal to the thickness of the output conductors, and the width is equal to the width of the output conductors, and fixed on the contacts made in the grooves on the side surface of the pads are flush with the surface of the grooves, and a sleeve of insulating material is put on the block, the inner diameter of which is equal to the outer diameter of the terminal block.

На фиг.1, 2 изображен датчик в разрезе, общий вид. In Fig.1, 2 shows a sensor in section, a General view.

Датчик состоит из корпуса 1, цилиндрической контактной колодки 7, чувствительного элемента в виде жесткозащемленной мембраны 2, на которой расположена тензочувствительная схема 3, плоские выводные проводники 10, соединяющие контактные площадки 4 чувствительного элемента с контактами 6, колодки которых частично расположены в пазах 9 основания колодки на поверхности чувствительного элемента, а частично расположены в пазах 8 на боковой поверхности колодок и закреплены на контактах, выполненных в пазах на боковой поверхности колодки заподлицо с поверхностью пазов, например, при помощи сварки. The sensor consists of a housing 1, a cylindrical contact block 7, a sensitive element in the form of a hard-pressed membrane 2, on which a strain-sensitive circuit 3 is located, flat output conductors 10 connecting the contact pads 4 of the sensitive element with contacts 6, the pads of which are partially located in the grooves 9 of the base of the block on the surface of the sensing element, and partially located in the grooves 8 on the side surface of the pads and secured to the contacts made in the grooves on the side surface of the pad flush with surface grooves, e.g., by welding.

Глубина пазов 8 и 9 равна толщине выводных проводников, а ширина равна ширине выводных проводников. The depth of the grooves 8 and 9 is equal to the thickness of the output conductors, and the width is equal to the width of the output conductors.

На контактную колодку 7 надета втулка 5 из изоляционного материала, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру контактной колодки. A sleeve 5 of insulating material is put on the terminal block 7, the inner diameter of which is equal to the outer diameter of the terminal block.

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 3. 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 the resistances of the strain-sensitive circuit 3.

Выводные проводники 10 служат для подачи на тензочувствительную схему напряжения питания и съема с нее выходного сигнала для передачи через контактную колодку и кабельную перемычку 11 датчика на регистратор. The output conductors 10 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 and the cable jumper 11 of the sensor to the recorder.

Жесткое ориентированное расположение и наличие только одного места сгиба выводных проводников в месте соединения пазов основания и боковой поверхности колодки приводят 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 arrangement 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 изобретении свободное провисание выводных проводников устранено за счет того, что проводники частично расположены в пазах основания колодки на поверхности чувствительного элемента и частично расположены в пазах на боковой поверхности колодки. Виброперемещения выводных проводников также сведены к минимуму за счет введения ограничительных поверхностей. Виброперемещения выводных проводников, расположенных на поверхности чувствительного элемента, в направлении, перпендикулярном поверхности чувствительного элемента, ограничены с одной стороны поверхностью чувствительного элемента, а с другой стороны поверхностью пазов основания контактной колодки, так как глубина пазов выбрана равной толщине проводников. In the invention, the free sagging of the lead conductors is eliminated due to the fact that the conductors are partially located in the grooves of the base of the block on the surface of the sensing element and partially located in the grooves on the side surface of the block. Vibration movements of lead-out conductors are also minimized by introducing boundary surfaces. The vibration displacements of the lead-out conductors located on the surface of the sensing element in the direction perpendicular to the surface of the sensing element are limited on one side by the surface of the sensing element and, on the other hand, by the surface of the grooves of the base of the contact block, since the depth of the grooves is chosen equal to the thickness of the conductors.

Виброперемещения выводных проводников, расположенных на поверхности чувствительного элемента в направлении, параллельном его поверхности, ограничены поверхностью пазов основания контактной колодки, так как ширина пазов основания контактной колодки выбрана равной ширине проводников. Виброперемещения выводных проводников, расположенных в пазах боковой поверхности контактной колодки в направлении, перпендикулярном ее образующей и параллельном радиусу чувствительного элемента, с одной стороны ограничены поверхностью пазов на боковой поверхности колодки, так как глубина пазов выбрана равной толщине проводников, и поверхностью контактов, расположенных в пазах на боковой поверхности колодки, так как они выполнены заподлицо с поверхностью пазов, а с другой стороны ограничены поверхностью втулки, надетой на колодку, так как внутренний диаметр втулки выбран равным наружному диаметру контактной колодки. Виброперемещения выводных проводников, расположенных в пазах боковой поверхности контактной колодки в направлении, перпендикулярном ее образующей и перпендикулярном радиусу чувствительного элемента, ограничены поверхностью пазов на боковой поверхности колодки, так как ширина пазов выбрана равной ширине проводников. The vibration displacements of the lead-out conductors located on the surface of the sensing element in a direction parallel to its surface are limited by the surface of the grooves of the base of the contact block, since the width of the grooves of the base of the contact block is chosen equal to the width of the conductors. The vibration displacements of the lead-out conductors located in the grooves of the side surface of the contact block in the direction perpendicular to its generatrix and parallel to the radius of the sensing element are limited on the one hand by the surface of the grooves on the side surface of the shoe, since the depth of the grooves is chosen equal to the thickness of the conductors, and the surface of the contacts located in the grooves on the side surface of the shoe, since they are flush with the surface of the grooves, and on the other hand are limited by the surface of the sleeve worn on the shoe, to how the inner diameter of the sleeve is chosen equal to the outer diameter of the contact block. The vibratory displacements of the lead-out conductors located in the grooves of the side surface of the contact block in the direction perpendicular to its generatrix and perpendicular to the radius of the sensing element are limited by the surface of the grooves on the side surface of the shoe, since the width of the grooves is chosen equal to the width of the conductors.

При воздействии виброускорений на датчик в процессе эксплуатации выводные проводники также подвергнутся этому воздействию. Так как в изобретении виброперемещения выводных проводников относительно других элементов конструкции датчика сведены к минимуму, динамические напряжения, обусловленные воздействием виброускорений, в месте закрепления проводников также будут сведены к минимуму. Учитывая, что статические деформации в месте закрепления проводников 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 vibroacceleration acts on the sensor during operation, the output conductors will also be exposed to this effect. Since in the invention the vibration displacement of the lead-out conductors relative to other structural elements of the sensor is minimized, the dynamic stresses due to the influence of vibration accelerations at the point of attachment of the conductors will also be minimized. Considering that the static deformations in the place of fastening of the conductors are minimized, we can conclude that the total stresses in the place of fastening 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.

Claims

A PRESSURE SENSOR comprising a housing, a cylindrical block with contacts, a sensing element in the form of a hard-pressed membrane with a strain-sensitive circuit and flat conductors connecting the contact pads of the sensing element with the contacts of the block, characterized in that, in order to increase vibration resistance, it is equipped with a sleeve of insulating material, worn on a cylindrical contact block, and in the peripheral part of the base of the block along the radii, grooves are made to the size of flat conductors with a continuation of m cylindrical surface, wherein the contact block mounted in flush with the surface of the grooves formed on the cylindrical surface of the pads, and connected to the planar conductors.