RU2082125C1 - Pressure transducer - Google Patents

Pressure transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2082125C1
RU2082125C1 RU94013130A RU94013130A RU2082125C1 RU 2082125 C1 RU2082125 C1 RU 2082125C1 RU 94013130 A RU94013130 A RU 94013130A RU 94013130 A RU94013130 A RU 94013130A RU 2082125 C1 RU2082125 C1 RU 2082125C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pads
base
parallelepiped
strain gages
microwires
Prior art date
Application number
RU94013130A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94013130A (en
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 RU94013130A priority Critical patent/RU2082125C1/en
Publication of RU94013130A publication Critical patent/RU94013130A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2082125C1 publication Critical patent/RU2082125C1/en

Links

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

FIELD: control and regulation systems. SUBSTANCE: pressure transducer has case 1 with pipe union 2, base 3, restoring beam 4, resistance strain gauge 5 connected into bridge circuit, membrane 6, rod 7 passed through hole 8 of base 3, bonding pad 9, first additional protrusions 17 formed on periphery of base in symmetry to its center, four cylindrical through holes 18 which longitudinal axes are perpendicular to longitudinal axis of restoring beam, second additional protrusions 19 formed on base at some distance from first additional protrusions, microwires 20, 22, 23, contacts 21. EFFECT: enhanced reliability and accuracy. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для измерения давления в различных областях науки и техники, в частности в системах управления, регулирования и контроля, где требуется повышенная надежность и точность. The invention relates to measuring equipment, in particular to sensors designed to measure pressure in various fields of science and technology, in particular in control systems, regulation and control, where increased reliability and accuracy are required.

Известен датчик давления, содержащий корпус с мембраной и гибкие балки, соединенные с одной стороны с центром мамебраны и корпусом и с другой стороны с тензометрическим преобразователем, выполненным в виде диска с жестким буртом и крестообразной прорезью в центре, образующей упругие консоли с тензорезисторами, причем гибкие балки, соединенные с центром мембраны и корпусом, присоединены соответственно с консолям, расположенным одна против другой [1]
Недостатком известного датчика давления является невысокий уровень надежности, связанный с закреплением тензометрического преобразователя на корпусе при помощи гибких балок, а также ограниченные функциональные возможности вследствие сложности создания независимого дополнительного канала измерения давления, идентичного имеющемуся каналу.A known pressure sensor comprising a housing with a membrane and flexible beams connected on one side to the center of the mamebrana and the housing and on the other hand to a strain gauge made in the form of a disk with a hard shoulder and a cross-shaped slot in the center, forming elastic consoles with strain gauges, and flexible beams connected to the center of the membrane and the housing are connected respectively to consoles located one against the other [1]
A disadvantage of the known pressure sensor is the low level of reliability associated with fixing the strain gauge transducer to the housing using flexible beams, as well as limited functionality due to the difficulty of creating an independent additional pressure measurement channel identical to the existing channel.

Наиболее близким аналогом изобретения является датчик давления, содержащий корпус со штуцером, установленное в корпусе основание с прикрепленной к нему упругой балкой с размещенными вдоль ее продольной оси тензорезисторами, соединенными в мостовую схему, мембрану, связанную с центром упругой балки с помощью штока, пропущенного через отверстие основания, контактную колодку, соединяющую контактные площадки тензорезисторов с внешними выводами, причем упругая балка расположенная в диаметральной плоскости мембраны и закреплена на основании своими концами [2]
Недостатком известной конструкции датчика давления является надежность и неудовлетворительная точность вследствие ограниченной чувствительности применения упругой балки, а также из-за влияния температурных погрешностей.The closest analogue of the invention is a pressure sensor containing a housing with a fitting, a base installed in the housing with an elastic beam attached to it with strain gages located along its longitudinal axis connected to a bridge circuit, a membrane connected to the center of the elastic beam using a rod passed through the hole the base, a contact block connecting the contact pads of the strain gages with the external terminals, the elastic beam located in the diametrical plane of the membrane and fixed to the base Ends [2]
A disadvantage of the known design of the pressure sensor is the reliability and poor accuracy due to the limited sensitivity of the use of the elastic beam, as well as due to the influence of temperature errors.

Недостатком известной конструкции является также ограниченные функциональные возможности, заключающиеся в невозможности размещения на балке дополнительных тензорезисторов и других элементов, необходимых для организации дополнительного независимого канала измерения или для организации систем диагностирования вследствие ограниченных поперечных размеров балки в местах размещения тензорезисторов. A disadvantage of the known design is also limited functionality, consisting in the impossibility of placing additional strain gages and other elements on the beam necessary for organizing an additional independent measurement channel or for organizing diagnostic systems due to the limited transverse dimensions of the beam at the locations of the strain gages.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение надежности и точности измерения давления, а также расширения функциональных возможностей. The technical result from the use of the invention is to increase the reliability and accuracy of measuring pressure, as well as expanding functionality.

Это достигает тем, что упругая балка закреплена на первых дополнительных выступах, сформированных на периферии основания симметрично его продольной оси и выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, на внешней поверхности которого размещены тензорезисторы, а в боковых гранях под зонами размещения тензорезисторов симметрично относительно центра параллелепипеда выполнены четыре цилиндрических сквозных отверстия, продольные оси которых перпендикулярны продольной оси параллелепипеда, контактная колодка закреплена на вторых дополнительных выступах, сформированных на основании на удалении от первых дополнительных выступах, при этом тензорезисторы, размещенные над отверстиями, выполненными в центральной части параллелепипеда, соединены с ближайшими тензорезисторами, размещенными над отверстиями, выполненными в периферийной части параллелепипеда при помощи общих контактных площадок, а остальные тензорезисторов в мостовую схему выполнены микропроводами, соединяющими контактные площади тензорезисторов с контактами контактной колодки и проводами, соединяющими контакты контактной колодки и имеющими существенно меньшие сопротивления по сравнению с сопротивлением микропроводов. Кроме того, тензорезисторы выполнены с расширенными центральными частями, размещенными в областях наименьшей толщены перемычек между внешней поверхностью параллелепипеда и соответствующим отверстием, а микропровода, соединяющие общие контактные площадки с контактами колодки, присоединены к середине общих контактных площадок, при этом длина L микропроводов, соединяющих другие контактные площадки с контактами колодки, выполнены в соответствии с соотношением:

Figure 00000002

где ρs- поверхностное удельное сопротивление контактных площадок;
Ls длина общей контактной площадки;
d диаметр микропровода;
ρ удельное сопротивление микропровода;
bs ширина общей контактной площадки.This is achieved by the fact that the elastic beam is fixed on the first additional protrusions formed symmetrically on the periphery of the base of its longitudinal axis and is made in the form of a rectangular parallelepiped, on the outer surface of which strain gages are placed, and four cylindrical cylindrical symmetrical with respect to the center of the parallelepiped are made in the side faces under the zones of placement of the strain gages through holes, the longitudinal axis of which is perpendicular to the longitudinal axis of the parallelepiped, the contact block is fixed to the second additional additional protrusions formed on the base at a distance from the first additional protrusions, while the strain gauges placed above the holes made in the central part of the parallelepiped are connected to the nearest strain gauges placed above the holes made in the peripheral part of the parallelepiped using common contact pads, and the rest of the strain gauges the bridge circuit is made of microwires connecting the contact areas of the strain gages with the contacts of the contact pads and wires connecting and the contact pads and the contacts having a substantially lower resistance compared with the resistance microwire. In addition, the strain gauges are made with expanded central parts located in the areas of the smallest thickness of the jumpers between the outer surface of the parallelepiped and the corresponding hole, and the microwires connecting the common pads to the pads are connected to the middle of the common pads, while the length L of the microwires connecting the other contact pads with pads, made in accordance with the ratio:
Figure 00000002

where ρ s is the surface resistivity of the contact pads;
L s is the length of the common contact pad;
d microwire diameter;
ρ specific resistance of the microwire;
b s the width of the common contact pad.

На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого датчика давления. Соотношения между элементами конструкции для наглядности изменены. Датчик давления содержит корпус 1 со штуцером 2, установленное в корпус основание 3 с прикрепленной к нему упругой балкой 4 с размещенными вдоль ее продольной оси тензорезисторами 5, соединенными в мостовую схему, мембрану 6. связанная с центром упругой балки с помощью штока 7, пропущенного через отверстие 8 основания 3. Контактная колодка 9 соединяет контактные площадки тензорезисторов 10- 15 c внешними выводами 16. Упругая балка 4 размещена параллельно диаметру мембраны и закреплена своими краями на первых дополнительных выступах 17, сформированных на периферии основания симметрично его центра. Упругая балка 4 выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, на внешней поверхности которого размещены тензорезисторы 5, а в боковых гранях под зонами размещения тензорезисторов 5 симметрично относительно центра упругой балки выполнены четыре цилиндрических сквозных отверстия 18, продольные оси которых перпендикулярны продольной оси упругой балки. Контактная колодка 9 закреплена на вторых дополнительных выступах 19, сформированных на основании на удалении от первых дополнительных выступов. Тензорезисторы, размещенные над отверстиями, выполненными в центральной части балки, соединены с ближайшими тензорезисторами, размещенными над отверстиями, выполненными в периферийной части балки при помощи общих контактных площадок 11 и 14, а остальные соединения тензорезисторов в мостовую схему выполнены микропроводами 20, соединяющими контактные площадки тензорезисторов с контактами 21 контактной колодки 9 и проводами 22, 23, соединяющими контакты контактной колодки и имеющими существенно меньшее сопротивление по сравнению с сопротивлением микропроводов. Тензорезисторы выполнены с расширенными центральными частями 24, размещенными в областях наименьшей толщины перемычки между верхним основанием балки и соответствующим отверстием. Микропровода 20, соединяющие общие контактные площадки 11, 14 с контактами 21 колодки 9, присоединены к середине общих контактных площадок 11, 14, а длина микропроводов выполнена в соответствии с соотношением

Figure 00000003

где ρs поверхностное удельное сопротивление контактных площадок;
Ls длина общей контактной площади;
d диаметр микропровода;
ρ удельное сопротивление микропровода;
bs ширина общей контактной площадки.In FIG. 1 shows the design of the proposed pressure sensor. The relationships between structural elements have been changed for clarity. The pressure sensor comprises a housing 1 with a fitting 2, a base 3 installed in the housing with an elastic beam 4 attached to it with strain gages 5 located along its longitudinal axis, connected to a bridge circuit, a membrane 6. connected to the center of the elastic beam using a rod 7, passed through hole 8 of the base 3. The contact block 9 connects the contact pads of the strain gages 10-15 with the external terminals 16. The elastic beam 4 is placed parallel to the diameter of the membrane and fixed with its edges on the first additional protrusions 17, formed s on the periphery of the base symmetrically to its center. The elastic beam 4 is made in the form of a rectangular parallelepiped, on the external surface of which strain gages 5 are placed, and four cylindrical through holes 18, the longitudinal axes of which are perpendicular to the longitudinal axis of the elastic beam, are symmetrically relative to the center of the elastic beam in the lateral faces under the zones of the strain gages 5. The contact block 9 is fixed on the second additional protrusions 19, formed on the base at a distance from the first additional protrusions. The strain gauges placed above the holes made in the central part of the beam are connected to the nearest strain gauges placed above the holes made in the peripheral part of the beam using common contact pads 11 and 14, and the remaining joints of the strain gauges into the bridge circuit are made by microwires 20 connecting the contact pads of the strain gauges with contacts 21 of the terminal block 9 and wires 22, 23 connecting the contacts of the terminal block and having a significantly lower resistance compared to the resistance Niemi microwires. Strain gages are made with expanded central parts 24 located in areas of the smallest thickness of the jumper between the upper base of the beam and the corresponding hole. The microwires 20 connecting the common pads 11, 14 with the contacts 21 of the pads 9 are connected to the middle of the common pads 11, 14, and the length of the microwires is made in accordance with the ratio
Figure 00000003

where ρ s surface resistivity of the contact pads;
L s is the length of the total contact area;
d microwire diameter;
ρ specific resistance of the microwire;
b s the width of the common contact pad.

При rs=0,025 Ом/□, Ls 1,0 мм; d 0,030 мм; ρ 2,4• 10-5 Ом•мм; bs 0,4 мм, длина микропроводов равна 1,8 мм.When r s = 0.025 Ohm / □, L s 1.0 mm; d 0.030 mm; ρ 2.4 • 10 -5 Ohm • mm; b s 0.4 mm, the length of the microwires is 1.8 mm.

Датчик давления работает следующим образом. The pressure sensor operates as follows.

Измеряемое давление воздействует на мембрану 6. Мембрана 6, а вместе с ней и упругая балка 4 деформируется. Деформация упругой балки воспринимаются размещенными на ней тензорезисторами 5. Изменения сопротивлений тензорезисторов, вызванные деформацией балки 4, преобразуются мостовой схемой, в которую включены тензорезисторы 5, в выходное напряжение, снимаемое через контакты 21 контактной колодки 9 с внешних 16. Погрешность измерения датчика по п. 1 формулы составляет в условиях эксплуатации от минус 60 до + 200 o C не более 1 датчика по п.2 формулы не более 0,8 датчика по п.3 формулы не более 0,6The measured pressure acts on the membrane 6. The membrane 6, and with it the elastic beam 4 is deformed. The deformation of the elastic beam is perceived by the strain gauges 5 placed on it. Changes in the resistance of the strain gauges caused by the deformation of the beam 4 are converted by the bridge circuit, into which the strain gauges 5 are connected, into the output voltage removed through the contacts 21 of the terminal block 9 from the external 16. The measurement error of the sensor according to claim 1 formula is in operating conditions from minus 60 to + 200 o C no more than 1 sensor according to claim 2 of the formula no more than 0,8 sensor according to claim 3 of the formula no more than 0,6

Claims (3)

1. Датчик давления, содержащий корпус с штуцером, установленное в корпусе основание с прикрепленной к нему упругой балкой с размещенными вдоль ее продольной оси тензорезисторами с контактными площадками, соединенными в мостовую схему, мембрану, связанную с центром упругой балки с помощью штока, пропущенного через отверстие основания, контактную колодку, соединяющую контактные площадки тензорезисторов с внешними выводами, причем упругая балка расположена в диаметральной плоскости мембраны и закреплена на основании своими концами, отличающийся тем, что упругая балка закреплена на первых дополнительных выступах, сформированных на периферии основания симметрично его продольной центральной оси, и выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда, на внешней поверхности которого размещены тензорезисторы, а в его боковых гранях под зонами размещения тензорезисторов симметрично относительно центра параллелепипеда выполнены четыре цилиндрических сквозных отверстия, продольные оси которых перпендикулярны продольной оси параллелепипеда, контактная колодка закреплена на вторых дополнительных выступах, сформированных на основании на удалении от первых дополнительных выступов, при этом тензорезисторы, размещенные над отверстиями, выполненными в центральной части параллелепипеда, соединены с ближайшими тензорезисторами, размещенными над отверстиями, выполненными в периферийной части параллелепипеда, при помощи общих контактных площадок, а остальные соединения тензорезисторов в мостовую схему выполнены микропроводами, соединяющими контактные площадки тензорезисторов с контактами контактной колодки, и проводами, соединяющими контакты контактной колодки и имеющими меньшие сопротивления по сравнению с сопротивлением микропроводов. 1. A pressure sensor comprising a housing with a fitting, a base installed in the housing with an elastic beam attached to it with strain gages located along its longitudinal axis with contact pads connected to the bridge circuit, a membrane connected to the center of the elastic beam using a rod passed through the hole the base, a contact block connecting the contact pads of the strain gages with the external terminals, the elastic beam being located in the diametrical plane of the membrane and fixed to the base with its ends, which is that the elastic beam is fixed on the first additional protrusions formed symmetrically on its periphery of the base of its longitudinal central axis and is made in the form of a rectangular parallelepiped, on the outer surface of which strain gages are placed, and in its lateral faces under the zones of placement of the strain gages symmetrically with respect to the center of the parallelepiped are made four cylindrical through holes, the longitudinal axis of which is perpendicular to the longitudinal axis of the parallelepiped, the contact block is fixed to second additional protrusions formed on the base at a distance from the first additional protrusions, while the strain gages located above the holes made in the central part of the parallelepiped are connected to the nearest strain gauges located above the holes made in the peripheral part of the parallelepiped using common contact pads, and the remaining connections of the strain gauges in the bridge circuit are made by microwires connecting the contact pads of the strain gauges with the contacts of the contact block , and wires connecting the contacts of the terminal block and having lower resistance compared to the resistance of microwires. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что тензорезисторы выполнены с расширенными центральными частями, размещенными в областях наименьшей толщины перемычки между внешней поверхностью параллелепипеда и соответствующим отверстием. 2. The sensor according to claim 1, characterized in that the strain gages are made with expanded central parts located in areas of the smallest thickness of the jumper between the outer surface of the parallelepiped and the corresponding hole. 3. Датчик по пп.1 и 2, отличающийся тем, что микропровода, соединяющие общие контактные площадки с контактами колодки, присоединены к середине общих контактных площадок, а длина l микропроводов, соединяющих другие контактные площадки с контактами колодки, выполнена в соответствии с соотношением
Figure 00000004

где ρs поверхностное удельное сопротивление контактных площадок, Oм/□;
ls длина общей контактной площадки, мм;
d диаметр микропровода, мм;
ρ удельное сопротивление микропровода, Ом/мм;
bs ширина общей контактной площадки, мм.3. The sensor according to claims 1 and 2, characterized in that the microwires connecting the common pads to the pads contacts are connected to the middle of the common pads, and the length l of the microwires connecting the other pads to the pads contacts is made in accordance with the ratio
Figure 00000004

where ρ s surface resistivity of the contact pads, Ohm / □;
l s length of the common contact pad, mm;
d microwire diameter, mm;
ρ specific resistance of the microwire, Ohm / mm;
b s width of the common contact pad, mm
RU94013130A 1994-04-14 1994-04-14 Pressure transducer RU2082125C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94013130A RU2082125C1 (en) 1994-04-14 1994-04-14 Pressure transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94013130A RU2082125C1 (en) 1994-04-14 1994-04-14 Pressure transducer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94013130A RU94013130A (en) 1995-12-10
RU2082125C1 true RU2082125C1 (en) 1997-06-20

Family

ID=20154707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94013130A RU2082125C1 (en) 1994-04-14 1994-04-14 Pressure transducer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2082125C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2520943C2 (en) * 2012-10-22 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) Pressure sensor based on nano- and microelectromechanical system of beam type
RU2619447C1 (en) * 2016-02-24 2017-05-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Pressure meter based on nano- and microelectromechanical system with beam elastic elements

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1647304, кл. G 01 L 9/04, 1989. 2. Авторское свидетельство СССР N 1778569, кл. G 01 L 9/04, 1992. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2520943C2 (en) * 2012-10-22 2014-06-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) Pressure sensor based on nano- and microelectromechanical system of beam type
RU2619447C1 (en) * 2016-02-24 2017-05-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") Pressure meter based on nano- and microelectromechanical system with beam elastic elements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4616511A (en) Tactile sensor
US3991745A (en) Curvature measurement device
US6253626B1 (en) Three-axis transducer body and strain gage arrangement therefor
EP0171056B1 (en) Sensor responding to the action of a force
JPS62176430A (en) Catheter end pressure converter
JP2007517216A (en) Sensor
US3411348A (en) Electronic dynamometer
JP7193661B2 (en) Guide jacket force sensor
US4380171A (en) Method and apparatus for measuring normal contact forces in electrical connector
JPH04500411A (en) Single diaphragm pressure transducer with multiple pressure sensing elements
RU2082125C1 (en) Pressure transducer
US3444499A (en) Strain gauge
WO1996022515A1 (en) Apparatus for detection of a diaphragm rupture in a pressure sensor
RU94013130A (en) PRESSURE METER
RU2166741C2 (en) Pressure transducer
RU2047113C1 (en) Semiconductor pressure transducer
US3222923A (en) Welder transducer
CN220819269U (en) Single-shaft miniature pressing force transducer
RU2175117C1 (en) Sensor for measurement of longitudinal force
SU1744530A1 (en) Pressure transducer
KR102036536B1 (en) Semiconductor pressure sensor that forms two independent full-wheatstone bridges with four resistors
SU838443A1 (en) Tve strain gauge transducer
RU70776U1 (en) DEVICE FOR MEASURING THE PRESSURE DISTRIBUTION ON THE FOOT SUPPORT SURFACE
SU1543262A1 (en) Three-component dynamometer for measuring components of cutting force
SU1553856A1 (en) Pressure pickup