RU2082128C1 - Pressure gauge - Google Patents
Pressure gauge Download PDFInfo
- Publication number
- RU2082128C1 RU2082128C1 RU95108079A RU95108079A RU2082128C1 RU 2082128 C1 RU2082128 C1 RU 2082128C1 RU 95108079 A RU95108079 A RU 95108079A RU 95108079 A RU95108079 A RU 95108079A RU 2082128 C1 RU2082128 C1 RU 2082128C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transmitting device
- power transmitting
- membrane
- sensor according
- rigid
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительных системах в качестве первичного преобразования малых давлений газовых сред, предпочтительно в оборудовании, в котором за время технологического цикла давление на разных стадиях изменяется от нескольких атмосфер иди десятков атмосфер /100.1000 кПа/ до сотых долей атмосферы и менее /10.1000 Па/. The invention relates to measuring technique and can be used in control and measuring systems as a primary conversion of low pressures of gaseous media, preferably in equipment in which during the technological cycle the pressure at different stages varies from several atmospheres or tens of atmospheres /100.1000 kPa / to hundredths atmospheric fraction and less than /10.1000 Pa /.
Известен датчик давления, содержащий корпус, внутри которого размещены манометрический чувствительный элемент со штоком и упругий элемент с тензорезисторами, выполненными в виде прямоугольной рамы, консольно закрепленной в корпусе и несущей на противоположной своей стороне внутреннюю консоль, связанную со штоком /1/. A known pressure sensor containing a housing, inside of which there is a manometric sensitive element with a rod and an elastic element with strain gauges made in the form of a rectangular frame, cantileverly mounted in the housing and bearing on its opposite side an inner console connected to the rod / 1 /.
Указанный датчик давления хорошо работает в рабочем диапазоне измеряемых давлений, но совершенно не защищен от перегрузок. The specified pressure sensor works well in the operating range of measured pressures, but is not at all protected from overloads.
Известен также датчик давления, содержащий корпус, внутри которого размещены измерительная и разделительная гофрированные мембраны, установленные с зазором относительно одна другой и соединенные по центру силопередающим элементом в виде шайбы и связанный с мембранами преобразователь усилия в электрический сигнал в виде упругой рамки с тензорезисторами причем, разделительная мембрана выполнена с калиброванными отверстиями и жесткостью в 1,5 2,5 раза большей жесткости измерительной мембраны, а центр разделительной мембраны соединен с упругой рамкой с помощью упора-шайбы /2/. A pressure sensor is also known, comprising a housing, inside which there is a measuring and separating corrugated membrane installed with a gap relative to one another and connected centrally by a power-transmitting element in the form of a washer and a transducer of force into an electrical signal connected to the membranes in the form of an elastic frame with strain gauges, and a separation the membrane is made with calibrated holes and rigidity of 1.5 to 2.5 times greater rigidity of the measuring membrane, and the center of the separation membrane is connected to a different frame using the stop washer / 2 /.
Этот датчик позволяет измерять абсолютное давление, но точность измерения давлений порядка 10/1000 Па невысока, так как мембранный узел должен воспринимать весь перепад давления контрольной среды, начиная, например, с атмосферного давления, что требует использования жесткого мембранного узла. This sensor allows you to measure absolute pressure, but the accuracy of measuring pressures of the order of 10/1000 Pa is not high, since the membrane unit must perceive the entire pressure drop of the control medium, starting, for example, from atmospheric pressure, which requires the use of a rigid membrane unit.
Известен еще датчик давления, содержащий корпус с измерительной полостью и герметичной камерой, разделенными жесткой перегородкой, размещенной в измерительной полости чувствительный элемент в виде гофрированной мембраны с жестким центром и консольно размещенный в герметичной камере тензометрический преобразователь усилия в электрический сигнал, оснащенный упругим элементом в форме балочного параллелограмма, имеющего два жестких основания, соединенных двумя упругими параллельными балочками с образованием параллелограммной подвески и тензорезисторы, сформированные на утоненных концах упругих балочек, при этом одно из оснований закреплено на корпусе, а второе основание соединено с помощью проставки с жестким центром гофрированной мембраны /3/. A pressure sensor is also known, comprising a housing with a measuring cavity and a sealed chamber separated by a rigid partition located in the measuring cavity of a sensing element in the form of a corrugated membrane with a rigid center and a strain gauge force transducer cantilevered in a sealed chamber equipped with an elastic element in the form of a beam a parallelogram having two rigid bases connected by two elastic parallel beams with the formation of a parallelogram suspension ki and strain gauges formed on the elastic balochek thinned ends, wherein one of the bases is fixed on the housing, and the second base is connected via spacers with a rigid corrugated membrane center / 3 /.
Этот датчик имеет следующие недостатки: контрольное размещение параллелограммного упругого элемента увеличивает плечо между тензорезисторами и линией приложения измеряемого усилия, что увеличивает погрешности измерения давления при изменении температуры, а профилированная опорная поверхность жесткой перегородки не может быть выполнена идентичной поверхности гофрированной мембраны, что снижает предельные давления перегрузки, при которых датчик не изменяет своих характеристик во время эксплуатации. This sensor has the following disadvantages: the control placement of the parallelogram elastic element increases the shoulder between the strain gauges and the line of application of the measured force, which increases the pressure measurement errors when the temperature changes, and the profiled supporting surface of the rigid partition cannot be made identical to the surface of the corrugated membrane, which reduces the ultimate pressure overload in which the sensor does not change its characteristics during operation.
Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков является датчик давления, содержащий корпус с измерительной полостью и герметичной камерой, разделенными жесткой перегородкой, чувствительный элемент, тензометрический преобразователь усилия в электрический сигнал и силопередающее устройство между тензометрическим преобразователем и чувствительным элементом /4/. Чувствительный элемент размещен в измерительной полости и выполнен в виде мембранной коробки, образованной первой и второй гофрированными мембранами с одинаковыми профилями и жесткими центрами. Жесткий центр первой мембраны соединен с торцом цилиндрической вставки, закрепленной в указанной перегородке, а жесткий центр второй мембраны соединен с силопередающим устройством. Герметичная камера соединена с межмембранной полостью чувствительного элемента каналом, проходящим через цилиндрическую вставку и жесткий центр первой мембраны. Тензометрический преобразователь размещен в герметичной камере и включает в себя упругий элемент с тензорезисторами. Силопередающее устройство снабжено пружиной, расположенной в указанном канале. Closest to the invention in terms of essential features is a pressure sensor comprising a housing with a measuring cavity and a sealed chamber separated by a rigid partition, a sensing element, a strain gauge transducer of force into an electric signal and a power transmitting device between the strain gauge transducer and the sensing element / 4 /. The sensitive element is placed in the measuring cavity and is made in the form of a membrane box formed by the first and second corrugated membranes with the same profiles and rigid centers. The rigid center of the first membrane is connected to the end face of the cylindrical insert fixed in the specified partition, and the hard center of the second membrane is connected to the power transmitting device. The sealed chamber is connected to the intermembrane cavity of the sensing element by a channel passing through the cylindrical insert and the rigid center of the first membrane. The strain gauge transducer is housed in a sealed chamber and includes an elastic element with strain gauges. The power transmitting device is equipped with a spring located in the specified channel.
В известном датчике силы использованы две гофрированные мембраны, имеющие одинаковые профили, что обеспечивает достаточно высокие противоперегрузочные устройства, так как мембранная коробка при перегрузке складывается в двухслойный пакет без изменения жесткостных характеристик мембран. Однако, точность определения этим датчиком малых давлений ограничена, так как консольное крепление тензометрического преобразователя и большое плечо между тензорезисторами и линией приложения измеряемого усилия приводит к увеличению температурной погрешности. Наличие пружины в силопередающем устройстве влияние только осевых температурных деформаций, но не ликвидировало погрешности, связанные с радиальными температурными деформациями. Ограничения на работу датчика при повышенных давлениях /перегрузке/ определяются сравнительно низкой жесткостью центров гофрированных мембран и большим диаметром канала, связывающего герметичную камеру с межмембранной полостью чувствительного элемента, так как в нем необходимо с гарантированным зазором разместить пружину силопередающего устройства. In the known force sensor, two corrugated membranes having the same profiles are used, which provides sufficiently high anti-overload devices, since the membrane box is folded into a two-layer package during overload without changing the stiffness of the membranes. However, the accuracy with which this sensor detects low pressures is limited, since the cantilever mount of the strain gauge transducer and the large arm between the strain gauges and the line of application of the measured force leads to an increase in temperature error. The presence of a spring in a power-transmitting device is influenced only by axial temperature deformations, but did not eliminate the errors associated with radial temperature deformations. Restrictions on the operation of the sensor at elevated pressures / overload / are determined by the relatively low stiffness of the corrugated membrane centers and the large diameter of the channel connecting the sealed chamber with the intermembrane cavity of the sensing element, since it is necessary to place the spring of the power-transmitting device with a guaranteed clearance.
Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в разработке датчика давления, имеющего высокую точность измерения малых абсолютных давлений или перепадов давлений и способного противостоять перегрузкам, превышающим диапазон измеренных давлений в сотни и тысяч раз. The problem to which the present invention is directed is to develop a pressure sensor having high accuracy of measuring small absolute pressures or pressure drops and capable of withstanding overloads that exceed hundreds of thousands of times the measured pressure range.
Другой задачей изобретения является создание высокоточного датчика давления, точность измерения которого не измеряется при изменении его температуры. Another objective of the invention is the creation of a high-precision pressure sensor, the accuracy of which is not measured when its temperature changes.
Дополнительной задачей изобретения является создание датчика давления, имеющего повышенный срок эксплуатации без снижения точности измерений. An additional object of the invention is the creation of a pressure sensor having an increased service life without compromising measurement accuracy.
Еще одной задачей изобретения является создание датчика давления с высокими технологическими свойствами, при изготовлении узлов и деталей которого можно использовать передовые методы малоотходной технологии. Another objective of the invention is the creation of a pressure sensor with high technological properties, in the manufacture of components and parts of which you can use advanced methods of low-waste technology.
Технический результат достигается тем, что известный датчик давления содержит корпус с измерительной полость и герметичной камерой, разделенными жесткой перегородкой, чувствительный элемент, тензометрический преобразователь усилия в электрический сигнал и силопередающее устройство между тензометрическим пребразователем и чувствительным элементом, причем, чувствительный элемент размещен в измерительной полости и выполнен в виде мембранной коробки, образованной первой и второй гофрированными мембранами с одинаковыми профилями и жесткими центрами, жесткий центр первой мембраны соединен с торцом цилиндрической вставки, закрепленной в указанной перегородке, жесткий центр второй мембраны соединен с силопередающим устройством, герметичная камера соединена с межмембранной полостью чувствительного элемента каналом, проходящим через цилиндрическую вставку и жесткий центр первой мембраны, тензометрический преобразователь размещен в герметичной камере и включает в себя упругий элемент с тензорезисторами, а силопередающее устройство снабжено пружиной, расположенной в указанном канале, согласно изобретению герметичная камера выполнена вакуумированной, в жестком центре второй мембраны выполнено резьбовое гнездо, силопередающее устройством снабжено головкой с шаровой опорой и резьбовым хвостовиком, взаимодействующим с указанным резьбовым гнездом, пружина силоспередающего устройства размещена между головкой и резьбовым хвостовиком и жестко соединена с ними, упругий элемент тензометрического преобразователя выполнен в форме параллелограмма, имеющего два параллельных жестких основания с боковыми полками и параллельные основаниям упругие балочки, соединяющие боковые полки с образованием параллелограммной подвески, ось симметрии которой совмещена с продольной осью силопередающего устройства, тензорезисторы сформированы на утоненных концах по крайней мере, одной упругой балочки, одно из оснований упругого элемента взаимодействует с шаровой опорой, а другое основание соединено с перегородкой двумя стойками, параллельными боковым полкам. The technical result is achieved by the fact that the known pressure sensor comprises a housing with a measuring cavity and a sealed chamber separated by a rigid partition, a sensing element, a strain gauge transducer of force into an electric signal and a power transmitting device between the strain gauge transducer and the sensing element, moreover, the sensing element is placed in the measuring cavity and made in the form of a membrane box formed by the first and second corrugated membranes with the same profiles and by rigid centers, the rigid center of the first membrane is connected to the end face of the cylindrical insert fixed in the specified partition, the rigid center of the second membrane is connected to the power-transmitting device, the sealed chamber is connected to the intermembrane cavity of the sensing element by a channel passing through the cylindrical insert and the rigid center of the first membrane, the strain gauge is placed in a sealed chamber and includes an elastic element with strain gages, and the power transmitting device is equipped with a spring, located in the said channel, according to the invention, the sealed chamber is evacuated, a threaded socket is made in the rigid center of the second membrane, the power transmitting device is equipped with a ball head and a threaded shank interacting with the specified threaded socket, the spring of the power transmitting device is located between the head and the threaded shank and is rigidly connected with them, the elastic element of the strain gauge transducer is made in the form of a parallelogram having two parallel rigid bases on the side shelves and parallel to the bases, elastic beams connecting the side shelves with the formation of a parallelogram suspension, the axis of symmetry of which is aligned with the longitudinal axis of the power transmitting device, strain gages are formed at the thinned ends of at least one elastic beam, one of the bases of the elastic element interacts with a ball bearing, and the other base is connected to the partition by two racks parallel to the side shelves.
Упругий элемент тензометрического преобразователя может быть снабжен тремя параллельными упругими балочками, а тензорезисторы сформированы на утоненных концах средней балочки. The elastic element of the strain gauge transducer can be equipped with three parallel elastic beams, and strain gauges are formed at the thinned ends of the middle beam.
Канал в цилиндрической вставке может быть выполнен ступенчатым, участок канала с большим диаметром обращен к герметичной камере и в нем размещена пружина силопередающего устройства, а резьбовой хвостовик пропущен через участок канала с меньшим диаметром. The channel in the cylindrical insert can be made stepwise, the section of the channel with a large diameter faces the sealed chamber and the spring of the power transmission device is placed in it, and the threaded shank is passed through the section of the channel with a smaller diameter.
Пружина силопередающего устройства может быть выполнена в виде пакета кольцевых упругих элементов, установленных с зазором относительно друг другу и жестко соединенных между собой перемычками, по две диаметрально расположенные перемычки в каждом зазоре, при этом перемычки в смежных зазорах смещены относительно друг друга на 90o.The spring of the power transmitting device can be made in the form of a package of annular elastic elements installed with a gap relative to each other and rigidly interconnected by jumpers, two diametrically located jumpers in each gap, while the jumpers in adjacent gaps are offset by 90 o relative to each other.
Пакет кольцевых упругих элементов и резьбовой хвостовик силопередающего устройства могут быть выполнена за одно целое в виде тонкостенного стакана с указанным резьбовым хвостовиком, а зазоры между кольцевыми упругими элементами образованы поперечными прорезями в стенках стакана. The package of annular elastic elements and the threaded shank of the power transmitting device can be made in one piece in the form of a thin-walled cup with the specified threaded shank, and the gaps between the annular elastic elements are formed by transverse cuts in the walls of the cup.
В головке силопередающего устройства может быть выполнена цилиндрическая расточка, в которой размещена шаровая опора. In the head of the power transmitting device, a cylindrical bore can be made in which the ball bearing is placed.
В головке силопередающего устройства может быть выполнено центральное отверстие, кромка которого взаимодействует с шаровой опорой. In the head of the power-transmitting device, a central hole can be made, the edge of which interacts with the ball bearing.
Основание упругого элемента, возникающее с шаровой опорой силопередающего устройства, может быть снабжено опорной вставкой с отверстием, кромка которого взаимодействует с шаровой опорой, при этом опорная вставка изготовлена из износостойкого материала и закреплена в поперечном пазу, выполненном в указанном основании. The base of the elastic element that occurs with the ball bearing of the power transmission device may be provided with a support insert with an opening, the edge of which interacts with the ball support, while the support insert is made of wear-resistant material and is fixed in the transverse groove made in the specified base.
Упругий элемент и стойки для соединения его основания с перегородкой могут быть выполнены за одно целое. The elastic element and racks for connecting its base with a partition can be made in one piece.
Упругий элемент и указанные стойки могут быть выполнены из кремниевой пластины. The elastic element and said struts may be made of a silicon wafer.
Сущность изобретения заключается в том, что снабжение силопередающего устройства головкой с шаровой опорой, резьбовым хвостовиком, взаимодействующим с резьбовым гнездом в жестком центре второй гофрированной мембраны и пружиной, размещенной между указанными головкой и хвостовиком, дает возможность ликвидировать технологические погрешности сборки датчика, связанные с допусками на изготовление отдельных узлов и деталей и отрегулировать предварительный натяг между чувствительным элементом и тензометрическим преобразователем, что обеспечивает стабильные прочностные характеристики при упругой деформации гофрированных мембран во время измерения давлений и устойчивую работу тензометрического преобразователя. The essence of the invention lies in the fact that the supply of a power-transmitting device with a head with a ball bearing, a threaded shank interacting with a threaded socket in the rigid center of the second corrugated membrane and a spring located between the said head and shank, makes it possible to eliminate technological errors in the assembly of the sensor associated with tolerances on manufacture of individual units and parts and adjust the preload between the sensor and the strain gauge, which effectiveness to stable strength characteristics when the elastic deformation of bellows during a pressure measurement and stable operation of strain gauge transducer.
Оснащение тензометрического преобразователя упругим элементом параллелограммного типа, образованным основаниями с боковыми полками и соединяющими боковые полки балочками, по крайней мере, на одной из которых размещены тензорезисторы, дает возможность уменьшить погрешности, связанные с изменением температуры за счет двухстороннего размещения тензорезисторов относительно направления измеряемого усилия на тензорезисторы. Equipping the strain gauge transducer with an elastic element of parallelogram type formed by bases with side shelves and connecting beams on the side shelves with at least one of the strain gages placed on them makes it possible to reduce the errors associated with temperature changes due to the double-sided placement of strain gages relative to the direction of the measured force on the strain gages .
Совмещение осей параллелограммной подвески с продольной осью силопередающего устройства способствует уменьшению погрешностей измерения давления, так как все тензорезисторы оказываются на одинаковом удалении от линии приложения измеряемого усилия. Совмещение указанных осей обеспечивается креплением тензометрического преобразователя на перегородке, отделяющей измерительную полость от герметичной камеры, двумя стойками, параллельными боковыми полками оснований. The combination of the axes of the parallelogram suspension with the longitudinal axis of the power-transmitting device helps to reduce pressure measurement errors, since all strain gages are at the same distance from the line of application of the measured force. The combination of these axes is provided by mounting the strain gauge transducer on the partition separating the measuring cavity from the sealed chamber, two racks parallel to the side shelves of the bases.
Наличие в упругом элементе трех параллельных упругих балочек и размещение тензорезисторов на средней упругой балочке способствует повышению точности измерений, так как средняя балочка разгружена от воспроизведения силовых нагрузок вдоль балочки и работает только на изгиб. The presence of three parallel elastic beams in the elastic element and the placement of strain gauges on the middle elastic beam improves the accuracy of measurements, since the average beam is unloaded from reproducing power loads along the beam and works only on bending.
Наличие шаровой опоры в силопередающем устройстве гарантирует, что при любых случайных деформациях в зоне контакта силопередающего устройства с основанием упругого элемента касательные напряжения и поперечные усилия не будут передаваться на упругий элемент, что облегчает юстировку и регулирование датчика при сборке и повышает точность измерения давления при эксплуатации. The presence of a ball bearing in the power-transmitting device ensures that for any accidental deformation in the contact zone of the power-transmitting device with the base of the elastic element, shear stresses and transverse forces will not be transmitted to the elastic element, which facilitates the alignment and regulation of the sensor during assembly and increases the accuracy of pressure measurement during operation.
Датчик давления имеет повышенную стойкость к перегрузкам даже при использовании тонких гофрированных мембран, так как при выполнении в жестком центре второй гофрированной мембраны резьбового гнезда этот жесткий центр выполняют с большей толщиной, чем саму мембрану, что повышает прочность как жесткого центра гофрированной мембраны, так и мембранной коробки в целом. Кроме того, резьбовой хвостовик в любом случае имеет меньший диаметр, чем пружина и следовательно, канал, соединяющий межмембранную полость чувствительного элемента с герметичной камерой, можно выполнять с меньшим диаметром, что также увеличивает возможность противостоять повышенным давлениям в измерительной полости. Это особенно важно при наличии вакуумированной герметичной камеры и при измерении малых абсолютных давлений контролируемой среды, так как прочность измерения малых абсолютных давлений повышается с уменьшением толщины гофрированной мембраны и использование тонких мембран с жестким центром, в котором перегрузка воздействует только на ограниченную центральную зону, расширяет диапазон применения датчика в области малых абсолютных давлений без опасности разрушения его при давлениях перегрузки. The pressure sensor has increased resistance to overloads even when using thin corrugated membranes, since when performing a threaded socket in the rigid center of the second corrugated membrane, this rigid center is made thicker than the membrane itself, which increases the strength of both the rigid center of the corrugated membrane and the membrane boxes in general. In addition, the threaded shank in any case has a smaller diameter than the spring, and therefore, the channel connecting the intermembrane cavity of the sensing element to the sealed chamber can be made with a smaller diameter, which also increases the ability to withstand increased pressures in the measuring cavity. This is especially important in the presence of a vacuum sealed chamber and when measuring small absolute pressures of a controlled environment, since the strength of measuring small absolute pressures increases with decreasing thickness of the corrugated membrane and the use of thin membranes with a rigid center, in which overload affects only a limited central zone, extends the range application of the sensor in the field of low absolute pressures without the danger of its destruction at overload pressures.
Способность противостоять повышенным давлениям дополнительно возрастает при выполнении канала, соединяющего межмембранную полость чувствительного элемента с герметичной камерой, ступенчатым, так как при повышенных давлениях гофрированные мембраны складываются, их жесткие центры прижимаются друг к другу и к торцевой стенке вставки и не компенсируется только перепад давления на жестком центре второй гофрированной мембраны при минимальном диаметре канала в жестком центре первой гофрированной мембраны. The ability to withstand increased pressures increases further when the channel connecting the intermembrane cavity of the sensing element with the sealed chamber is stepped, since at elevated pressures the corrugated membranes are folded, their rigid centers are pressed against each other and to the end wall of the insert and only the differential pressure on the rigid the center of the second corrugated membrane with a minimum channel diameter in the rigid center of the first corrugated membrane.
Точность измерения давления дополнительно повышается при изготовлении пружины в виде пакета кольцевых упругих элементов, установленных с зазором относительно друг друга и жестко соединенных между собой двумя диаметрально расположенными перемычками со смещением перемычек в смежных зазорах на 90o относительно друг друга, так как при этом осевые усилия передаются без появления крутящего момента, что характерно для пружин кручения.The accuracy of the pressure measurement is further enhanced in the manufacture of a spring in the form of a package of annular elastic elements installed with a gap relative to each other and rigidly interconnected by two diametrically arranged jumpers with a 90 ° offset of the jumpers in adjacent gaps, since axial forces are transmitted without the appearance of torque, which is typical for torsion springs.
Наиболее технологично изготовить такую пружину за одно целое с резьбовым хвостовиком в виде тонкостенного стакана с резьбовым хвостовиком и поперечными прорезями в стенках стакана. It is most technologically advanced to produce such a spring in one piece with a threaded shank in the form of a thin-walled cup with a threaded shank and transverse slots in the walls of the cup.
Выполнение цилиндрической расточки и центрального отверстия в головке силопередающего устройства облегчает монтаж датчика и повышает его долговечность, так как при наличии отверстия точечный контакт на шаровой опоре заменяется на линейный, что уменьшает напряжение в зоне контакта. The implementation of a cylindrical bore and a central hole in the head of the power-transmitting device facilitates the installation of the sensor and increases its durability, since with a hole, the point contact on the ball bearing is replaced by a linear one, which reduces the voltage in the contact zone.
Долговечность датчика давления также повышается при изготовлении тензометрического преобразователя из полупроводниковых материалов, например, из кремния, и введением опорной вставки с отверстием, изготовленной из износостойкого материала и закрепленной в поперечном пазу, выполненным в основании упругого элемента. The durability of the pressure sensor is also enhanced by the manufacture of a strain gauge transducer from semiconductor materials, for example, silicon, and the introduction of a support insert with a hole made of a wear-resistant material and fixed in a transverse groove made in the base of the elastic element.
Кроме того, снижению температурных погрешностей и повышению технологичности изготовления датчика давления способствует изготовление за одно целое упругого элемента и стоек, соединяющих его с перегородкой, отделяющей измерительную полость от герметичной камеры. In addition, to reduce temperature errors and improve the manufacturability of the manufacture of the pressure sensor contributes to the manufacture in one piece of the elastic element and the racks connecting it to the partition separating the measuring cavity from the sealed chamber.
Изготовление указанных стоек и упругого элемента из кремниевой пластины позволяет обеспечить высокую точность измерения усилия, уменьшать температурные погрешности и получить высокотехнологичную конструкцию. The manufacture of these struts and an elastic element from a silicon wafer allows for high accuracy of force measurement, to reduce temperature errors and to obtain a high-tech design.
На фиг. 1 изображен датчик давления, на фиг. 2 силопередающее устройство, на фиг. 3 вид А фиг. 2, на фиг. 4 тензометрический преобразователь, на фиг. 5 вид Б фиг. 4, на фиг. 6 схема соединения тензорезисторов. In FIG. 1 shows a pressure sensor; FIG. 2 power transmitting device, in FIG. 3 view A of FIG. 2, in FIG. 4 strain gauge, in FIG. 5 view B of FIG. 4, in FIG. 6 diagram of the connection of strain gages.
Датчик давления содержит корпус 1 со штуцером 2, имеющий измерительную полость 3 и герметичную камеру 4, разделенные жесткой перегородкой 5 с цилиндрической вставкой 6. В полости 3 размещен чувствительный элемент 7 виде мембранной коробки, образованной соединенными по периметру гофрированными мембранами 8 и 9 с одинаковыми профилями и жесткими центрами. Жесткий центр мембраны 8 соединен с торцом вставки 6, а в жестком центре мембраны 9, образованном ее плоской центральной частью с накладкой 10, выполнено резьбовое гнездо 11. Камера 4 соединена с межмембранной полостью 12 чувствительного элемента 7 каналом 13, проходящим через вставку 6 и центральное отверстие в жестком центре мембраны 8. В камере 4 размещен тензометрический преобразователь 14, закрепленный на перегородке 5 посредством шайб 15 и винтов 16. The pressure sensor comprises a housing 1 with a fitting 2, having a measuring cavity 3 and an airtight chamber 4, separated by a rigid partition 5 with a cylindrical insert 6. In the cavity 3 there is a sensing element 7 in the form of a membrane box formed by corrugated membranes 8 and 9 connected along the perimeter with identical profiles and rigid centers. The rigid center of the membrane 8 is connected to the end face of the insert 6, and a threaded socket 11 is made in the rigid center of the membrane 9 formed by its flat central part with the cover 10. The chamber 4 is connected to the intermembrane cavity 12 of the sensing element 7 by a channel 13 passing through the insert 6 and the central a hole in the rigid center of the membrane 8. In the chamber 4 is placed a strain gauge 14, mounted on the partition 5 by means of washers 15 and screws 16.
Тензометрический преобразователь 14 содержит упругий элемент 17 с тензорезисторами 18, 19, 20, 21, опорную вставку 22 и стойки 23 для крепления тензометрического преобразователя 14 на перегородке 5. Упругий элемент 17 выполнен в форме параллелограмма, имеющего два параллельных жестких основания 24 и 25 с боковыми полками 26 и 27 и параллельные основаниям упругие балочки 28, 29, 30, соединяющие боковые полки 26 и 27 с образованием параллелограммной подвески. В основании 24 выполнен поперечный паз, в котором закреплена с помощью клея опорная вставка 22 с отверстием 31, ось которого совмещена с продольной осью параллелограммной подвески. Полки 26 и 27 соединены со смежными основаниями 24 и 25 с помощью двух замков с возможностью перемещения оснований относительно друг друга в направлении действия силы в пределах гарантированного зазора "а". Основание 25 снабжено двумя стойками 23, параллельными полками 26 и 27. Основания 24 и 25, балочки 28 и 30, а также стойки 23 выполнены за одно целое из кремниевой пластины, а средняя балочка из монокристаллического кремния с диффузионными тензорезисторами 18, 19, 20, 21 на наружных поверхностях в зоне уточнений 32. Концы 33 балочки 29 вклеены в пазы полок 26 и 27. Тензорезисторы 18, 19, 20, 21 соединены в мост Уинстона, который одной своей диагональю подключен через разъем 34 к источнику стабилизированного питания Uп, а другая диагональ является измерительной и подключена через разъем 34 к известной регистрирующей аппаратуре.Strain gauge 14 contains an
Между чувствительным элементом 7 и тензометрическим преобразователем 14 размещено силопередающее устройство состоящее из жестко соединенных между собой резьбового хвостовика 35, пружины 36 и головки 37 с шаровой опорой 38. Between the sensing element 7 and the strain gauge transducer 14 is placed a power transmitting device consisting of a threaded
Пружина 36 представляет собой пакет кольцевых упругих элементов 39, установленных с зазором относительно друг друга и жестко соединенных между собой перемычками 40 /по две диаметрально расположенные перемычки в каждом зазоре/. Перемычки 40 в смежных зазорах смещены относительно друг друга на 90o. Пакет кольцевых упругих элементов 39 и резьбовой хвостовик 35 выполнены за одно целое в виде тонкостенного стакана 41 с резьбовым хвостовиком 35, при этом зазоры между кольцевыми упругими элементами образованы поперечными прорезями 42 в стенке стакана 41. В головке 37 выполнена цилиндрическая расточка 43 и центральное отверстие 44. В расточке 43 размещена шаровая опора 38: взаимодействующая с кромкой центрального отверстия 44 с кромкой отверстия 31 опорной вставки 22. Канал 13 в цилиндрической вставке 6 выполнен ступенчатым. Участок канала с большим диаметром обращен к камере 4 и в нем размещена пружина 36 силопередающего устройства, а резьбовой хвостовик 35 пропущен через участок канала с меньшим диаметром и ввернут в резьбовое гнездо 11 жесткого центра мембраны 9.The
Датчик давления юстируется в положении штуцером 2 вниз. Для этого вворачиваем резьбовое гнездо 11 хвостовик 35 силового передающего устройства до упора в дно вставки 6. Устанавливает в цилиндрическую расточку 43, шаровую опору 38. Устанавливает тензометрический преобразователь 14 в перегородку 5 и закрепляем его над шаровой опорой 38 посредством шайб 15 и винтов 16. Вращая головку 37, выворачиваем силопередающее устройство до контакта шаровой опоры 38 с основанием 24 упругого элемента 17. Контакт регистрируется по появлению сигнала с тензометрического преобразователя 14. Проверяем совмещение осей силопередающего устройства и тензометрического преобразователя, замеряя суммарное сопротивление тензорезистора 18, 19, 20, 21. При совмещении осей силопередающего устройства и тензометрического преобразователя сумматоре сопротивление тензорезисторов моста Уинстона до и после приложения нагрузки равны между собой. Неравенство суммарных сопротивлений тензорезисторов моста Уинстона до и после приложения нагрузки указывает на несовмещение осей силопередающего устройства и тензометрического преобразователя. В этом случае определяем наклон оси тензометрического преобразователя 14 и устраняем его, например, путем изменения длины одной из стоек 23. Нагружаем повторно упругий элемент 17 юстировочным усилием, меньшим рабочего усилия и контролируемым совпадение указанных осей. Закрепляем окончательно тензометрический преобразователь 14 в совмещенном положении. Вращая головку 37, раздвигаем мембраны 8 и 9 в рабочее положение. Контроль за проведением датчика в рабочее состояние осуществляется по сигналу с тензометрического преобразователя. The pressure sensor is adjusted in position with fitting 2 down. To do this, screw the threaded socket 11 on the
После юстировки камера 4 вакуумируется, а затем герметизируется. Посредством штуцера 2 датчик подсоединяется к объекту с контролируемой средой. After adjustment, the chamber 4 is evacuated and then sealed. Using the fitting 2, the sensor is connected to an object with a controlled environment.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Контролируемая среда подается через штуцер 2 в измерительную полость 3. Мембрана 9 под действием давления контролируемой среды развивает усилие, которое через силопередающее устройство воздействует на упругий элемент 17 тензометрического преобразователя 14. Упругий элемент 17 деформируется под действием приложенного усилия, при этом происходит поворот упругой балочки 29 на некоторый угол относительно утонений 32. На тензорезисторы 18, 19, 20, 21 воздействуют механические напряжения от изгиба, которые пропорциональны приложенному усилию, причем, на парах тензорезисторов 18, 19 и 20, 21 изгибные напряжения имеют разный знак. При изменении сопротивления тензорезисторов 19, 20, 21 происходит разбаланс поста Уинстона и на его измерительной диагонали возникает напряжение, пропорциональной воздействующему давлению, измеряемое известной регистрирующей аппаратурой. При превышении давления контролируемой среды в измерительной полости 3 измеряемого диапазона давлений мембрана 9 ложится на мембрану 8. Поскольку профили мембран совпадают, то мембраны совмещаются полностью, образуя двухслойный пакет. Жесткий центр мембраны 9 прижимается давлением среды к жесткому центру мембраны 8 и торцу вставки 6. Незащищенный от перепада давлений остается центральная зона жесткого центра мембраны 9 под каналом, соединяющим межмембранную полость чувствительного элемента с герметичной камерой, окружающая резьбовой хвостовик 35. Так как резьбовое гнездо 11, взаимодействующее с резьбовым хвостовиком 35, имеет достаточно толстые стенки, а диаметр канала относительно мал /примерно 2 4 мм, в зависимости от диапазона измеряемых давлений/, то практически, любое давление перегрузки не может разрушить чувствительный элемент и датчик давления сохраняет работоспособность при эксплуатации в любом технологическом оборудовании. The controlled medium is fed through the nozzle 2 into the measuring cavity 3. The membrane 9 under the pressure of the controlled medium develops a force which, through the power transmitting device, acts on the
При снижении давления перегрузки до диапазона измерений датчика давления мембрана 9 под воздействием пружины 36 отделяется от мембраны 8 и датчик начинает измерять давление контрольной среды. When the overload pressure decreases to the measuring range of the pressure sensor, the membrane 9 is separated from the membrane 8 by the action of the
Изобретение может быть изготовлено промышленным способом с использованием современных материалов и технологий, что подтверждает его промышленную применимость. The invention can be manufactured industrially using modern materials and technologies, which confirms its industrial applicability.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95108079A RU2082128C1 (en) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | Pressure gauge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU95108079A RU2082128C1 (en) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | Pressure gauge |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU95108079A RU95108079A (en) | 1997-03-10 |
| RU2082128C1 true RU2082128C1 (en) | 1997-06-20 |
Family
ID=20167895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU95108079A RU2082128C1 (en) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | Pressure gauge |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2082128C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178060U1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-03-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Strain gauge dynamometer |
-
1995
- 1995-05-10 RU RU95108079A patent/RU2082128C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Авторское свидетельство СССР N 1272132, кл. G 01 L 9/04, 1986. 2. Авторское свидетельство СССР N 1352265, кл. G 01 L 9/04, 1987. 3. Патент США N 4543832, кл. G 01 L 9/04, 1985. 4. Патент США N 4212209, кл. G 01 L 9/04, 1985. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU178060U1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-03-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Strain gauge dynamometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU95108079A (en) | 1997-03-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5712428A (en) | Pressure sensor with a solid to minimize temperature-related measurement error | |
| US7401522B2 (en) | Pressure sensor using compressible sensor body | |
| US6122978A (en) | Web tension cantilever transducer apparatus | |
| WO1998012527A1 (en) | Differential pressure transducer | |
| US3327270A (en) | Semi-conductor sensing assembly | |
| US7197934B2 (en) | Pressure sensor with temperature compensated optical fiber | |
| US6718827B1 (en) | Center-mount capacitive sensor with overload protection | |
| US4691574A (en) | Capacitance transducer | |
| US4020448A (en) | Oscillating crystal transducer systems | |
| CN1135376C (en) | Relative pressure sensor | |
| RU2082128C1 (en) | Pressure gauge | |
| US4017819A (en) | Pressure transducer | |
| US4776219A (en) | Pressure transducer | |
| US8844372B2 (en) | Vortex flow meter | |
| US2840675A (en) | Transducer | |
| US3413845A (en) | Low deflection force transducer | |
| JP3001577B2 (en) | Load cell, pressure sensor and pressure sensor calibration device | |
| WO2017122496A1 (en) | Pressure sensor | |
| JPH023123B2 (en) | ||
| US3300745A (en) | Low pressure transducer | |
| US3427884A (en) | Differential pressure transducer | |
| SU1081448A1 (en) | Absolute pressure pickup | |
| KR102498987B1 (en) | Load detection device | |
| RU2175117C1 (en) | Sensor for measurement of longitudinal force | |
| JPH02272336A (en) | Load transducer with pedestal |