RU2344389C1 - Thin-film pressure sensor - Google Patents

Thin-film pressure sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2344389C1
RU2344389C1 RU2007118784/28A RU2007118784A RU2344389C1 RU 2344389 C1 RU2344389 C1 RU 2344389C1 RU 2007118784/28 A RU2007118784/28 A RU 2007118784/28A RU 2007118784 A RU2007118784 A RU 2007118784A RU 2344389 C1 RU2344389 C1 RU 2344389C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
elastic element
pads
cylindrical
contact pads
contact
Prior art date
Application number
RU2007118784/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Михайлович Белозубов (RU)
Евгений Михайлович Белозубов
Александр В чеславович Блинов (RU)
Александр Вячеславович Блинов
Сергей Алексеевич Козин (RU)
Сергей Алексеевич Козин
Нина Евгеньевна Белозубова (RU)
Нина Евгеньевна Белозубова
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие 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 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт физических измерений filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority to RU2007118784/28A priority Critical patent/RU2344389C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2344389C1 publication Critical patent/RU2344389C1/en

Links

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)

Abstract

FIELD: physics, measurement.
SUBSTANCE: thin-film pressure sensor is meant for working in conditions of the action of increase vibratory acceleration. Sensor contains cylindrical case (1), spring element (2) in a form integrated with cylindrical supporting base (3) rigidly fixed membrane (4). On membrane (4) is formed strain-sensitive configuration (5) with resistive-strain sensor (6) and contact pads (7). On case (1) and supporting base (3) is fixed a cylindrical terminal block (8). Contacts (9) blocks (8) are placed perpendicularly to the surface of spring element (2) above contact pads (7), placed on the periphery of spring element (2). Lead-out conductors (10) connect the contact pads (7) and contacts (9), blocks (8) and are partially located on the cylindrical surface, connecting planes of contact pads (7) and planes of contact (9) surfaces. Resistive-strain sensors (6) are placed on the periphery of membrane (4) between contact pads (7). On supporting base (3) spring element (2) is executed cylindrical thinning (11) and protrusion (12) in the form of a cylindrical ring. One of the bases of the ring is located on the plane of membrane (4), on which is placed strain-sensitive configuration (5). Sizes of the spring element (2), terminal block (8) and the case (1) are connected with a specific correlation.
EFFECT: increase in the sensitivity of the sensor to the measured pressure.
1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия повышенных виброускорений.The present invention relates to measuring equipment, in particular to sensors intended for use in various fields of science and technology related to measuring pressure under conditions of increased vibration acceleration.

Известна конструкция тонкопленочного датчика давления, предназначенная для использования в условиях воздействия повышенных виброускорений, содержащая установленные в корпусе цилиндрическую контактную колодку с основанием и чувствительный элемент в виде жесткозащемленной мембраны с тензочувствительной схемой, плоские выводные проводники которой частично расположены по поверхности чувствительного элемента и соединяют его контактные площадки с контактами колодки, причем плоские выводные проводники закреплены на дополнительных контактных площадках на периферии чувствительного элемента [1].A known design of a thin-film pressure sensor intended for use in conditions of exposure to increased vibration accelerations, containing a cylindrical contact block with a base installed in the housing and a sensing element in the form of a rigidly clamped membrane with a strain-sensitive circuit, the flat lead conductors of which are partially located on the surface of the sensing element and connect its contact pads with the contacts of the pads, and the flat output conductors are fixed on additional to ntaktnyh sites on the periphery of the sensor element [1].

Данная конструкция не обладает необходимой виброустойчивостью, т.к. при эксплуатации ее в условиях воздействия достаточно больших виброускорений в широком диапазоне частот происходит обрыв выводных проводников, обусловленный влиянием фреттинг-коррозии (коррозии трением), возникающей в результате взаимодействия и соударения выводных проводников с поверхностями чувствительного элемента и колодки вследствие сравнительно большой длины выводных проводников. Недостатком известной конструкции датчика давления является также влияние контактной колодки на характеристики датчика вследствие непосредственного расположения и жесткого закрепления контактной колодки на поверхности мембраны упругого элемента, жестко связанной с корпусом. В этом случае механические напряжения при воздействии виброускорений, термические и другие напряжения, возникающие в корпусе, передаются через контактную колодку на мембрану упругого элемента и изменяют ее характеристики.This design does not have the necessary vibration resistance, because when it is operated under the influence of sufficiently large vibration accelerations in a wide frequency range, the lead-out wires break off due to the influence of fretting corrosion (friction corrosion) resulting from the interaction and collision of the lead-out conductors with the surfaces of the sensing element and the shoe due to the relatively large length of the lead-out conductors. A disadvantage of the known design of the pressure sensor is also the influence of the contact block on the characteristics of the sensor due to the direct location and rigid fastening of the contact block on the surface of the membrane of the elastic element, rigidly connected with the housing. In this case, mechanical stresses due to vibration acceleration, thermal and other stresses arising in the housing are transmitted through the contact block to the membrane of the elastic element and change its characteristics.

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности прототипом является тонкопленочный датчик давления, содержащий цилиндрический корпус, упругий элемент в виде выполненной за одно целое с цилиндрическим опорным основанием жесткозащемленной мембраны, на которой сформирована тензочувствительная схема с тензорезисторами и контактными площадками, закрепленную на корпусе и опорном основании цилиндрическую контактную колодку, контакты которой размещены перпендикулярно поверхности упругого элемента над контактными площадками, расположенными на периферии упругого элемента, и соединяющие контактные площадки и контакты колодки выводные проводники, частично расположенные по цилиндрическим поверхностям, соединяющим плоскости контактных площадок и плоскости поверхностей контактов колодки [2].The closest to the proposed solution in terms of technical essence, the prototype is a thin-film pressure sensor containing a cylindrical body, an elastic element in the form of a rigidly clamped membrane made in one piece with a cylindrical support base, on which a strain-sensitive circuit with strain gauges and contact pads is formed, mounted on the housing and the support base a cylindrical contact block, the contacts of which are placed perpendicular to the surface of the elastic element above the contact areas dkami disposed on the periphery of the elastic member, and connecting the contact pads and contact pads terminal conductors partially disposed on cylindrical surfaces connecting the plane of contact pads and contact pads plane surfaces [2].

Указанное решение не обладает требуемой виброустойчивостью, так как при воздействии на датчик весьма значительных виброускорений сложного спектрального состава, практически во всех направлениях выводные проводники подвергаются воздействию не только этих виброускорений, но и дополнительных усилий, вызванных различными перемещениями в местах присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензочувствительной схемы и контактам колодки. В рассматриваемом решении при воздействии виброускорений места присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензочувствительной схемы вследствие жесткой связи мембраны и корпуса практически не имеют перемещений относительно корпуса датчика.The indicated solution does not have the required vibration resistance, since when the sensor is subjected to very significant vibration accelerations of complex spectral composition, in almost all directions the output conductors are exposed not only to these vibration accelerations, but also to additional forces caused by various movements at the points where the output conductors are connected to the contact areas of the strain-sensitive circuit and pads pads. In this solution, when exposed to vibration accelerations, the points of attachment of the lead-out conductors to the contact pads of the strain-sensitive circuit due to the rigid connection of the membrane and the housing practically have no displacements relative to the sensor housing.

В то же время вследствие наличия консолей у контактов колодки при воздействии виброускорений, особенно в направлении, перпендикулярном длине контактов колодки, места присоединения выводных проводников к контактам колодки, имеют перемещения относительно корпуса, а следовательно, и относительно места присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензочувствительной схемы. Кроме того, в рассматриваемом решении амплитуда перемещений мест присоединения выводных проводников к контактам колодки относительно мест присоединения к контактным площадкам тензочувствительной схемы увеличена вследствие недостаточной жесткости корпуса.At the same time, due to the presence of consoles at the contacts of the block under the influence of vibration accelerations, especially in the direction perpendicular to the length of the contacts of the block, the points of connection of the terminal conductors to the contacts of the block have displacements relative to the housing, and, therefore, relative to the place of connection of the terminal conductors to the contact areas of the strain-sensitive circuit . In addition, in the solution under consideration, the amplitude of the displacements of the points of attachment of the lead conductors to the contacts of the block relative to the places of connection to the contact pads of the strain-sensitive circuit is increased due to insufficient rigidity of the housing.

Таким образом, при воздействии высоких уровней виброускорений вследствие взаимных перемещений мест присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензочувствительной схемы и контактам колодки возникают разрушения проводников, носящие усталостный характер. Наиболее частыми местами разрушения проводников являются места присоединения проводников к контактам колодки или контактным площадкам тензочувствительной схемы.Thus, when exposed to high levels of vibration acceleration due to the mutual displacements of the points of attachment of the lead-out conductors to the contact pads of the strain-sensitive circuit and the contacts of the pads, damage to the conductors that are fatigue-like occurs. The most common places for the destruction of conductors are the places where the conductors join the contacts of the pads or the contact pads of the strain-sensitive circuit.

Кроме того, недостатком известной конструкции является достаточно высокая относительная погрешность датчика от воздействия виброускорений, вызванная достаточно большим соотношением выходного сигнала датчика от воздействия виброускорений к выходному сигналу от воздействия номинального измеряемого давления, что объясняется сравнительно невысокой чувствительностью к измеряемому давлению.In addition, a disadvantage of the known design is the relatively high relative error of the sensor from the effects of vibration accelerations, caused by a sufficiently large ratio of the sensor output from the effects of vibration accelerations to the output signal from the influence of the nominal measured pressure, which is explained by the relatively low sensitivity to the measured pressure.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение виброустойчивости датчиков давления за счет уменьшения различного перемещения выводных проводников в местах их присоединения к контактным площадкам тензочувствительной схемы и контактам колодки и за счет уменьшения отношения выходного сигнала датчика от воздействия виброускорений к выходному сигналу от воздействия номинального измеряемого давления при помощи повышения чувствительности датчика к измеряемому давлению.The objective of the invention is to increase the vibration resistance of the pressure sensors by reducing the various movements of the output conductors in the places of their attachment to the contact pads of the strain-sensitive circuit and the contacts of the pads and by reducing the ratio of the output signal of the sensor from the effects of vibration acceleration to the output signal from the influence of the nominal measured pressure by increasing the sensitivity sensor to the measured pressure.

Поставленная задача достигается тем, что в тонкопленочном датчике давления, содержащем цилиндрический корпус, упругий элемент в виде выполненной за одно целое с цилиндрическим опорным основанием жесткозащемленной мембраны, на которой сформирована тензочувствительная схема с тензорезисторами и контактными площадками, закрепленную на корпусе и опорном основании цилиндрическую контактную колодку, контакты которой размещены перпендикулярно поверхности упругого элемента над контактными площадками, расположенными на периферии упругого элемента, и соединяющие контактные площадки и контакты колодки, выводные проводники, частично расположенные по цилиндрическим поверхностям, соединяющим плоскости контактных площадок и плоскости поверхностей контактов колодки, тензорезисторы размещены на периферии мембраны между контактными площадками, а на опорном основании упругого элемента выполнено цилиндрическое утончение, образующее на опорном основании выступ в виде цилиндрического кольца, одно из оснований которого находится в плоскости поверхности мембраны, на которой размещена тензочувствительная схема, причем размеры упругого элемента, контактной колодки и корпуса выбраны из соотношенийThe task is achieved by the fact that in a thin-film pressure sensor containing a cylindrical body, an elastic element in the form of a rigidly clamped membrane made in one piece with a cylindrical support base, on which a strain-sensitive circuit with strain gauges and contact pads is formed, is mounted on the housing and the support base, a cylindrical contact block , the contacts of which are perpendicular to the surface of the elastic element above the contact pads located on the periphery of the elastic about the element, and connecting pads and pads, lead conductors partially located on cylindrical surfaces connecting the plane of the pads and the plane of the surfaces of the pads, strain gages are placed on the periphery of the membrane between the pads, and a cylindrical thinning is made on the supporting base of the elastic element, forming on the supporting base, a protrusion in the form of a cylindrical ring, one of the bases of which is in the plane of the surface of the membrane on which p a strain-sensitive circuit is placed, and the dimensions of the elastic element, the contact block and the housing are selected from the relations

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

где Dэ - наружный диаметр утончения упругого элемента;where D e - the outer diameter of the thinning of the elastic element;

dэ - внутренний диаметр опорного основания упругого элемента;d e - the inner diameter of the support base of the elastic element;

Dв - диаметр выступа упругого элемента;D in - the diameter of the protrusion of the elastic element;

Dк - диаметр контакта колодки;D to - the diameter of the contact pads;

γэ - плотность материала упругого элемента;γ e - the density of the material of the elastic element;

γк - плотность материала контакта колодки;γ to - the density of the contact material pads;

Eэ - модуль упругости материала упругого элемента;E e - the modulus of elasticity of the material of the elastic element;

Ек - модуль упругости материала контакта колодки;E to - the modulus of elasticity of the material of the contact pads;

lэ - длина деформируемой под воздействием виброускорений части упругого элемента;l e - the length of the deformable part of the elastic element under the influence of vibration accelerations;

lк - длина контакта колодки;l to - the contact length of the pads;

hм - толщина мембраны упругого элемента;h m - the thickness of the membrane of the elastic element;

hв - толщина выступа упругого элемента;h in - the thickness of the protrusion of the elastic element;

Dвн - внутренний диаметр колодки;D VN - inner diameter of the pads;

Wmax - максимальная величина виброускорений;W max - the maximum value of vibration acceleration;

γкор - плотность материала корпуса;γ cor - the density of the body material;

lкор - длина корпуса;l cor - the length of the body;

Eкор - модуль упругости корпуса;E cor - the modulus of elasticity of the body;

Dкор - наружный диаметр корпуса;D COR - outer diameter of the housing;

dкор - внутренний диаметр корпуса;d core - the inner diameter of the housing;

Dэо - наружный диаметр опорного основания упругого элемента на участке без утончения;D eo - the outer diameter of the support base of the elastic element in the area without thinning;

lо - длина опорного основания на участке без утончения.l about - the length of the support base in the area without thinning.

На чертеже изображен предлагаемый тонкопленочный датчик давления.The drawing shows the proposed thin-film pressure sensor.

На чертеже обозначены: 1 - цилиндрический корпус, 2 - упругий элемент, 3 - цилиндрическое опорное основание, 4 - жесткозащемленная мембрана, 5 - тензочувствительная схема, 6 - тензорезисторы, 7 - контактные площадки, 8 - цилиндрическая контактная колодка, 9 - контакты колодки, 10 - выводные проводники, 11 - утончение, 12 - выступ, 13 - диэлектрическая пленка.The drawing shows: 1 - a cylindrical body, 2 - an elastic element, 3 - a cylindrical support base, 4 - a tightly-sealed membrane, 5 - strain-sensitive circuit, 6 - strain gauges, 7 - contact pads, 8 - cylindrical contact block, 9 - contact pads, 10 - output conductors, 11 - thinning, 12 - protrusion, 13 - dielectric film.

Тонкопленочный датчик давления содержит цилиндрический корпус 1, упругий элемент 2 в виде выполненной за одно целое с цилиндрическим опорным основанием 3 жесткозащемленной мембраны 4, на которой сформирована тензочувствительная схема 5 с тензорезисторами 6 и контактными площадками 7, закрепленную на корпусе и опорном основании цилиндрическую контактную колодку 8, контакты 9 которой размещены перпендикулярно поверхности упругого элемента над контактными площадками 7, расположенными на периферии упругого элемента 2, и соединяющие контактные площадки 7 и контакты колодки 9 выводные проводники 10, частично расположенные по цилиндрическим поверхностям, соединяющим плоскости контактных площадок и плоскости поверхностей контактов колодки. Тензорезисторы 6 с контактными площадками 7 электрически изолированы от упругого элемента при помощи диэлектрической пленки 13.The thin-film pressure sensor comprises a cylindrical body 1, an elastic element 2 in the form of a rigidly-tightened membrane 4 made in one piece with a cylindrical support base 3, on which a strain-sensitive circuit 5 with strain gauges 6 and contact pads 7 is formed, a cylindrical contact block 8 mounted on the housing and the support base , the contacts 9 of which are placed perpendicular to the surface of the elastic element above the contact pads 7 located on the periphery of the elastic element 2, and connecting the contact 7 pads and pads contacts 9 lead conductors 10 partially located along cylindrical surfaces connecting the plane of the contact pads and the plane of the contact surfaces of the pads. Strain gages 6 with pads 7 are electrically isolated from the elastic element using a dielectric film 13.

Тензорезисторы 6 размещены на периферии мембраны между контактными площадками 7, а на опорном основании упругого элемента выполнено цилиндрическое утончение 11, образующее на опорном основании выступ 12 в виде цилиндрического кольца, одно из оснований которого находится в плоскости поверхности мембраны, на которой размещена тензочувствительная схема 5, причем размеры упругого элемента, контактной колодки и корпуса выбраны из определенных соотношений.The strain gages 6 are placed on the periphery of the membrane between the contact pads 7, and a cylindrical thinning 11 is made on the supporting base of the elastic element, forming a protrusion 12 in the form of a cylindrical ring on one of the supporting base, one of the bases of which is in the plane of the membrane surface on which the strain-sensitive circuit 5 is placed, moreover, the dimensions of the elastic element, the contact pads and the housing are selected from certain ratios.

Датчик работает следующим образом. Под воздействием измеряемого давления в жесткозащемленной мембране 4 возникают поверхностные деформации, которые воспринимаются и преобразуются в относительные изменения сопротивлений тензорезисторами 6 тензочувствительной схемы 5. Выводные проводники 10 служат для подачи на тензочувствительную схему 5 напряжения питания и съема с нее выходного сигнала через контакты 9 контактную колодку 8. При воздействии виброускорений на датчик в процессе эксплуатации упругий элемент 2, выводные проводники 10 и контакты 9 контактной колодки 8 также подвергнутся этому воздействию.The sensor operates as follows. Under the influence of the measured pressure in the rigidly-sealed membrane 4 surface deformations arise, which are perceived and converted into relative changes in the resistances of the strain gauges 6 of the strain-sensing circuit 5. The output conductors 10 serve to supply the voltage-sensing circuit 5 with a voltage supply and remove the output signal from it through the contacts 9 of the terminal block 8 . Under the influence of vibration accelerations on the sensor during operation, the elastic element 2, the output conductors 10 and the contacts 9 of the terminal block 8 also will be affected by this effect.

Размещение тензорезисторов 6 на периферии мембраны 4 позволяет существенно повысить чувствительность датчика к измеряемому давлению за счет значительно (до 2 раз) больших деформаций от измеряемого давления на периферии мембраны 4 по сравнению с деформациями в других областях мембраны 4. Повышение чувствительности к измеряемому давлению уменьшает соотношение выходного сигнала датчика от воздействия виброускорений к выходному сигналу от воздействия номинального измеряемого давления, а следовательно, относительная погрешность от воздействия виброускорений по сравнению с прототипом будет меньше. Кроме того, размещение тензорезисторов 6 на периферии мембраны 4 позволяет разместить контактные площадки 7 непосредственно под контактами 9 колодки 8 без использования дополнительных контактных площадок и выводных проводников, расположенных на поверхности тензочувствительной схемы, что, как было показано ранее, повышает виброустойчивость.The placement of strain gauges 6 on the periphery of the membrane 4 can significantly increase the sensitivity of the sensor to the measured pressure due to significantly (up to 2 times) large deformations from the measured pressure on the periphery of the membrane 4 compared with deformations in other areas of the membrane 4. Increasing the sensitivity to the measured pressure reduces the ratio of the output sensor signal from the effect of vibration acceleration to the output signal from the influence of the nominal measured pressure, and therefore, the relative error from the Corollary vibration acceleration compared to the prototype will be less. In addition, the placement of the strain gauges 6 on the periphery of the membrane 4 allows you to place the contact pads 7 directly under the contacts 9 of the pads 8 without the use of additional contact pads and lead conductors located on the surface of the strain-sensitive circuit, which, as shown earlier, increases vibration resistance.

Так как на опорном основании 3 упругого элемента 2 выполнено цилиндрическое утончение 11, то под воздействием виброускорений места присоединения выводных проводников 10 к контактным площадкам 7 тензочувствительной схемы 5 вследствие отсутствия жесткой связи мембраны 4 и корпуса 1 имеют перемещения относительно корпуса 1. Фаза этих перемещений при частотах виброускорений, меньших собственных частот элементов датчика (что является известным условием работоспособности конструкций при воздействии виброускорений [3]), совпадает с фазой перемещений мест присоединения выводных проводников 10 к контактам 9 колодки 8.Since a cylindrical thinning 11 is made on the supporting base 3 of the elastic element 2, under the influence of vibration accelerations of the connection point of the lead wires 10 to the contact pads 7 of the strain-sensitive circuit 5, due to the absence of a rigid connection, the membranes 4 and the housing 1 have movements relative to the housing 1. The phase of these movements at frequencies vibration accelerations lower than the natural frequencies of the sensor elements (which is a known condition for the operability of structures when exposed to vibration accelerations [3]), coincides with the phase eny point of attachment of the terminal conductors 10 to the terminals 9 8 pads.

В результате этого уменьшается различное перемещение выводных проводников в местах их присоединения к контактным площадкам 7 тензочувствительной схемы 5 и контактам 9 колодки 8, а следовательно, уменьшаются дополнительные усилия, вызванные рассматриваемыми перемещениями, и повышается виброустойчивость датчика.As a result of this, the different movement of the output conductors at the points of their attachment to the contact pads 7 of the strain-sensitive circuit 5 and the contacts 9 of the block 8 is reduced, and therefore, the additional forces caused by the considered movements are reduced, and the vibration resistance of the sensor is increased.

Выполнение на опорном основании 3 выступа 12 позволяет обеспечивать одинаковое перемещение выводных проводников в местах их присоединения к контактным площадкам 7 тензочувствительной схемы 5 и контактам 9 колодки 8 при больших толщинах цилиндрического утончения 11 (для сохранения необходимой его прочности при воздействии давления) вследствие увеличения виброперемещений за счет массы выступа 12. Выступ 12 выполнен в виде цилиндрического кольца, так как только в этом случае достигается равномерное влияние на величину виброперемещений по всем направлениям, перпендикулярным продольной оси датчика.The implementation on the supporting base 3 of the protrusion 12 allows for the same movement of the output conductors in the places of their connection to the contact pads 7 of the strain-sensitive circuit 5 and the contacts 9 of the block 8 with large thicknesses of the cylindrical thinning 11 (to maintain its necessary strength under pressure) due to the increase in vibration displacement due to the mass of the protrusion 12. The protrusion 12 is made in the form of a cylindrical ring, since only in this case a uniform effect on the magnitude of vibration displacements over all m directions perpendicular to the longitudinal axis of the sensor.

При этом одно из оснований выступа 12 находится в плоскости поверхности мембраны 4, на которой размещена тензочувствительная схема 5, для обеспечения максимального влияния выступа 12 на величину виброперемещений. Если одно из оснований выступа 12 будет находиться ниже плоскости поверхности мембраны 4, на которой размещена тензочувствительная схема 5, то влияние выступа 12 на величину виброперемещений будет меньше вследствие уменьшения расстояния от выступа 12 до места закрепления упругого элемента 2 в корпусе 1. В случае нахождения этого основания выше плоскости поверхности мембраны 4, на которой размещена тензочувствительная схема 5, ее практически будет невозможно изготовить по тонкопленочной технологии.In this case, one of the bases of the protrusion 12 is located in the plane of the surface of the membrane 4 on which the strain-sensitive circuit 5 is placed, in order to maximize the influence of the protrusion 12 on the magnitude of the vibrations. If one of the bases of the protrusion 12 will be below the plane of the surface of the membrane 4, on which the strain-sensitive circuit 5 is located, then the influence of the protrusion 12 on the magnitude of the vibrations will be less due to a decrease in the distance from the protrusion 12 to the place of fastening of the elastic element 2 in the housing 1. If this is found base above the plane of the surface of the membrane 4, on which the strain-sensitive circuit 5 is placed, it will be practically impossible to produce by thin-film technology.

Размеры корпуса 1, упругого элемента 2, контактной колодки 8 выбраны в соответствии с заявляемыми соотношениями для обеспечения при воздействии виброускорений одинаковых перемещений выводных проводников в местах их присоединения к контактным площадкам 7 тензочувствительной схемы 5 и контактам 9 колодки 8, а следовательно, для уменьшения дополнительных усилий, вызванных рассматриваемыми перемещениями, и повышения виброустойчивости датчика.The dimensions of the housing 1, the elastic element 2, the contact block 8 are selected in accordance with the claimed ratios to ensure the same movements of the output conductors in the places of their attachment to the contact pads 7 of the strain-sensitive circuit 5 and the contacts 9 of the block 8 when exposed to vibration accelerations, and, therefore, to reduce additional forces caused by the movements under consideration, and increase the vibration resistance of the sensor.

В качестве примера приведем размеры элементов конструкции тонкопленочного датчика давления в соответствии с заявляемыми соотношениями с пределом измерения 2,8 МПа: внутренний диаметр опорного основания упругого элемента dэ=5·10-3 м; диаметр выступа упругого элемента Dв=7,6·10-3 м; диаметр контакта колодки Dк=0,65·10-3 м; плотность материала упругого элемента γэ=7,8·10-3 кг·м-3; плотность материала контакта колодки γк=7,8·10-3 кг·м-3; модуль упругости материала упругого элемента Eэ=180·109 Па; модуль упругости материала контакта колодки Ек=150·109 Па; длина деформируемой под воздействием виброускорений части упругого элемента lэ=2,52·10-3 м; длина контакта колодки lк=1,2·10-3 м; толщина мембраны упругого элемента hм=0,22·10-3 м; толщина выступа упругого элемента hв=0,72·10-3 м; внутренний диаметр колодки Dвн=7.8·10-3 м; максимальная величина виброускорений Wmax=25000 м·с-2; плотность материала корпуса γкор=7,8·10-3 кг·м-3; длина корпуса lкор=12,8·10-3 м; модуль упругости корпуса Eкор=180·109 Па; наружный диаметр корпуса Dкор=12·10-3 м; внутренний диаметр корпуса dкор=8,4·10-3 м; наружный диаметр опорного основания упругого элемента на участке без утончения Dэо=7.8·10-3 м; длина опорного основания на участке без утончения lо=8,4·10-3 м; наружный диаметр утончения упругого элемента Dэ=5,42·10-3 м.As an example, we give the dimensions of the structural elements of a thin-film pressure sensor in accordance with the claimed ratios with a measurement limit of 2.8 MPa: inner diameter of the support base of the elastic element d e = 5 · 10 -3 m; the diameter of the protrusion of the elastic element D in = 7.6 · 10 -3 m; the diameter of the contact pad D to = 0.65 · 10 -3 m; the density of the material of the elastic element γ e = 7.8 · 10 -3 kg · m -3 ; the density of the contact material of the pad γ k = 7.8 · 10 -3 kg · m -3 ; the elastic modulus of the material of the elastic element E e = 180 · 10 9 PA; the modulus of elasticity of the material of the contact pad E to = 150 · 10 9 PA; the length of the part of the elastic element deformable under the influence of vibration accelerations l e = 2.52 · 10 -3 m; pad contact length l k = 1.2 · 10 -3 m; the thickness of the membrane of the elastic element h m = 0.22 · 10 -3 m; the thickness of the protrusion of the elastic element h in = 0.72 · 10 -3 m; the inner diameter of the block D ext = 7.8 · 10 -3 m; the maximum value of vibration accelerations W max = 25000 m · s -2 ; the density of the body material γ cor = 7.8 · 10 -3 kg · m -3 ; body length l cor = 12.8 · 10 -3 m; the modulus of elasticity of the body E cor = 180 · 10 9 PA; the outer diameter of the housing D cor = 12 · 10 -3 m; the inner diameter of the body d cor = 8.4 · 10 -3 m; the outer diameter of the support base of the elastic element in the area without thinning D eo = 7.8 · 10 -3 m; the length of the support base in the area without thinning l about = 8.4 · 10 -3 m; the outer diameter of the thinning of the elastic element D e = 5,42 · 10 -3 m

Размеры элементов конструкции тонкопленочного датчика давления в соответствии с заявляемыми соотношениями с пределом измерения 125 МПа: внутренний диаметр опорного основания упругого элемента dэ=5·10-3 м; диаметр выступа упругого элемента Dв=7,6·10-3 м; диаметр контакта колодки Dк=0,6·10-3 м; плотность материала упругого элемента γэ=7,8·10 кг·м-3; плотность материала контакта колодки γк=7,8·10-3 кг·м-3; модуль упругости материала упругого элемента Eэ=180·109 Па; модуль упругости материала контакта колодки Eк=150·109 Па; длина деформируемой под воздействием виброускорений части упругого элемента lэ=3,73·10-3 м; длина контакта колодки lк=1,2·10-3 м; толщина мембраны упругого элемента hм=1,43·10-3 м; толщина выступа упругого элемента hв=1,93·10-3 м; внутренний диаметр колодки Dвн=7.8·10-3 м; максимальная величина виброускорений Wmax=25000 м·с-2; плотность материала корпуса γкор=7,8·10-3 кг·м-3; длина корпуса lкор=12,8·10-3 м; модуль упругости корпуса Екор=180·109 Па; наружный диаметр корпуса Dкор=12·10-3 м; внутренний диаметр корпуса dкор=8,4·10-3 м; наружный диаметр опорного основания упругого элемента на участке без утончения Dэо=7.8·10-3 м; длина опорного основания на участке без утончения lо=1,1·10-3 м; наружный диаметр утончения упругого элемента Dэ=7,37·10-3 м.The dimensions of the structural elements of the thin-film pressure sensor in accordance with the claimed ratios with a measurement limit of 125 MPa: inner diameter of the support base of the elastic element d e = 5 · 10 -3 m; the diameter of the protrusion of the elastic element D in = 7.6 · 10 -3 m; the diameter of the contact pad D to = 0.6 · 10 -3 m; the density of the material of the elastic element γ e = 7.8 · 10 kg · m -3 ; the density of the contact material of the pad γ k = 7.8 · 10 -3 kg · m -3 ; the elastic modulus of the material of the elastic element E e = 180 · 10 9 PA; the modulus of elasticity of the material of the contact pad E to = 150 · 10 9 PA; the length of the part of the elastic element deformable under the influence of vibration accelerations l e = 3.73 · 10 -3 m; pad contact length l k = 1.2 · 10 -3 m; the thickness of the membrane of the elastic element h m = 1.43 · 10 -3 m; the thickness of the protrusion of the elastic element h in = 1.93 · 10 -3 m; the inner diameter of the block D ext = 7.8 · 10 -3 m; the maximum value of vibration accelerations W max = 25000 m · s -2 ; the density of the body material γ cor = 7.8 · 10 -3 kg · m -3 ; body length l cor = 12.8 · 10 -3 m; body elastic modulus E cor = 180 · 10 9 Pa; the outer diameter of the housing D cor = 12 · 10 -3 m; the inner diameter of the body d cor = 8.4 · 10 -3 m; the outer diameter of the support base of the elastic element in the area without thinning D eo = 7.8 · 10 -3 m; the length of the support base in the area without thinning l about = 1.1 · 10 -3 m; the outer diameter of the thinning of the elastic element D e = 7.37 · 10 -3 m

Обоснование заявляемых соотношений проведем из следующих соображений. Наиболее опасным направлением является воздействие виброускорений в направлении перпендикулярном длинам контактов колодки и упругого элемента. Рассмотрим контакт колодки при воздействии виброускорений как консоль с равномерно распределенной по длине выступающей части контакта нагрузкой, вызванной воздействием виброускорений. Интенсивность этой нагрузки определим в соответствии со вторым законом НьютонаThe substantiation of the claimed ratios is carried out from the following considerations. The most dangerous direction is the impact of vibration accelerations in the direction perpendicular to the lengths of the contacts of the pads and the elastic element. Let us consider the contact of a block under the influence of vibration accelerations as a console with a load evenly distributed along the length of the protruding part of the contact caused by the influence of vibration accelerations. The intensity of this load is determined in accordance with Newton’s second law.

Figure 00000005
Figure 00000005

где Dк - диаметр контакта колодки;where D to - the diameter of the contact pads;

Wк - величина виброускорений, воздействующих на контакт.W to - the magnitude of vibration accelerations acting on the contact.

Тогда в соответствии с [3] прогиб на конце консоли (т.е. в месте присоединения выводного проводника к контакту колодки) будет равенThen, in accordance with [3], the deflection at the end of the console (ie, at the point of attachment of the lead-out conductor to the terminal block contact) will be equal to

Figure 00000006
Figure 00000006

где lк - длина контакта колодки;where l to - the contact length of the pads;

Ек - модуль упругости материала контакта колодки;E to - the modulus of elasticity of the material of the contact pads;

Figure 00000007
- момент инерции.
Figure 00000007
- moment of inertia.

Подставляя значения интенсивности вибрационной нагрузки и момента инерции в выражение (2), получимSubstituting the values of the intensity of the vibrational load and the moment of inertia in expression (2), we obtain

Figure 00000008
Figure 00000008

При воздействии виброускорений на упругий элемент будем рассматриваем его находящимся под воздействием суммы равномерно распределенной по длине утонченной части нагрузки, вызванной воздействием виброускорений, и приложенной к незакрепленному краю консоли сосредоточенной нагрузки, вызванной воздействием виброускорений на присоединенную массу мембраны и выступа. Тогда прогиб незакрепленного торца упругого элемента, на котором размещены контактные площадки тензочувствительной схемы, при воздействии виброускорений будет равенWhen vibroaccelerations act on an elastic element, we consider it under the influence of the sum of the thinned part of the load evenly distributed along the length caused by the effects of vibroaccelerations and the concentrated load applied to the loose edge of the console caused by the effects of vibroaccelerations on the attached mass of the membrane and protrusion. Then the deflection of the loose end of the elastic element, on which the contact pads of the strain-sensitive circuit are located, when exposed to vibration accelerations will be equal to

Figure 00000009
Figure 00000009

где qэ - интенсивность равномерно распределенной нагрузки на упругий элемент, вызванной воздействием виброускорений;where q e - the intensity of the uniformly distributed load on the elastic element caused by the action of vibration accelerations;

I - момент инерции упругого элемента;I - moment of inertia of the elastic element;

Мм - масса мембраны;M m - the mass of the membrane;

Мв - масса выступа.M in - the mass of the protrusion.

Интенсивность равномерно распределенной нагрузки на упругий элемент, вызванной воздействием виброускорений, определяется аналогично определенной в выражении (1)The intensity of the uniformly distributed load on the elastic element caused by the action of vibration accelerations is determined similarly to that defined in expression (1)

Figure 00000010
Figure 00000010

Учитывая незначительное расстояние между контактами колодки и поверхностью тензочувствительной схемы и высокую жесткость корпуса датчика, необходимость которой будет пояснена далее, принимается, что виброускорения, воздействующие на контакты колодки, равны виброускорениям, воздействующим на упругий элемент, то есть Wк=Wэ.Given the small distance between the contacts of the pads and the surface of the strain-sensitive circuit and the high rigidity of the sensor housing, the need for which will be explained later, it is assumed that the vibration accelerations acting on the contacts of the pads are equal to the vibration accelerations acting on the elastic element, i.e., W k = W e .

Для устранения различного перемещения мест присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензочувствительной схемы и контактам колодки необходимо равенство прогибов контактов и упругого элемента при воздействии виброускорений (fк=fэ). Масса мембраны определяется выражениемTo eliminate the different movement of the points of attachment of the lead-out conductors to the contact pads of the strain-sensitive circuit and the contacts of the block, it is necessary to equal the deflections of the contacts and the elastic element when exposed to vibration accelerations (f k = f e ). The mass of the membrane is determined by the expression

Figure 00000011
Figure 00000011

где hм - толщина мембраны. Масса выступа определяется выражениемwhere h m is the thickness of the membrane. The mass of the protrusion is determined by the expression

Figure 00000012
Figure 00000012

где hв - толщина выступа.where h in - the thickness of the protrusion.

Учитывая чтоGiven that

Figure 00000013
,
Figure 00000013
,

после преобразований получимafter transformations we get

Figure 00000014
Figure 00000014

Приравнивая выражения (3) и (7), получим соотношение для элементов конструкции датчика, при котором обеспечивается равенство виброперемещений контактов колодки и контактных площадок тензочувствительной схемыEquating expressions (3) and (7), we obtain the ratio for the structural elements of the sensor, which ensures equality of vibration displacement of the contacts of the pads and the contact pads of the strain-sensitive circuit

Figure 00000015
Figure 00000015

Решая полученное уравнение четвертой степени относительно Dэ и учитывая, что его величина должна быть вещественна и положительна, получим соотношение для элементов конструкцииSolving the obtained equation of the fourth degree with respect to D e and taking into account that its value must be real and positive, we obtain the ratio for structural elements

Figure 00000016
Figure 00000016

Определение размеров в соответствии с соотношением (10) целесообразно проводить методом последовательного приближения. В случае, если величина наружного диаметра утончения упругого элемента не соответствует условиям обеспечения прочности при воздействии виброускорений или измеряемого давления, то, изменяя диаметр и толщину выступа упругого элемента, добиваются соответствия размеров датчика соотношению (10) с обеспечением необходимой прочности. При этом надо учитывать уменьшение длины контакта при его реальном закреплении в контактной колодке, например, за счет мениска стекла в случае применения металлостеклянной колодки.Sizing in accordance with relation (10) is expediently carried out by the method of successive approximation. If the value of the outer diameter of the thinning of the elastic element does not meet the conditions for ensuring strength under the influence of vibration accelerations or the measured pressure, then, by changing the diameter and thickness of the protrusion of the elastic element, the sizes of the sensor are matched to relation (10) with the necessary strength. In this case, it is necessary to take into account the decrease in the length of the contact when it is actually fixed in the contact block, for example, due to the meniscus of glass in the case of using a metal-glass block.

Для эффективной работы заявляемой конструкции необходимо, чтобы выступ опорного основания при воздействии даже максимальной величины виброускорений перемещался внутри колодки без ограничений, так как в противном случае соударение выступа и колодки приведет к различной величине виброперемещений упругого элемента и контактов колодки. Это условие будет соблюдено, если внутренний диаметр колодки будет больше диаметра выступа на удвоенную величину виброперемещений выступа даже при воздействии максимальных виброускоренийFor the effective operation of the claimed design, it is necessary that the protrusion of the support base when exposed to even the maximum amount of vibration acceleration moves within the block without restrictions, since otherwise the collision of the protrusion and the block will lead to different vibrations of the elastic element and the contacts of the block. This condition will be met if the inner diameter of the block is greater than the diameter of the protrusion by twice the magnitude of the vibrations of the protrusion, even when exposed to maximum vibration acceleration

Figure 00000017
Figure 00000017

Тогда в соответствии с выражением (8) виброперемещения упругого элемента при воздействии максимальных виброускорений будут равныThen, in accordance with expression (8), the vibrations of the elastic element when exposed to maximum vibration accelerations will be equal

Figure 00000018
Figure 00000018

Проведя необходимые преобразования, получим необходимое соотношение для внутреннего диаметра колодкиAfter the necessary transformations, we obtain the necessary ratio for the inner diameter of the pads

Figure 00000019
Figure 00000019

Для обеспечения соотношения 10 необходимо минимальное влияние корпуса на величину виброперемещений контактов колодки. Это условие будет выполняться, если величина виброперемещений упругого элемента будет существенно больше виброперемещений корпуса в месте закрепления колодкиTo ensure a ratio of 10, a minimal effect of the housing on the magnitude of the vibration displacements of the contacts of the pads is necessary. This condition will be fulfilled if the magnitude of the vibrations of the elastic element is significantly greater than the vibrations of the body at the location of the pads

Figure 00000020
Figure 00000020

Виброперемещения упругого элемента определяются по выражению (8). Виброперемещения корпуса можно определить по аналогии с первой частью выражения (8)The vibratory displacements of the elastic element are determined by the expression (8). Vibration displacements of the housing can be determined by analogy with the first part of expression (8)

Figure 00000021
Figure 00000021

где Wкор - величина виброускорений, воздействующих на корпус датчика.where W cor - the magnitude of vibration accelerations acting on the sensor housing.

Подставляя выражения (8) и (15) в соотношение (14) и принимая Wкор=Wэ, получим необходимое соотношениеSubstituting expressions (8) and (15) into relation (14) and taking Wcor = W e , we obtain the necessary relation

Figure 00000022
Figure 00000022

Для обеспечения соотношения 10 необходимо минимальное влияние опорного основания на участке без утончения на величину виброперемещений упругого элемента. Это условие выполняется, если величина виброперемещений упругого элемента, определяемая утончением опорного элемента, будет существенно больше виброперемещений опорного основания на участке без утончения в месте перехода опорного основания в утончение.To ensure a ratio of 10, the minimum influence of the support base in the area without thinning on the magnitude of the vibrations of the elastic element is necessary. This condition is satisfied if the magnitude of the vibrations of the elastic element, determined by the thinning of the support element, will be significantly greater than the vibrations of the support base in the area without thinning at the transition point of the supporting base to thinning.

Figure 00000023
Figure 00000023

где fо - виброперемещения опорного основания на участке без утончения.where f about - vibration displacement of the support base in the area without thinning.

Подставляя выражения (8) в соотношение (17) и определяя величину виброперемещений опорного основания на участке без утончения по аналогии с выражением (15), после преобразований получим необходимое соотношениеSubstituting expressions (8) into relation (17) and determining the magnitude of vibration displacements of the support base in the area without thinning by analogy with expression (15), after transformations we obtain the necessary relation

Figure 00000024
Figure 00000024

Заявляемые соотношения связывают размеры корпуса, упругого элемента и контактной колодки, при которых в случае воздействия виброускорений обеспечиваются одинаковые перемещения выводных проводников в местах их присоединения к контактным площадкам 7 тензочувствительной схемы 5 и контактам 9 колодки 8, а следовательно, уменьшаются дополнительные усилия, вызванные рассматриваемыми перемещениями и повышается виброустойчивость датчика. Таким образом, конструкция предлагаемого датчика давления позволяет использовать его в условиях воздействия повышенных виброускорений. При этом механические напряжения при воздействии виброускорений, термические и другие напряжения, возникающие в корпусе, практически не передаются через контактную колодку или через корпус на мембрану упругого элемента и не изменяют ее характеристики.The claimed relations relate the dimensions of the housing, the elastic element and the contact block, in which, in the case of vibration acceleration, the same movements of the output conductors are provided at the points of their attachment to the contact pads 7 of the strain-sensitive circuit 5 and the contacts 9 of the block 8, and therefore, additional forces are reduced due to the considered movements and increases the vibration resistance of the sensor. Thus, the design of the proposed pressure sensor allows you to use it in conditions of exposure to increased vibration acceleration. In this case, mechanical stresses under the influence of vibration accelerations, thermal and other stresses arising in the housing are practically not transmitted through the terminal block or through the housing to the membrane of the elastic element and do not change its characteristics.

В результате испытаний опытных образцов тонкопленочных датчиков давления Вт212А1, изготовленных в соответствии с формулой изобретения с использованием в качестве плоских выводных проводников полос из золота Зл 999,9 шириной 200 мкм, толщиной 40 мкм, установлено, что эти датчики работоспособны при воздействии максимально достижимых виброускорений до 25000 м·с-2 в широком частотном диапазоне ("Техническая справка по условиям и результатам испытаний опытных образцов датчиков давления Вт212А.1 в стендовых условиях №758-43-2005" предприятия ОАО "НПО Энергомаш" г.Химки, Московской обл.). При этом относительная погрешность датчиков Вт212А.1 от воздействия виброускорений в среднем в 1,5 раза меньше аналогичной погрешности тонкопленочных датчиков давления Вт212А, изготовленных в соответствии с прототипом.As a result of testing prototypes of W212A1 thin-film pressure sensors manufactured in accordance with the claims using gold strips Zl 999.9 with a width of 200 μm and a thickness of 40 μm as flat output conductors, it was found that these sensors are operable when exposed to the maximum achievable vibration accelerations up to 25000 m · s -2 in a wide frequency range ("Technical information on the conditions and test results of prototypes of pressure sensors W212A.1 in bench conditions No. 758-43-2005" of the company OAO NPO Energ omash "Khimki, Moscow region). In this case, the relative error of the sensors W212A.1 from the effects of vibration acceleration is on average 1.5 times less than the similar error of the thin-film pressure sensors W212A made in accordance with the prototype.

Тонкопленочные датчики давления Вт212А, изготовленные в соответствии с прототипом с использованием в качестве плоских выводных проводников таких же золотых полос, с точно такими же геометрическими размерами выдерживают воздействие виброускорений 12000-15000 м·с-2 в таком же диапазоне частот.Thin-film pressure sensors W212A, made in accordance with the prototype using the same gold stripes as flat output conductors with exactly the same geometric dimensions withstand the effects of vibration accelerations of 12000-15000 m · s -2 in the same frequency range.

Таким образом, преимуществом предлагаемой конструкции датчика давления по сравнению с прототипом является то, что виброустойчивость предлагаемых датчиков давления увеличилась в 1,6…2 раза за счет уменьшения различного виброперемещения выводных проводников в местах их присоединения к контактным площадкам тензочувствительной схемы и контактам колодки.Thus, the advantage of the proposed design of the pressure sensor in comparison with the prototype is that the vibration resistance of the proposed pressure sensors increased by 1.6 ... 2 times due to the reduction of various vibration displacement of the output conductors in the places of their connection to the contact pads of the strain-sensitive circuit and the contacts of the pads.

Другим преимуществом предлагаемой конструкции является то, что уменьшается относительная погрешность датчиков Вт212А.1 от воздействия виброускорений за счет уменьшения отношения выходного сигнала датчика от воздействия виброускорений к выходному сигналу от воздействия номинального измеряемого давления. Преимуществом заявляемого решения является также то, что повышение виброустойчивости достигнуто без усложнения конструкции и с сохранением габаритно-массовых характеристик датчика. Кроме того, преимуществом заявляемого решения является то, что повышение виброустойчивости может быть достигнуто без изменения размеров поверхности упругого элемента, на которой размещается тензочувствительная схема.Another advantage of the proposed design is that the relative error of the W212A.1 sensors from the effects of vibration accelerations is reduced by reducing the ratio of the sensor output signal from the effects of vibration accelerations to the output signal from the influence of the nominal measured pressure. An advantage of the proposed solution is also that the increase in vibration resistance is achieved without complicating the design and maintaining the overall mass characteristics of the sensor. In addition, the advantage of the proposed solution is that the increase in vibration resistance can be achieved without changing the size of the surface of the elastic element on which the strain-sensitive circuit is placed.

Источники информацииInformation sources

1. Патент РФ №2034250, МПК G01L 9/04, Бюл. №12 от 30.04.95.1. RF patent No. 2034250, IPC G01L 9/04, Bull. No 12 on 04/30/95.

2. Патент РФ №2026536, МПК G01L 9/04, Бюл. №11 10.01.95.2. RF patent No. 2026536, IPC G01L 9/04, Bull. No. 11 10.01.95.

3. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов, т.1: Пер. с англ. - М.: Наука, 1965.-363 с.3. Timoshenko S.P. Resistance of materials, t.1: Per. from English - M .: Nauka, 1965.-363 p.

Claims (1)

Тонкопленочный датчик давления, содержащий цилиндрический корпус, упругий элемент в виде выполненной за одно целое с цилиндрическим опорным основанием жесткозащемленной мембраны, на которой сформирована тензочувствительная схема с тензорезисторами и контактными площадками, закрепленную на корпусе и опорном основании цилиндрическую контактную колодку, контакты которой размещены перпендикулярно поверхности упругого элемента над контактными площадками, расположенными на периферии упругого элемента, и соединяющие контактные площадки и контакты колодки выводные проводники, частично расположенные по цилиндрическим поверхностям, соединяющим плоскости контактных площадок и плоскости поверхностей контактов колодки, отличающийся тем, что тензорезисторы размещены на периферии мембраны между контактными площадками, а на опорном основании упругого элемента выполнено цилиндрическое утончение, образующее на опорном основании выступ в виде цилиндрического кольца, одно из оснований которого находится в плоскости поверхности мембраны, на которой размещена тензочувствительная схема, причем размеры упругого элемента, контактной колодки и корпуса выбраны из соотношений
Figure 00000025

Figure 00000026

Figure 00000027

Figure 00000028

где Dэ - наружный диаметр утончения упругого элемента;
dэ - внутренний диаметр опорного основания упругого элемента;
Dв - диаметр выступа упругого элемента;
Dк - диаметр контакта колодки;
γэ - плотность материала упругого элемента;
γк - плотность материала контакта колодки;
Eэ - модуль упругости материала упругого элемента;
Eк - модуль упругости материала контакта колодки;
lэ - длина деформируемой под воздействием виброускорений части упругого элемента;
lк - длина контакта колодки;
hм - толщина мембраны упругого элемента;
hв - толщина выступа упругого элемента;
Dвн - внутренний диаметр колодки;
Wmax - максимальная величина виброускорений;
γкор - плотность материала корпуса;
lкор - длина корпуса;
Екор - модуль упругости корпуса;
Dкор - наружный диаметр корпуса;
dкор - внутренний диаметр корпуса;
Dэо - наружный диаметр опорного основания упругого элемента на участке без утончения;
lo - длина опорного основания на участке без утончения.
A thin-film pressure transducer comprising a cylindrical body, an elastic element integrally formed with a cylindrical support base of a tightly-sealed membrane on which a strain-sensitive circuit with strain gauges and contact pads is formed, a cylindrical contact block mounted on the housing and the support base, whose contacts are perpendicular to the surface of the elastic element above the contact pads located on the periphery of the elastic element, and connecting the contact pads ki and pads contacts, lead conductors partially located along cylindrical surfaces connecting the planes of the contact pads and the planes of the surfaces of the pads, characterized in that the strain gages are located on the periphery of the membrane between the pads, and a cylindrical thinning is made on the supporting base of the elastic element, forming on the supporting base a protrusion in the form of a cylindrical ring, one of the bases of which is in the plane of the surface of the membrane on which the strain gauges are located Yelnia diagram wherein the dimensions of the elastic member, the contact pads and the housing are selected from the relations
Figure 00000025

Figure 00000026

Figure 00000027

Figure 00000028

where D e - the outer diameter of the thinning of the elastic element;
d e - the inner diameter of the support base of the elastic element;
D in - the diameter of the protrusion of the elastic element;
D to - the diameter of the contact pads;
γ e - the density of the material of the elastic element;
γ to - the density of the contact material pads;
E e - the modulus of elasticity of the material of the elastic element;
E to - the modulus of elasticity of the material of the contact pads;
l e - the length of the deformable part of the elastic element under the influence of vibration accelerations;
l to - the contact length of the pads;
h m - the thickness of the membrane of the elastic element;
h in - the thickness of the protrusion of the elastic element;
D VN - inner diameter of the pads;
W max - the maximum value of vibration acceleration;
γ cor - the density of the body material;
l cor - the length of the body;
E core - the modulus of elasticity of the body;
D COR - outer diameter of the housing;
d core - the inner diameter of the housing;
D eo - the outer diameter of the support base of the elastic element in the area without thinning;
l o - the length of the support base in the area without thinning.
RU2007118784/28A 2007-05-21 2007-05-21 Thin-film pressure sensor RU2344389C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007118784/28A RU2344389C1 (en) 2007-05-21 2007-05-21 Thin-film pressure sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007118784/28A RU2344389C1 (en) 2007-05-21 2007-05-21 Thin-film pressure sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2344389C1 true RU2344389C1 (en) 2009-01-20

Family

ID=40376096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007118784/28A RU2344389C1 (en) 2007-05-21 2007-05-21 Thin-film pressure sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2344389C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713088C1 (en) * 2019-07-25 2020-02-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Jet pressure sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2713088C1 (en) * 2019-07-25 2020-02-03 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" Jet pressure sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100334420C (en) Position sensor comprising elastomeric material
US3411348A (en) Electronic dynamometer
CN109828123B (en) Two-dimensional acceleration sensor based on long-period fiber bragg grating bending characteristics and measuring method
CN101657729A (en) Device including a contact detector
EP1842072B1 (en) Ground insulated piezoelectric sensor for the measurement of acceleration or pressure
KR102525812B1 (en) force measuring device
WO2003019203A8 (en) Sensor for non-contacting electrostatic detector
RU2658089C1 (en) Deformation sensor
RU2344389C1 (en) Thin-film pressure sensor
CN110749275A (en) Clearance measurement device and application thereof in automobile four-door two-cover clearance measurement
Qandil et al. Considerations in the design and manufacturing of a load cell for measuring dynamic compressive loads
JP2008309578A (en) Strain element for load cell, load cell unit using it, and weighing apparatus
KR20170098541A (en) Crip compensation method for noncontact displacement sensor and a scale using the same method
RU2427811C1 (en) Pressure or force measurement device
RU2040777C1 (en) Gear for measurement of deformations
RU2618496C1 (en) Acceleration sensor
CN210638642U (en) Gap measuring device
JP3784073B2 (en) Apparatus for measuring shear in the core of a sandwich structure
JPH08248060A (en) Semiconductor acceleration detector
KR102498987B1 (en) Load detection device
US4002061A (en) Capacitance transducer for the measurement of bending strains at elevated temperatures
RU2175117C1 (en) Sensor for measurement of longitudinal force
RU2685574C1 (en) Device for measurement of impact loads
RU55963U1 (en) TENZOMETRIC MOVEMENT SENSOR
JP7367448B2 (en) Structural components with sensors

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner