RU2670244C1 - Pressure sensor - Google Patents

Pressure sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2670244C1
RU2670244C1 RU2017137285A RU2017137285A RU2670244C1 RU 2670244 C1 RU2670244 C1 RU 2670244C1 RU 2017137285 A RU2017137285 A RU 2017137285A RU 2017137285 A RU2017137285 A RU 2017137285A RU 2670244 C1 RU2670244 C1 RU 2670244C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane unit
elastic element
plate
strain
sensor
Prior art date
Application number
RU2017137285A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Дмитриевич Вельт
Юрий Станиславович Куржий
Светлана Анатольевна Полякова
Надежда Борисовна Резникова
Виктор Константинович Судариков
Роман Вячеславович Тишкин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор"
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 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения" АО "НИИТеплоприбор"
Priority to RU2017137285A priority Critical patent/RU2670244C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2670244C1 publication Critical patent/RU2670244C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L7/00Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
    • G01L7/02Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: instrument engineering.SUBSTANCE: invention relates to instrumentation, namely to pressure sensors, the sensitive elements of which are a tensor-transducer having in its composition a plate with strain gauges, connected to the measuring bridge, and a membrane unit that senses the measured pressure. In the design of the sensor, an elastic element is used that carries out the connection of the membrane unit to the strain gauge. Elastic element is a spring or bellows. Membrane unit is made in the form of two identical interconnected membranes, one of which is fixed in the sensor housing and the other has a rigid center that senses the pressure. Under the influence of the load on the membrane unit, force is transferred through the elastic element (spring or bellows) to the strain-gauge plate. Movement of the membrane unit continues to the end of its rigid center in the body of the strain gauge. With a further increase in the load, the movement of the membrane block does not take place and the force on the plate of the strain gauge is not transmitted. Introduction of the connection between the membrane unit and the plate of the tensor-transducer through an elastic element allows to protect the strain-gauge from impact loads and ensure that the required output signal is obtained at a ratio of the stiffnesses of the membrane unit, the elastic element and the tensor plate for each measurement range.EFFECT: ensuring the possibility of using in static and dynamic overload conditions, increasing the reliability of the sensor and the possibility to increase the sensitivity of the sensor in the lower measurement range.4 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к датчикам давления.The present invention relates to instrumentation, namely to pressure sensors.

Известны датчики абсолютного и избыточного давления, например типа «Сапфир-22», использующие тензорезистивный метод измерения [1].Known absolute and gauge pressure sensors, for example of the type "Sapphire-22", using the strain gauge measurement method [1].

Датчик давления имеет металлический корпус, внутри которого размещен тензопреобразователь, и мембранный блок, а на внешней стороне корпуса - электронное устройство. Тензопреобразователь и мембранный блок являются чувствительными элементами датчика давления. Тензопреобразователь имеет пластину из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, соединенными в виде измерительного моста. Мембранный блок представляет собой металлическую гофрированную мембрану, приваренную по наружному контуру к корпусу датчика.The pressure sensor has a metal case, inside which a strain gauge is placed, and a membrane unit, and on the outside of the case is an electronic device. The strain gauge and the membrane unit are sensitive elements of the pressure sensor. The strain gauge has a single crystal sapphire plate with silicon film strain gauges connected in the form of a measuring bridge. The membrane block is a corrugated metal membrane welded along the outer contour to the sensor housing.

Мембранный блок воспринимает измеряемое давление и передает механические напряжения тензопреобразователю.The diaphragm block senses the measured pressure and transfers mechanical stresses to the strain gauge.

Кремнийорганическая жидкость, расположенная в объеме, замкнутом между тензопреобразователем и мембранным блоком, выполняет практически жесткую передачу механических напряжений от мембранного блока к тензопреобразователю.An organosilicon liquid located in a volume closed between the strain gauge and the membrane block performs practically rigid transfer of mechanical stresses from the membrane block to the strain gauge.

На фигуре 1 изображена конструктивная схема известного датчика давления [1].The figure 1 shows a structural diagram of a known pressure sensor [1].

Принцип действия известного датчика состоит в следующем. Измеряемое давление Р воздействует на металлическую гофрированную мембрану 1 и через жидкость 2 - на пластину 3 с тензорезисторами, соединенными в измерительный мост. Под действием механических напряжений, возникающих в пластине 3, происходит изменение сопротивления тензорезисторов в плечах моста и на выходе мостовой схемы появляется напряжение небаланса, которое преобразуется в выходной электрический сигнал, пропорциональный входной нагрузке. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается в электронное устройство 4.The principle of operation of the known sensor is as follows. The measured pressure P acts on the corrugated metal membrane 1 and through the liquid 2 on the plate 3 with strain gauges connected to the measuring bridge. Under the action of mechanical stresses arising in the plate 3, the resistance of the strain gages in the shoulders of the bridge changes and an unbalance voltage appears at the output of the bridge circuit, which is converted into an output electrical signal proportional to the input load. The electrical signal from the strain gauge is transmitted to the electronic device 4.

Низкая надежность известных датчиков давления вызвана жесткостью передачи механических напряжений от мембранного блока к тензопреобразователю. В измеряемом объекте возможны гидродинамические удары и вибрации давлений, которые, вследствие жесткости передачи, непосредственно воспринимаются пластиной тензопреобразователя и способствуют ее разрушению.The low reliability of the known pressure sensors is caused by the rigidity of the transmission of mechanical stresses from the membrane unit to the strain gauge. In the measured object, hydrodynamic shocks and pressure vibrations are possible, which, due to the stiffness of the transmission, are directly perceived by the strain gauge plate and contribute to its destruction.

Возникает также уязвимость пластины тензопреобразователя к превышению значения входной нагрузки по отношению к верхнему пределу измерений, к перегрузкам статического давления и создаются ограничения по нижнему порогу чувствительности.There is also a vulnerability of the strain gauge plate to exceeding the input load value with respect to the upper limit of measurements, to static pressure overloads, and restrictions are created on the lower sensitivity threshold.

Датчик, выполненный по предполагаемому изобретению, защищен от статических и динамических перегрузок, а также появляется возможность повысить чувствительность в нижнем диапазоне измерений. Для обеспечения этой возможности в конструкции датчика применен упругий элемент, связывающий мембранный блок с тензопреобразователем. В качестве упругого элемента предлагается применять пружину или сильфон. Кроме того, мембранный блок выполнен в виде двух идентичных соединенных между собой мембран, одна из которых закреплена в корпусе датчика, а другая имеет жесткий центр, воспринимающий давление.The sensor, made according to the alleged invention, is protected from static and dynamic overloads, and it is also possible to increase sensitivity in the lower measurement range. To ensure this, an elastic element is used in the sensor design that connects the membrane unit to the strain gauge. It is proposed to use a spring or a bellows as an elastic element. In addition, the membrane unit is made in the form of two identical interconnected membranes, one of which is fixed in the sensor housing, and the other has a rigid center that receives pressure.

На фигуре 2 изображена конструктивная схема датчика, выполненного по предполагаемому изобретению, с упругим элементом в виде пружины. Мембранный блок 1 связан с пластиной 3 тензопреобразователя вдоль оси нагрузки через упругий элемент 2 (пружину), закрепленный на жестких центрах пластины 3 и мембранного блока 1.The figure 2 shows a structural diagram of a sensor made according to the alleged invention, with an elastic element in the form of a spring. The membrane unit 1 is connected to the plate 3 of the strain gauge along the load axis through an elastic element 2 (spring), mounted on the rigid centers of the plate 3 and the membrane unit 1.

На фигуре 3 изображена конструктивная схема датчика, выполненного по предполагаемому изобретению, с упругим элементом в виде сильфона. Мембранный блок 1 связан с пластиной 3 тензопреобразователя вдоль оси нагрузки через упругий элемент 2 (сильфон), закрепленный на жестких центрах пластины 3 и мембранного блока 1.The figure 3 shows a structural diagram of a sensor made according to the alleged invention, with an elastic element in the form of a bellows. The membrane unit 1 is connected to the plate 3 of the strain gauge along the load axis through an elastic element 2 (bellows), mounted on the rigid centers of the plate 3 and the membrane unit 1.

При подаче давления Р на мембранный блок 1 передача усилия на пластину 3 тензопреобразователя происходит через упругий элемент 2 (пружину или сильфон). Под действием нагрузки перемещение мембранного блока 1 продолжается до упора его жесткого центра 4 в корпусную часть 5 тензопреобразователя, жестко закрепленного в корпусе датчика давления. При дальнейшем нарастании нагрузки перемещения жесткого центра 4 мембранного блока 1 не происходит, вследствие чего усилие на пластину 3 не передается.When applying pressure P to the membrane unit 1, the transfer of force to the plate 3 of the strain transducer occurs through an elastic element 2 (spring or bellows). Under the action of the load, the movement of the membrane unit 1 continues until the stop of its rigid center 4 in the housing part 5 of the strain gauge, rigidly fixed in the housing of the pressure sensor. With a further increase in the load, movement of the rigid center 4 of the membrane unit 1 does not occur, as a result of which the force is not transmitted to the plate 3.

Введение связи мембранного блока 1 и пластины 3 через упругий элемент 2 позволяет защитить пластину 3 тензопреобразователя от вибрационных и ударных нагрузок, и обеспечить получение необходимого выходного сигнала при соотношении жесткостей мембранного блока 1, упругого элемента 2 и пластины 3 для каждого диапазона измерения.The introduction of the connection of the membrane unit 1 and the plate 3 through the elastic element 2 allows you to protect the plate 3 of the strain transducer from vibration and shock loads, and to provide the necessary output signal with the ratio of the stiffnesses of the membrane unit 1, the elastic element 2 and plate 3 for each measurement range.

Используя в датчиках давления одно исполнение тензопреобразователя с упругим элементом (пружиной или сильфоном), и применяя различные по размеру и жесткости мембранные блоки, можно обеспечить измерение давления в диапазонах от 6,3⋅10-3 до 4 МПа.Using one version of the strain gauge with an elastic element (spring or bellows) in the pressure sensors, and using membrane blocks of various sizes and stiffness, it is possible to provide pressure measurement in the ranges from 6.3⋅10 -3 to 4 MPa.

Положительный технический результат от применения предполагаемого изобретения состоит в:A positive technical result from the application of the proposed invention is:

- повышении надежности датчиков давления;- improving the reliability of pressure sensors;

- возможности использования датчиков давления в условиях работы с вероятностью ударных нагрузок и при перегрузках статического давления;- the possibility of using pressure sensors in working conditions with the probability of shock loads and during static pressure overloads;

- возможности повышения чувствительности датчиков давления за счет применения различных по размеру и жесткости мембранных блоков.- the possibility of increasing the sensitivity of pressure sensors due to the use of membrane blocks of various sizes and stiffnesses.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1 Преобразователь измерительный «Сапфир-22». Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 08919030 ТО.1 Measuring converter "Sapphire-22". Technical description and instruction manual. 08919030 TO.

Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления, Москва, 1983 г.Ministry of Instrument Engineering, Automation and Control Systems, Moscow, 1983

Claims (4)

1. Датчик давления, имеющий в своем составе корпус с размещенным внутри тензопреобразователем, чувствительным элементом которого является пластина с тензорезисторами, соединенными в измерительный мост, и мембранный блок, воспринимающий давление и содержащий, по меньшей мере, одну мембрану, отличающийся тем, что связь между мембранным блоком и чувствительным элементом тензопреобразователя выполнена в виде упругого элемента.1. A pressure sensor comprising a housing with a strain gauge located inside, the sensitive element of which is a plate with strain gauges connected to a measuring bridge, and a membrane unit that receives pressure and contains at least one membrane, characterized in that the connection between the membrane unit and the sensitive element of the strain gauge is made in the form of an elastic element. 2. Датчик давления по п.1 отличающийся тем, что в качестве упругого элемента используется пружина.2. The pressure sensor according to claim 1, characterized in that a spring is used as the elastic element. 3. Датчик давления по п.1 отличающийся тем, что в качестве упругого элемента используется сильфон.3. The pressure sensor according to claim 1, characterized in that a bellows is used as the elastic element. 4. Датчик давления по п.1 отличающийся тем, что мембранный блок выполнен из двух идентичных соединенных между собой мембран, одна из которых закреплена в корпусе, а другая имеет жесткий центр, воспринимающий давление.4. The pressure sensor according to claim 1, characterized in that the membrane unit is made of two identical interconnected membranes, one of which is fixed in the housing, and the other has a rigid center that receives pressure.
RU2017137285A 2017-10-25 2017-10-25 Pressure sensor RU2670244C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137285A RU2670244C1 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Pressure sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137285A RU2670244C1 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Pressure sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2670244C1 true RU2670244C1 (en) 2018-10-19

Family

ID=63862275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137285A RU2670244C1 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Pressure sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2670244C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU640153A1 (en) * 1977-08-15 1978-12-30 Предприятие П/Я А-3556 Liquid pressure sensor
SU1137358A1 (en) * 1983-04-28 1985-01-30 Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Оснований И Подземных Сооружений Им.Н.М.Герсеванова Ground pressure pickup
RU2384825C1 (en) * 2008-12-10 2010-03-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Pressure measurement sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU640153A1 (en) * 1977-08-15 1978-12-30 Предприятие П/Я А-3556 Liquid pressure sensor
SU1137358A1 (en) * 1983-04-28 1985-01-30 Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Оснований И Подземных Сооружений Им.Н.М.Герсеванова Ground pressure pickup
RU2384825C1 (en) * 2008-12-10 2010-03-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Pressure measurement sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Преобразователь измерительный "Сапфир-22". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 08919030 ТО. Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления, Москва, 1983 г. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014169540A1 (en) Non-uniform cross section cantilever beam piezoelectricity acceleration sensor
RU2623694C1 (en) Pressure sensor implemented on basis of nanotenzometers related to resonator
RU2670244C1 (en) Pressure sensor
KR101059939B1 (en) Load Cell for Displacement Water Level Transmitter
CN207763855U (en) Pressure sense die and pressure sensor
US3242738A (en) Pressure-responsive instruments
Kleckers Force sensors for strain gauge and piezoelectric crystal-based mechatronic systems-a comparison
CN109520830A (en) A kind of pipeline elastic element acoustic states on-Line Monitor Device
RU130705U1 (en) DEVICE FOR MEASURING ABSOLUTE VIBRATIONS
RU154439U1 (en) SENSITIVE ELEMENT OF A LINEAR ACCELERATION SENSOR
US3286526A (en) Pressure transducer
CN209690051U (en) A kind of pipeline elastic element acoustic states on-Line Monitor Device
RU2645442C1 (en) Differential pressure sensor
RU2530467C1 (en) Strain-gauge sensor
RU2618496C1 (en) Acceleration sensor
SU1747960A1 (en) Dynamometer
SU440563A1 (en) Device for measuring mass under vibration conditions
Dörfler et al. Numerical optimization of thermally induced hysteresis effects in the packaging of MEMS pressure sensors
SU735960A1 (en) Device for measuring dynamic elasticity modulus of material specimen
RU2615600C1 (en) Shock-resistant small-sized highly sensitive piezoelectric accelerometer
CN102928620A (en) High-g value accelerometer with beam-membrane combination structure
CN211668673U (en) Force sensor
KR101200751B1 (en) Pressure sensor
CN114846314B (en) Pressure sensor
RU2395793C1 (en) Differential pressure transducer