RU2670244C1 - Pressure sensor - Google Patents
Pressure sensor Download PDFInfo
- 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
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 36
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
- G01L7/02—Measuring 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
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
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
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
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
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
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)
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)
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 |
-
2017
- 2017-10-25 RU RU2017137285A patent/RU2670244C1/en active
Patent Citations (3)
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)
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 |