RU2786382C1 - Pressure transducer - Google Patents
Pressure transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786382C1 RU2786382C1 RU2021137193A RU2021137193A RU2786382C1 RU 2786382 C1 RU2786382 C1 RU 2786382C1 RU 2021137193 A RU2021137193 A RU 2021137193A RU 2021137193 A RU2021137193 A RU 2021137193A RU 2786382 C1 RU2786382 C1 RU 2786382C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pair
- metal conductor
- disk
- elastic
- secured
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 7
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 5
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 abstract 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 7
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 210000002832 Shoulder Anatomy 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для преобразования изменения давления в различных средах в электрический сигнал в широком динамическом диапазоне работы и может быть использовано в технологических процессах, измерении напряжения в грунтах при ударных нагрузках, экспериментальных исследованиях.SUBSTANCE: invention relates to measuring equipment and is intended for converting pressure changes in various media into an electrical signal in a wide dynamic range of operation and can be used in technological processes, measuring stress in soils under shock loads, and experimental studies.
Известен тензометрический датчик давления (а.с. СССР, SU 1755073 А1, МПК G01L 9/04, опубл. 15.08.1981), состоящий из корпуса, воспринимающей мембраны, соединительного штока, упругой балки и наклеенных на нее тензорезисторов, входящих в смежные плечи мостовой схемы.A strain gauge pressure sensor is known (AS USSR, SU 1755073 A1, IPC
Недостатками такого датчика являются:The disadvantages of such a sensor are:
а) большое энергопотребление мостовой схемы, требующее источника питания (5÷15 В);a) high power consumption of the bridge circuit, requiring a power source (5÷15 V);
б) ползучесть тензорезисторов, обусловленная вязкоупругими свойствами клея и изменением его характеристик с температурой и во времени.b) creep of strain gauges, due to the viscoelastic properties of the adhesive and the change in its characteristics with temperature and time.
Известен преобразователь давления (а.с. СССР SU 883680 А1, МПК G01L 9/04, опубл. 23.11.1981), принятый за прототип, состоящий из корпуса, воспринимающей мембраны, жестко связанной с передающим штоком, упругой консольной балки равного сопротивления изгибу, полупроводниковых тензорезисторов.A pressure transducer is known (AS USSR SU 883680 A1, IPC
Недостатками такого датчика являются:The disadvantages of such a sensor are:
а) большое энергопотребление мостовой схемы;a) high power consumption of the bridge circuit;
б) снижение стабильности его метрологических характеристик при импульсных нагрузках, связанное с хрупкостью применяемых кремниевых тензорезисторов и стеклоприпоя, использованного для их крепления к упругой консольной балке.b) a decrease in the stability of its metrological characteristics under impulse loads, due to the fragility of the silicon strain gauges used and the solder glass used for their attachment to the elastic cantilever beam.
Изобретение направлено на прямое преобразование деформации нескольких упругих консольных балок в электрический сигнал, при этом достигается технический результат, заключающийся в расширении динамического диапазона работы и снижении энергопотребления.The invention is aimed at direct conversion of the deformation of several elastic cantilever beams into an electrical signal, while achieving the technical result of expanding the dynamic range of operation and reducing power consumption.
Технический результат достигается преобразователем давления, состоящим из корпуса, воспринимающей мембраны, жестко связанной с передающим штоком, упругой консольной балки равного сопротивления изгибу, при этом в корпусе установлен прямой полый толстостенный цилиндр из твердого электроизоляционного материала, в боковую внутреннюю стенку которого жестко защемлены своими основаниями несколько упругих консольных балок равного сопротивления изгибу, расположенных горизонтально по окружности в два ряда попарно друг над другом с зазорами, куда в места, примыкающие к защемлению, помещены корпуса электрохимических ячеек с электролитом в виде прямых полых цилиндров из упругого электроизоляционного материала, одно основание каждого цилиндра скреплено с нижней плоскостью верхней балки, а другое - с верхней плоскостью нижней балки каждой пары, в зазорах между свободными концами пары консольных балок закреплены вставки, а на конце передающего штока - диск из твердых электроизоляционных материалов, касающийся всех верхних балок, каждая верхняя балка, с первой до предпоследней пары, соединена металлическим проводником с нижней балкой соседней последующей пары, а металлический проводник, соединенный с нижней балкой первой пары, и металлический проводник, соединенный с верхней балкой последней пары, подсоединены к выходным клеммам преобразователя давления.The technical result is achieved by a pressure transducer consisting of a body, a receiving membrane rigidly connected to the transmission rod, an elastic cantilever beam of equal resistance to bending, while a straight hollow thick-walled cylinder made of solid electrical insulating material is installed in the body, into the side inner wall of which several elastic cantilever beams of equal resistance to bending, arranged horizontally along the circumference in two rows in pairs one above the other with gaps, where the bodies of electrochemical cells with electrolyte in the form of straight hollow cylinders made of elastic insulating material are placed in places adjacent to the pinching, one base of each cylinder is fastened with the lower plane of the upper beam, and the other - with the upper plane of the lower beam of each pair, inserts are fixed in the gaps between the free ends of a pair of cantilever beams, and at the end of the transmitting rod - a disk of solid electrical insulating materials, which connecting all upper beams, each upper beam, from the first to the penultimate pair, is connected by a metal conductor to the lower beam of the next next pair, and the metal conductor connected to the lower beam of the first pair, and the metal conductor connected to the upper beam of the last pair, are connected to the output pressure transmitter terminals.
На фиг. 1 представлен преобразователь давления (в разрезе). На фиг. 2 - вид сверху. Преобразователь давления состоит из корпуса 1, воспринимающей мембраны 2, передающего штока 3, упругих консольных балок равного сопротивления изгибу 4, 5 прямого полого толстостенного цилиндра 6, корпусов электрохимических ячеек 7 с электролитом 8, вставок 9, диска 10, металлических проводников 11, выходных клемм 12. Прямой полый толстостенный цилиндр 6, вставки 9 и диск 10 выполнены из твердых, а корпуса электрохимических ячеек 7 из упругого электроизоляционных материалов. Упругие консольные балки равного сопротивления изгибу 4, 5 своими основаниями жестко защемлены горизонтально в боковую внутреннюю стенку прямого полого цилиндра 6 по окружности в два ряда попарно друг над другом с зазорами, куда в места, примыкающие к защемлению, помещены корпуса электрохимических ячеек 7 с электролитом 8 в виде прямых полых цилиндров. Одно основание каждого цилиндра 7 скреплено с нижней плоскостью верхней балки 4, а другое - с верхней плоскостью нижней балки 5 каждой пары. В зазорах между свободными концами пары консольных балок закреплены вставки 9, а на конце передающего штока 3 - диск 10, касающийся свободных концов всех верхних балок 4. Каждая верхняя балка 4, с первой до предпоследней пары, соединена металлическим проводником 11 с нижней балкой 5 соседней последующей пары, а металлический проводник 11, соединенный с нижней балкой 5 первой пары, и металлический проводник 11, соединенный с верхней балкой 4 последней пары, подсоединены к выходным клеммам 12 преобразователя давления.In FIG. 1 shows a pressure transducer (in section). In FIG. 2 - top view. The pressure transducer consists of a
Преобразователь давления работает следующим образом. При воздействии давления на воспринимающую мембрану 2 она прогибается, жестко связанный с ней шток 3 с диском 10 перемещаются и воздействуют на свободные концы упругих консольных балок 4, 5, которые деформируются, причем нижняя плоскость каждой верхней балки 4 сжимается, а верхняя плоскость каждой нижней балки 5 растягивается. Так как эти плоскости находятся в контакте с электролитом 8, то они будут представлять собой деформируемые электроды электрохимических ячеек. Известно [А.Я. Гохштейн. Поверхностное натяжение тел и адсорбция. Под ред. А.Н. Фрумкина. - М., Наука, 1976. - С. 33], что если при деформации электрода, находящегося в контакте с электролитом, изменяется его площадь, то возникает «эффект упругого заряжения межфазного слоя на границе раздела электрод-электролит». При этом, если заряд электрода поддерживается постоянным, например, путем введения демпфирующего сопротивления в цепь электрода, то меняется потенциал электрода (уменьшается при растяжении и увеличивается при сжатии). Причем, если в электрохимической ячейке один электрод сжимается, а другой растягивается, то на них возникает разность потенциалов, а последовательное соединение таких ячеек (по аналогии с батарейками) позволяет получить достаточный для надежного измерения электрический сигнал.The pressure converter works as follows. When pressure is applied to the
Таким образом решается проблема повышения достоверности измерений при импульсных нагрузках, при этом технический результат, заключающийся в расширении динамического диапазона работы преобразователя, обеспечивается за счет прямого преобразования деформации нескольких упругих консольных балок непосредственно в электрический сигнал, а снижение электропотребления - за счет работы преобразователя в так называемом «генераторном режиме» без внешнего источника питания.Thus, the problem of increasing the reliability of measurements under impulse loads is solved, while the technical result, which consists in expanding the dynamic range of the transducer, is ensured by directly converting the deformation of several elastic cantilever beams directly into an electrical signal, and reducing power consumption is due to the operation of the transducer in the so-called "generator mode" without external power supply.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2786382C1 true RU2786382C1 (en) | 2022-12-20 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU883680A1 (en) * | 1980-03-11 | 1981-11-23 | Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт | Pressure converter |
SU1281940A1 (en) * | 1984-10-23 | 1987-01-07 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Strain-gauge pressure transducer |
SU1303860A1 (en) * | 1985-05-11 | 1987-04-15 | Черновицкое Отделение Института Проблем Материаловедения Ан Усср | Pressure transducer |
SU1755073A1 (en) * | 1990-10-15 | 1992-08-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Pressure strain gage |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU883680A1 (en) * | 1980-03-11 | 1981-11-23 | Львовский Ордена Ленина Политехнический Институт | Pressure converter |
SU1281940A1 (en) * | 1984-10-23 | 1987-01-07 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Strain-gauge pressure transducer |
SU1303860A1 (en) * | 1985-05-11 | 1987-04-15 | Черновицкое Отделение Института Проблем Материаловедения Ан Усср | Pressure transducer |
SU1755073A1 (en) * | 1990-10-15 | 1992-08-15 | Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола | Pressure strain gage |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20220011177A1 (en) | Piezoelectric thin-film sensor and use thereof | |
CN111059995B (en) | Self-driven displacement sensor based on friction nano generator | |
JP2017531184A (en) | Differential pressure sensor with high pressure capability | |
CN109212264B (en) | Annular shear type bending electric acceleration sensor and laminated structure acceleration sensor | |
CN103748446A (en) | Sensor for measuring pressure and/or force | |
RU2397461C1 (en) | Tensoresistor pressure sensor based on nano- and micro-electromechanical system | |
CN103983383A (en) | Sensitive element of three-dimensional micro force sensor based on flexible mechanism | |
KR101179169B1 (en) | Temperature compensated load cell comprising strain gauges | |
RU2786382C1 (en) | Pressure transducer | |
US3261204A (en) | Force measuring apparatus | |
US3210993A (en) | Electromechanical transducer utilizing poisson ratio effects | |
CN216115850U (en) | High-precision measuring device for dynamic displacement of structural microcracks | |
CN109781335B (en) | Self-generating pressure sensor based on electrochemical principle and preparation method thereof | |
CN108827778B (en) | Device and method for testing mechanical strength of battery diaphragm | |
CN106124802B (en) | Acceleration measuring method and mercury acceleration sensor | |
RU2796268C2 (en) | Mechanical sensor | |
RU2788310C1 (en) | Autonomous pressure sensor | |
RU2283483C1 (en) | Device for measuring tractive force | |
CN109917182B (en) | Microwave power sensor based on graphene piezoresistive effect | |
JPH06347284A (en) | Strain gauge type converter and initial value variation detecting method thereof | |
US3471758A (en) | Capacitive strain sensor | |
JP4289226B2 (en) | Load cell and physical property evaluation test equipment | |
SU1179464A1 (en) | Transducer for measuring brush pressure on collector of electric machine | |
RU170862U1 (en) | SENSITIVE SENSOR OF A SHOCK SENSOR | |
CN111307340A (en) | Flexible sensor for measuring two-dimensional force or fluid to solid pressure and friction force |