SU1649319A1 - Датчик давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерени  давлени , и может быть использовано в датчиках дл  измерени  с повышенной точностью давлений жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы (при термоударе). За счет выполнени  кольцевой проточки на мембране 2, раздел ющей ее на жесткий центр и жесткое кольцо, причем радиус жесткого центра равен ширине жесткого кольца, а толщина опорного основани  равна толщине мембраны в месте проточки, достигаетс  равенство тепловых полей на поверхности тензорезис- торов 6-9, расположенных на разных сторонах проточки. Кроме того, исключаетс  локальный перегрев от неравномерного распределени  тока от напр жени  питани  по всей длцне тензорезисторов, что повышает срок эксплуатации датчика. 3 ил.

Description

i

(/

ф

Јь

СО ОЭ

СО

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерени  давлени , и может быть использовано в датчиках дл  измерени  давлений жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы (при термоударе).

Цель изобретени  - повышение точности в услови х действи  термоудара и долговечности.

На фиг. 1 показана конструкци  тензо- резистивного датчика давлени ; на фиг. 2 - расположение тензорезисторов на мембране (топологи ); на фиг. 3 - измерительна  мостова  схема датчика.

Датчик давлени  содержит корпус 1, круглую воспринимающую мембрану 2, выполненную за одно целое с опорным основанием 3. Кольцева  проточка раздел ют мембрану на жесткий центр 4 и жесткое кольцо 5. На плоской стороне мембраны установлены тензорезисторы 6-9, имеющие форму секторов колец, образующих измерительный мост. Контактные площадки 10 служат дл  подключени  измерительного моста к напр жению питани  (Unm-) и дл  сн ти  выходного сигнала (Usux).

Датчик работает следующим образом.

При подаче измер емого давлени  Р через опорное основание на воспринимающую мембрану 2 (фиг. 1) последн   прогибаетс , тензорезисторы испытывают поперечную деформацию, причем тензорезисторы 6 и 9, прилегающие к жесткому кольцу, - поперечную деформацию сжати , а тензорезисторы 8 и 7, прилегающие к жесткому центру, - поперечную деформацию раст жени  (фиг. 2). Поэтому при подключенном к выходной диагонали измерительного моста напр жении питани  LUr на выходной диагонали измерительного моста по вл етс  выходной сигнал LJewx (фиг. 3), пропорциональный измер емому давлению Р.

При работе в услови х действи  термоудара при любых тепловых возмущени х с любым тепловым градиентом измер емой среды среднеинтегральна  температура на поверхности мембраны (по окружност м) в зонах расположени  тензорезисторов, прилегающих к жесткому центру, одинакова с температурой в зоне расположени  тензорезисторов , прилегающих к жесткому кольцу, в процессе всего времени нестационарных тепловых процессов. Равенство температурных полей при термоударе на поверхности, занимаемой каждым тензорезистором, достигаетс  двум  факторами: выравниванием тепловых потоков, поступающих на каждый тензорезистор от измер емой среды через тело мембраны, и равенством теплоотдачи от каждого тензорезистора во внешнюю среду. Равенство тепловых полей на поверхности тензорезисторов, расположенных на разных сторонах проточки, достигаетс  за

счет представленных соотношений конструктивных размеров.

Перепад температуры измер емой среды

приводит к одинаковым изменени м средне- интегральной температуры на тензорезис- торах, а значит, к одинаковым изменени м сопротивлений тензорезисторов и, как следствие , в силу характерных свойств мостовых схем к самокомпенсации температурных

изменений выходного сигнала. Полна  самокомпенсаци  температурных изменений вы- хрдноп сигпла от термоудара повышает точность измерени . Кроме того, выполнение всех тензорезисторов измерительной

схемы по дуге повышает срок эксплуатации конструкции за счет равномерности деформации по всей длине тензорезисторов от рабочего параметра и вли ющих факторов.

Кроме того, в датчике исключаетс  локальный перегрев от неравномерного рас0 пределени  тока от напр жени  питани  по всей длине тензорезисторов, тем самым повышаетс  срок эксплуатации измерительной мостовой схемы, а следовательно, датчика в целом.

25

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик давлени , содержащий корпус, мембрану с жестким центром и утолщенной периферийной частью на одной ее вос0 принимающей давление стороне, при этом на другой ее плоской стороне закреплены две пары тензорезисторов, кажда  из которых размещена соответственно на первой и второй окружност х вокруг центра мембраны, причем тензорезисторы каждой

   5 пары идентичны, расположены симметрично один относительно другого, все тензорезисторы соединены контактными площадками в измерительный мост и выполнены в виде кольцевых сегментов шириной s, причем кольца первой пары тензорезисторов расположены своим внутренним диаметром на первой окружности, а кольца второй пары своим наружным диаметром - на второй окружности, при этом между жестким центром мембраны и периферийной утол5 щенной частью с внутренним радиусом г-М и шириной h-f-c выполнена кольцева  проточка шириной t, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности в услови х действи  термоудара и долговечности , в нем корпус в месте соединени 

   0 с периферийной частью мембраны по ее периметру выполнен за одно целое с мембраной в виде полого цилиндра с толщиной стенки с, равной толщине И мембраны, причем радиус первой окружности, на которой расположены тензорезисторы первой

   5 пары, равен радиусу г жесткого центра мембраны, а радиус второй окружности, на которой расположены тензорезисторы второй пары, равен внутреннему радиусу

   r-М утолщенной периферийной части мембраны , при этом центральный угол кольцевого сегмента, образующего тензорезистор первой пары, выполнен с углом а, а центральный угол кольцевого сегмента, образующего тензорезистор второй пары, - с углом (3, которые св заны соотношением

   Вид А

   а

   (3 In

   г-И.

   V-ft-S

   a геометрические параметры мембраны определены из соотношени 

   .