SU1712802A1 - Датчик давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерени  давлени , и может быть использовано в датчиках дл  измере- ни;  с высокой точностью механических нагрузок в широком диапазоне быстропеременных температур (при те|эмо- ударе). Цель изобретени  - повышение точности измерени  в услови х быстропеременных температур и увеличени  чувствительности. Это достигаетс  за счет расположени  на поверхности мембраны между утолщенным периферийным участком и жестким центром тензорезисторов 4, 7, 8, 11, 5, 6, 9, 10 в форме секторов колец, соединенных в мостовую схему, причем в каждом плече моста часть тензорезисторов расположена в области положительных деформаций от измер емого параметра, друга  часть - в области отрицательных деформаций . При этом часть тензорезисторов 5, 6, 9, 10 соединена в радиальном, а часть 4, 7, 8, 11 - в окружном направлени х. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.////•^•^fe

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерени  давлени , и может быть использовано в датчиках дл  измерени  статического и динамического давлени  жидких и газообразных сред при нестационарном температурном режиме работы (при термоударе).

Цель изобретени  - повышение точности измерени  в услови х действи  быстропеременных температур и увеличени  чувствительности.

На фиг. 1 схематично изображен тензорезистивный датчик давлени  и схема расположени  , тензорезисторов на поверхности мембраны датчика давлени ; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 тензоэлементы тензорезисторов.

Датчик давлени  включает деформируемую часть мембраны 1, выполненную за одно целое с утолщенным периферийным участком 2 и жестким центром 3. На поверхности мембраны размещен измерительный мост из тензорезист.оров 4-7, соединенных в окружном направлении, и из тензорезисторов 8-11, соединенных в радиальном направлении. Контактные площадки 12-15 служат дл  подключени  измерительного моста к источнику питани  и регистрирующей аппаратуре, а контактные площадки 16 - дл  соединени  тензорезисторов , соединенных в радиальном направлении с тензорезисторами, соединенными в окружном направлении.

Датчик работает следующим образом.

При подаче измер емого давлени  Р на мембрану (фиг. 2) деформируемый участок мембраны 1 прогибаетс , тензорезисторы 4-7, прилегающие к утолщенному периферийному участку 3, испытывают деформацию сжати , а тензорезисторы 8-11, прилегающие к жесткомуцентру 2, испытывают деформацию раст жени . В силу того, что тензорезисторы 4-7 соединены в окружном направлении, а тензорезисторы 8-11 соединены в радиальном направлении, то в мостовой схеме тензорезисторы, расположенные между контактными площадками 12 и 13, а также 14 и 15 (принадлежащие к двум противоположным плечам моста), увеличивают сопротивление от давлени  Р; тензорезисторы , расположенные между контактными площадками 13 и 14, а также 15 и 12 (принадлежающие к двум другим противоположным плечам моста), уменьшают сопротивление от давлени . Вследствие этого при подключении к входной диагонали моста к контактам 13 и 15 напр жени  питани , а к выходной диагонали к контактам 12 и 14 - регистратора изменени  напр жени , на регистраторе по вл етс  изменение сигнала, пропорциональное изменению давлени  Р. Идентичность номиналов сопротивлений плеч измерительного моста обеспечиваетс  выполнением тензорезисторов в форме секторов колец одинаковой ширины и заданным соотношением углов между радиусами, образующими тензорезисторы.

При действии термоудара на мембрану измен ютс  сопротивлени  тензорезисторов , а следовательно, измен етс  величина сопротивлений плеч моста, Величина изменений сопротивлений от температуры пропорциональна изменению температуры в любой момент времени. В силу различного характера тепловых возмущений на мембране температура на тензорезисторах, прилегающих к жесткому центру, например Т, может быть отличной от температуры на тензорезисторах, прилегающих к утолщенному периферийному участку. Следовательно , результирующие изменени  сопротивлений тензорезисторов плеч моста , расположенных между контактами 12 и 13, 13 и 14, 14 и 15, 15 и 12, пропорциональны разнице температур и ИМРЮТ практически одинаковую величину. В силу характерных свойств мостовых схем, одинаковые приращени  величин сопротивлений каждого плеча моста от перепада температур не привод т к ложному изменению выходного сигнала. Полна  компенсаци  в мостовой схеме достигаетс  также в результате того, что в каждом плече радиальные и окружные тензорезисторы соединены идентичными контактами в форме секторов колец , расположенных на одинаковых рассто ни х от окружности жесткого центра и внутренней окружности утолщенного периферийного участка, т.е. их среднеинтегральна  температура имеет равную величину , а следовательно, и температурные изменени  величины сопротивлений от каждого из провод щих контактов в каждом плече моста одинаковы. Таким образом, на выходе измерительной мостовой схемы происходит изменение сигнала, пропорциональное изменениюдавлени  и, практически , полностью компенсируетс  при перепадах температуры измер: емой среды с любым градиентом, т.е. не зависит от разницы температур на жестком центре и периферийном утолщенном участке.

Технико-экономическим преимуществом конструкции  вл етс  уменьшение на пор док температурной погрешности в диапазоне температур от -200 до +200°С при скорост х изменени  температуры, дости ающих (100-150)°С/с и, как следствие, достижение высокой точности измерени  при воздействии быстропеременных температур , близкой к точности измерени  в стационарных температурных услови х, а также приближение к максимально возможной чувствительности от измер емого параметра.

Ф о р м у л а и 3 о б р е т е н и  

Claims (3)

1. Датчик давлени , содержащий корпус , мембрану радиуса ri, выполненную с жестким центром радиуса Г2 и утолщенным периферийным основанием, выполненным за одно целое с корпусом, закрепленные и равномерно расположенные на планарной стороне мембраны четыре, низкоомные радиальные контактные площадки и четыре основных тензорезистора, при этом два основных тензорезистора расположены симметрично друг другу относительно центра мембраны по периметру жесткого центра мембраны, а два других - на периферии мембраны, причем каждый основной тензорезистор выполнен в виде отрезка кольца шириной L, а начало каждого основного тензорезистора , расположенного на периферии мембраны, и концы каждого основного тензорезистора, расположенного по периметру жесткого центра, соединены в окружном направлении с соответствующей радиальной контактной площадкой, о т л ичающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  в услови х быстропеременных температур и увеличени  чувствительности , в него введены четыре низкоомные перемычки и четыре дополнительных тензорезистора, при этом последние идентичны по форме соответствующим основным тензорезисторам, причем два из них расположены по периметру жесткого центра концентрично основным тензорезисторам , расположенным на периферии мембраны , а два других дополнительных тензорезистора расположены на периферии мембраны концентричноосновнымтензорезисторам , расположенным по периметру жесткого центра, при этом каждый дополнительный тензорезистор, расположенный по периметру жесткого центра, соединен низкоомной перемычкой в радиальном направлении с концом соответствующего основного тензорезистора, расположенного на периферии мембраны, а каждый дополнительный тензорезистор, расположенный на периферии мембраны, соединен низкоомной перемычкой в радиальном направлении с началом соответствующего основного тензорезистора.

расположенного по периметру жесткого центра, причем каждый основной и дополнительный тензорезистор выполнен в виде множества идентичных тензоэлементов, которые в основном тензорезисторе соединены между соВой последовательно по своим боковым радиальным сторонам дополнительными низкоомными перемычками, введенными в датчик, а в дополнительном

тeнзopeзиcYope тензоэлементы соединены дополнительными перемычками последовательно по внутренним и наружным кольцевым сторонам тензоэлементов.

2. Датчик по п. 1,отличающийс 

тем, что в нем кажда  низкоомна  перемычка выполнена в виде отрезка кольца, расположенного на одинаковом рассто нии от основного и дополнительного тензорезисторов .

3. Датчик по п. 1,отличающийс  тем, что в нем центральные углы между боковыми радиальными сторонами каждого тензоэлемента определены из соотношени 

П - 0,5 L

где W-рассто ние между концами внутренней стороны тензоэлемента дополнительногр тензорезистора, расположенного по периметру жесткого центра;

01 -угол между боковыми радиальными сторонами тензоэлемента дополнительного тензорезистора, расположенного по периметру жесткого центра;

б -угол между боковыми радиальными сторонами тензоэлемента основного тензорезистора , расположенного по периферии мембраны;

Оз-угол между боковыми радиальными

сторонами тензоэлемента дополнительного тензорезистора, расположенного по периферии мембраны;

Й1 - угол между боковыми радиальными сторонами тензоэлемента основного тензореэистора, расположенного по периметру жесткого центра.