SU1737290A1

SU1737290A1 - Pressure sensor

Info

Publication number: SU1737290A1
Application number: SU894702385A
Authority: SU
Inventors: Виктор Александрович Зиновьев; Андрей Васильевич Кузекмаев
Original assignee: Предприятие П/Я А-1891
Priority date: 1989-06-06
Filing date: 1989-06-06
Publication date: 1992-05-30

Abstract

Изобретение может быть использовано дл измерени с повышенной точностью давлени жидких и газообразных сред в услови х мен ющихс температур . Цель достигаетс тем, что на боковой поверхности периферийного участка мембраны 2 выполнена проточка глубиной до внешнего диаметра опорного основани . В проточке установлены симметрично относительно центра мембраны два круговых стержн 19 пр моугольного сечени , изготовлент ные из материала с температурным коэффициентом линейного расширени (ТКЛР), превышающим не менее, чем в 1,5 раза, ТКЛР материала мембраны. На поверхности мембраны вне зоны рабочих деформаций сформирован дополнительный термокомпенсационный мост, причем два тензорезистора расположены в радиальном направлении над проточкой в зонах установки стержней и включены в противоположные плечи моста, а два других - вдоль окружности, проход щей через середину толщины опорного основани . В сумматоре происходит коррекци основного сигнала цепи термозависимым . 4 ил. 20 8 / с 1 со -J ю со Фиъ.1The invention can be used to measure, with improved accuracy, the pressures of liquid and gaseous media under conditions of varying temperatures. The goal is achieved by the fact that on the side surface of the peripheral portion of the membrane 2 there is a groove with a depth to the outer diameter of the support base. Two circular rods 19 of rectangular cross-section made of a material with a temperature coefficient of linear expansion (TCLE), which is not less than 1.5 times higher than the TEC of membrane material, are installed symmetrically in the groove. An additional thermal compensating bridge was formed on the membrane surface outside the working strain zone, with two strain gauges located radially above the groove in the core installation zones and included on the opposite shoulders of the bridge, and the other two along a circle passing through the middle of the thickness of the support base. In the adder, the correction of the main signal of the circuit is thermally dependent. 4 il. 20 8 / s 1 with -J y with Fi

Description

, Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерени давлени , и может быть использовано в тензорезисторных датчиках дл измерени давлени жидких и газообраз- ных сред в услови х мен ющихс температур .The invention relates to instrumentation engineering, in particular, to devices for remote pressure measurement, and can be used in strain gauge sensors for measuring the pressure of liquid and gaseous media under changing temperature conditions.

На фиг„ 1 показана конструкци датчика давлени ; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг 1; на фиг. 3 показано размещение тензорезисторов на мембране (топологи ); на фиг. 4 - измерительна схема.Fig. 1 shows the design of the pressure sensor; in fig. 2 is a section A-A in FIG. 1; in fig. 3 shows the placement of strain gauges on the membrane (topologists); in fig. 4 - measuring circuit.

Устройство включает .корпус 1, мембрану 2 с жестким центром 3 и утолщенным периферийным участком 4, в котором выполнена кольцева проточка,, дел ща его на верхнюю часть 5 и нижнюю 6.The device includes a housing 1, a membrane 2 with a rigid center 3 and a thickened peripheral section 4 in which an annular groove is made, dividing it into the upper part 5 and the lower 6.

На мембране 2 сформирован измерительный мост из тензорезисторов 7-Ю, выполненных в виде радиально размещенных попарно параллельных полосок. Тензо резисторы 7 и 9 размещены в зоне отрица- тельных деформаций, а тензорезисторы 8 и 10 - в зоне положительных. Вне зоны рабочих деформаций сформирован дополнительный термокомпенсационный мост из тензорезисторов 11-14. Тензорезисторы 11 и 13 размещены в радиальном направлении над проточкой в периферийном участке в зонах установки стержней и выполнены в виде попарно параллельных полосок. Тенэорезисторы 12 и 14 размещены вдоль окружности, проход щей через середину толщины опорного основани . Тензорезисторы 7-10 соединены в измерительный мост идентичными проводниками 15, а тензорезисторы Ц-14-в термокомпенсационный мост идентичными проводниками 16. Контактные площадки 17 и 18 служат дл подключени измерительного и термокомпенсационного мостов к общей измерительной схеме (фиг. 3) В проточке установлены круговые .стержни 19 пр моугольного сечени . Тензорезисторы защищены от вли ни среды гермопроходником 20. К входной диагонали каждого моста подводитс напр жение U,, источника питани . К выходным диагонал м мостов подключены операционные усилители 21, 22. Выходной сигнал операционного усилител 21 поступает на неинвертирующий вход сумматора 24, а выходной сигнал операционного усилител 22 через масштабный усилитель 23 - на инвертирующий вход сумматора 24.On the membrane 2, a measuring bridge is formed of strain gauges 7-Yu, made in the form of radially arranged pairwise parallel strips. Tenzo resistors 7 and 9 are located in the zone of negative deformations, and strain gauges 8 and 10 are located in the zone of positive ones. Outside the zone of working deformations, an additional temperature-compensating bridge of strain gages 11-14 is formed. The strain gages 11 and 13 are placed in the radial direction above the groove in the peripheral section in the areas of installation of the rods and made in the form of pairwise parallel strips. Tenoresistors 12 and 14 are placed along a circle passing through the middle of the thickness of the support base. The strain gauges 7-10 are connected to the measuring bridge by identical conductors 15, and the strain gauges C-14-to the temperature-compensating bridge are identical to the conductors 16. Contact pads 17 and 18 are used to connect the measuring and temperature-compensating bridges to the general measuring circuit (Fig. 3) Rods 19 rectangular section. The resistance strain gages are protected from the influence of the medium by a pressure conductor 20. The input voltage of the power supply is applied to the input diagonal of each bridge. The output amplifiers 21, 22 are connected to the output diagonal of the bridges. The output signal of the operational amplifier 21 is fed to the non-inverting input of the adder 24, and the output signal of the operational amplifier 22 through the large-scale amplifier 23 to the inverting input of the adder 24.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

При подаче измер емого давлени на мембрану 2 последн прогибаетс . Тензорезисторы 7-10 испытывают деформацию . Вследствие этого на выходеWhen a measured pressure is applied to the membrane 2, the latter bends. Strain gages 7-10 are deformed. As a result, the output

мостовой измерительной цепи по вл етс сигнал, пропорциональный измер емому давлению, который поступает на вход операционного усилител 21. При изменении температуры датчи , ка измен ютс линейные размеры его элементов, в том числе и размеры круговых стержней 19. Поскольку ТКЛР материала стержней не менее, чем в 1,5 раза больше ТКЛР материала мембраны , происходит прогиб верхней периферийной части 5, так как ее толщина в 2-3 раза меньше толщины нижней периферийной части 6.the bridge measuring circuit will receive a signal proportional to the measured pressure, which enters the input of the operational amplifier 21. When the temperature of the sensor changes, the linear dimensions of its elements, including the dimensions of the circular rods 19, change. than 1.5 times the thermal expansion coefficient of the membrane material, the upper peripheral part 5 is deflected, as its thickness is 2-3 times less than the thickness of the lower peripheral part 6.

Прогиб периферийного участка вызы5 вает деформацию тензорезисторов 11, 13, в результате чего на выходе термокомпенсационного моста по вл етс сигнал, пропорциональный изменению: температуры датчика и не завис щий от измер емого давлени , который поступает на вход операционного усилител 22.The deflection of the peripheral section causes deformation of the strain gauges 11, 13, with the result that a signal appears at the output of the thermal compensating bridge, which is proportional to the change in: sensor temperature and not dependent on the measured pressure, which enters the input of the operational amplifier 22.

Выходной сигнал операционного усилител 21, пропорциональный измер емому давлению и температуре, по- 5 ступает на неинвертирующий вход сумматора 24. Выходной сигнал операционного усилител 22, пропорциональный . температуре, усиливаетс до необходимой величины масштабным усилителемThe output signal of the operational amplifier 21, proportional to the measured pressure and temperature, is fed to the non-inverting input of the adder 24. The output signal of the operational amplifier 22 is proportional to. temperature is amplified to the desired value by a scale amplifier

0 23 и поступает на инвертирующий вход сумматора 24.0 23 and enters the inverting input of the adder 24.

Таким образом, в сумматоре 24 происходит коррекци основного сигнала цепи 7, 8, 9, 10, 21, 24 термозав: $ симым и не завис щим от измер емого давлени сигналом, сн тым с термокомпенсационного моста из тензорезисторов 11-14 и преобразованным до необходимой величины в усилител х 22,Thus, in the adder 24, the main signal of the 7, 8, 9, 10, 21, 24 circuit is corrected with a thermal: independent and independent of the measured pressure signal, removed from the thermal compensation bridge from the resistance strain gages 11-14 and converted to the required magnitudes in amplifiers 22,

0 23.0 23.

Таким образом, выходной сигнал датчика зависит только от измер емого давлени , а изменение температуры практически не вли ет на выходную ха5 рактерисггику.Thus, the sensor output signal depends only on the measured pressure, and the temperature change has practically no effect on the output characteristic.

Использование датчика давлени позволит повысить точность измерени и линейность характеристики в диапазо51The use of a pressure sensor will improve the measurement accuracy and the linearity of the characteristic in the range of

не температур от -200 до +200°С практически на пор док.temperatures from –200 to + 200 ° C are almost in order.

Claims

Invention Formula

A pressure sensor containing a housing, in one piece with which an elastic element is made in the form of a glass, in the bottom of which a diaphragm with a rigid center is made, inside the glass, and the resistance strain gages are fixed on the outer surface of the glass bottom, respectively, connected to the measuring and thermal compensation bridge, and the strain gauges of the measuring bridge are located on the membrane and are made as a pair of consecutively connected identical strain elements, while the strain gauges of the respective arms of each bridge are located Coaxially along the main axes of the membrane are symmetrical to its center, and the stress-coefficient coefficients of both bridges are of the same order, characterized in that, in order to improve accuracy by reducing the temperature error and increasing the linearity of the output characteristic,

37290

two gaskets in the form of a part of a ring of rectangular cross section, made of material, the temperature coefficient of linear expansion (TEC) of which is not less than 1.5 times the thermal expansion coefficient of membrane material, with two circular grooves made on the outside in the cylindrical wall of the glass the first is at a distance of the membrane thickness from the outer surface of the bottom of the glass, and the second is at a distance of 2-3 times the thickness of the membrane from the first groove, while in the first

j, the grooves are fixed symmetrically to each other relative to the center of the membrane along the periphery of the grooves the said pads

compensatory bridge located in the radial direction on the peripheral part of the membrane in the area formed by the corresponding gasket and the cylindrical surface of the groove; and the other two strain gauges of the opposite arms of the temperature-compensating bridge are located on the peripheral part of the membrane in the middle of the zone formed by the inner surface of the glass wall and the cylindrical surface of the groove.

FIG. 2

Fi.Z

FIG. four