SU417699A1 - - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области информационно-измерительных приборов или датчиков первичной информации дл  систем автоматического регулировани  и может использоватьс  дл  систем автоматического регулировани  давлени .

Известен датчик производной давлени , содержащий герметичный корпус, разделенный упругим чувствительным элементом на две полости- динамическую, сообщающуюс  с измер емым давлением непосредственно, и статическую , сообщающуюс  с измер емым давлением через капилл р. Перемещение жесткого центра упругого чувствительного элемента преобразуетс  в перемещение стрелки либо в электрический сигнал посредством какоголибо преобразовател .

Быстродействие датчика ограничиваетс  чувствительностью упругого элемента. Наиболее чувствительные упругие элементы, (рассчитанные на измерение давлени  в диапазоне до 10 мм вод. ст., не позвол ют сделать посто нную времени датчика меньще нескольких секунд при измерении скорости изменени  давлени  (или производной давлени ) пор дка нескольких миллиметров вод. ст. в сек. Площадь упругого элемента, обладающего такой чувствительностью, превышает 100 см. При этолГ прогиб упругого элемента вызывает значительное изменение объема статической

полости, что приводит к дополнительно гу увеличению посто нной времени.

Увеличение объема статической полости позвол ет уменьщить относительное изменение объема при прогибе упругого элемента и исключить св занное с эти.м дополнительное увеличение посто нной времени. Дл  этого объем статической полости должен быть более 1000 см-, в результате чего размеры и вес

прибора чрезвычайно велики и ограничивают его применение в системах регулировННи  давлени . Одна из погрещностей прибора обусловлена гистерезисом упругого элемента благода1р  неупругим деформаци м в местах

заделкн мембраны в корпус. При соединении упругого элемента с по.мощью пайки и сварки погрешность за счет гистерезиса достигает нескольких процентов. Гистерезис наблюдаетс  даже при изготовлении упругого элемента заодно целое с корпусом из любого поликристаллического материала в результате потерь на трение между кристаллами. Гистерезис отсутствует только В случае, если упругий элемент изготовлен заодно целое с корпусом из монокристалла. Капилл р датчика делают, как правило, из стекла и вклеивают в отверстие в корпусе, что усложн ет конструкцию датчика. Таким образом, недостатками известного датчика  вл ютс  значительпа  погрешность. педостато1нос быстролействне и относительна  сложность конструкции, котора  вызывает большие размеры и вес прибора .

Целью изобретени   вл етс  увеличение точности и быстродействи  и упрощение конструкции .

Дл  этого упруги чувствител)НЫЙ элемент предлагаемого датчика выполнен в виде олуПрОВОДНИКОВОЙ монокристалл .ПаСТН Ы с BbiCMKoii в центрально част в форме усеченного , ад которой размен,ен реобразователь .

В утолщенной части монокристаллической пластины может быть выполнен канилл р, соедин ющий динамичестсую и статическую полости .

На чертеже показана прин ;иниальна  схема описываемого датчика.

Датчик содержит корпус 1, разделенный пластиной 2 на динамическую А и статическую Б полости. Полость А соединена с измер емым давлением непосредственно, а полость Б - капилл ром 3. Упругий чувствительный элемент выполнен заодно целое с массив ым опорным основанием 5 путем вытравл 1вани  в монокристаллической кремниевой нластине 2 выемки в форме усеченного конуса. Капилл р 3 представл ет собой канал в оиорном основании 5, а преобразователь деформации упругого элемента 4 в электрический сигнал - тензометрический мост из диффузионных или эантаксиальных резисторов 6, нанесенных на упругий элемент 4.

Упругий элемент 4 с опорным основанием 5 выполнен из монокристалла методом анизотронного травлени , позвол ющего получать мембрану плоиадью в несколько квадратных миллиметров, рассчитанную па нерепад ДР пор дка долей мм вод. ст.

Работает датчик следующим образом.

Измер емое давле1 1пе поступает в ди1 - амическую полость А 1епосредственно, а в статическую полость Б - через капилл р 5. Благодар  этому измелбни  да1влеии  в ста пчсской полости запаздывают относительно изменений давлени  в динамической полости А, и между полост ми образуетс  иерепад давлений , пропорциональный производной давлени  в динамичес сой полости, измер емый упругим элементом 4.

Применение столь высокочувствительного унругого элемента (пор дка долей мм вод. ст.) позвол ет уме ьщить посто нну О времени до нескольких дес тых долей секунды. Благодар  тому, что площадь упругого элеме та 4 очень мала, относительное изменение объема статической полости оказываетс  пренебрежимо малым при величине объема статической т олости менее см. Следовательно, габари ы и вес датчика значител но уменьщаютс , нриблизительно во столько же раз, во сколько умень наютс  размеры статической полости.

Изготовление упругого элемента заодно целое с опорным основанием 5 из монокристалла обеспечивает идеальную заделку краев упругого элемента, исключающу о гистерезис и св занную с им погре цность, в результате чего увеличиваетс  точность измерений, а выполнение капилл ра в виде капала упрощает конструкцию.

Предмет з о б р е т с н и  

1. Датчик производной давлени , содержащий герметичный корпус, разделенный упругим чувствительным элементом на две полости - динамическу о и статическую, и преобразователь деформации чувствительного элемента в электрический сигнал, отличающийс  тем, ЧТО, с целью увеличени  точности и быстродействи  и упрощени  конструкции , в нем упругий чувствительный элемент выполнен в виде полупроводниковой монокристаллической пластины с выемкой в центральной части в форме усеченного конуса, над которой размещен преобразователь.

2. Датчик ио п. 1, отличающийс  тем, что в утолщенной части мопокристаллической

пластит ы выпол ен капилл р.