Устройство для измерения давления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1080040 г 511 0 01 1 9/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ СВИДЕТЕЛЬСТ К АВТОРСК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ(56) 1. Проектирование датчиков для измерения механических величин.Под ред. Е.П.Осадчего. М., "Машиностроение", 1979, с. 269.2. Авторское свидетельство СССР Р 741076, кл, С 01 1, 9/04, 1979 (поототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, содержащее датчик давления, в корпусе которого установлена выпуклая упругая оболочка, полость которой сообщена с источником изМеряемого давления, упругую балочку с тензорезисторами, консольно закрепленную в корпусе и контактирующуюсвободным концом с вершиной упругойоболочки, и мостовую измерительнуюсхему, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности засчет снижения нелинейности выходнойхарактеристики, в датчике давленияупругая оболочка выполнена в видесферы, в датчик введены четыре дополнительные идентичные консольныебалочки с тензорезисторами, включенными в мостовую измерительную схеглу, при этом, свободные концы дополнительных балочек контактируют супругой оболочкой в четырех точках,лежащих на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров в плоскостицентрального сечения, перпендикулярного оси симметрии упругой оболочки.Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, т.е. к датчикам давления с тензометрическими преобразователями. Датчик может быть использован для измерения давления как высокотемпературного рабочего тела ( расплав металлов, полимеров ), так и давления рабочего тела при нормальной температуре.Известны датчики давления, содержащие последовательную цепь преоб разователей: давление-сила - в виде упругой оболочки," сила-деФормация- в виде промежуточного упругого элемента; деФормация-электрическое сопротивление - в виде тензорезнстора 15 и электрическое сопротивление - напряжение вьходного электрического сигнала - в виде измерительной цепи Е 13.В таких датчиках наличие промежуточного упругого элемента позволяет изолировать тензорезисторы от непосредственного воздействия высокотемпературного рабочего тела. Вместе с тем такой датчик имеет низкую точность измерения вследствие большой нелинейности выходной характеристики.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения давления, содержащее корпус, в котором установлена выпуклая упругая оболочка (мембрана ), внутренняя полость которой соединена с измеряемым давлением, консольные балочки, контактирую- З 5 щие с вершиной упругой оболочки, и измерительную схему (2 3.Известная оболочка вследствие существенного влияния зоны заделки не может обеспечить линейность по казаний датчиков даже при размещении единственного упругого элемента с касанием к вершине полусферы. Вместе с тем применение нескольких упругих элементов в сочетании с оболочкой такой формы практически исключается, так как эоны их касания еще больше приближаются к зоне ее заделки, увеличивая тем самым нелинейность преобразований сигнала. Это не позволяет создать достаточную точность измерения путем компенсации погрешностей при соединении тензорезисторов всех самостоятельных цепей в общую измерительную схему.целью изобретения является повышение точности за счет снижения нелинейности выходной характеристики,Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения 60 давления, содержащем датчик давления, в корпусе которого установлена выпуклая упругая оболочка, полость которой сообщена с источником измеряемого давления, упругую балочку 65 с тензорезисторами, консольно закрепленную в корпусе и контактирующую свободным концом с вершиной упругой оболочки, и мостовую измерительную схему, упругая оболочка датчика давления выполнена в виде сферы, в датчик введены четыре дополнительные идентичные консольные балочки с тензорезисторами, включенными в мостовую измерительную схему,при этом свободные концы дополнительных балочек контактируют с упругойоболочкой в четырех точках лежащихна концах двух взаимно перпендикулярных диаметров в плоскости центрального сечения, перпендикулярного оси симметрии упругой оболочки.На фиг. 1 приведено устройство,вариант выполнения, разрез в вертикальной плоскости; на фиг. 2 - тоже, разрез А-А на Фиг. 1.В корпусе 1 размещена упругаяоболочка 2, выполненная в Формеполной сферы, усеченной диаметральной плоскостью впускного канала 3.Основание этой оболочки герметичносоединено с пазами горловины 4 корпуса 1, образуя его рабочую полость5 и камеру б. В этой камере в плоскости сечения оболочки 2 по меридиану размещена верхняя упругая балка7, а в плоскости сечения оболочки2 по экватору симметрично относительно ее вертикальной оси - четыре боковые упругие балки 8. Все пять балок имеют одинаковые геометрическиеразмеры и выполнены из одного и тогоже материала, с наименьшим измене-.нием модуля упругости в диапазонеизмеряемых температур.Упругую оболочку 2 и упругие балки 7 и 8 можно изготавливать из жаропрочной, стали типа ЭИ, у которой при малом нагреве (до 200-300 С)модуль упругости Е снижается интенсивно, что способствует повышениючувствительности этих элементов (ихдеформация обратно гропорциональнамодулю упругости 6), а при дальнейшем нагреве(до 500-б 00 С )модульупругости изменяется незначительно,что компенсируется тензометрическойсхемой измерения,Один конец балок 7 и 8 жесткозакреплен в корпусе 1 датчика, а второй упруго прижат контактом 9 к наружной поверхности упругой оболочки2. С противоположных сторон упругихбалок 7 и 8 в их корневой зоне наравном для всех балок расстоянии отместа крепления в корпусе 1 к их телу прикреплены тензорезисторы 10 содинаковой электрической характеристикой, которые с помощью проводоввключены в мостовую измерительнуюсхему.Датчик работает следующим образом./44 Тираж 82 ВНИИПИ Государст по делам изоб 13035, Москва, Ж Подписноеенного комитета СССРетений и открытий5, Раушская наб., д. илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Рабочая среда через впускной канал 3 в горловине 4 корпуса 1 поступает в рабочую полость 5. Если упругая оболочка 2 выголнена иэ металлас модулем упругости Е и исходной толщиной стенки д" в виде сферы с первоначальным радиусом й, то приращение давления аР рабочего тела в рабочей полости 5 вызывает увеличение ее радиуса на величину, йР РЕПеремещение Я приводит к перемещению концов 7 и 8, вызывает иэгибную деформацию Е - удлинение продольных волокон балок и жестко связанных с ними тензорезисторов 10, установленных в корне балок на плече При этом иэгибная деформация. Р(аЮщах Е Г щах где Р (ай 1 - нагрузка от давления;ЕГ - жесткость балки;толщина балки,будет наибольшей в корневой части10 балки.1Таким образом, использованиепредложенного устройства позволяетповысить точность измерения эа счетуменьшения нелинейности выходнойхарактеристики.