Емкостный датчик давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 744540 1 1 9/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ский инс П,Каршаано 975. тво 2, 19 ЛЕНИЯизмерительостным датГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДА (57) Изобретение относится к ной технике, в частности к ем чикам давления, и позволяет увеличить чувствительность датчика. Датчик давления содержит мембрану 1 с жестким центром 2, выполненную за одно целое с корпусом 3, на котором размещены электрод 4 рабочего конденсатора и электрод 5 эталонного конденсатора, пластину 6 с упругими перемычками 7, скрепленную по центру с жестким центром 2 и по периферии с корпусом 3. На пластине 6 зеркально симметрично расположены подвижный электрод 10 рабочего конденсатора и электрод 11 эталонного конденсатора. Вынос электрода 10 на периферию подвижной части пластины 6 позволяет уменьшить радиус жесткого центра 2 и увеличить чувствительность датчика. 2 ил,Изобретение относится к измерительнойтехнике, в частности к датчикам давления,содержащим емкостный преобразовательдавления в электрический сигнал,Известен емкостный датчик давления, 5содержащий мембрану с жестким центром, изготовленную за одно целое с корпусом, являющимся одним из электродоврабочего конденсатора, К жесткому центру мембраны крепится подвижная пластина, состоящая из центрального круга ирасположенного на периферии второгоэлектрода кольцевой формы, разделенныхизолятором,Недостатком указанного датчика является невысокая точность измерений, обусловленная большими значениямитемпературной погрешности и погрешности линейности. Причиной температурнойпогрешности является изменение зазора 20между электродами при колебаниях температуры, причинами погрешности линейности - гиперболическая зависимость емкостиот зазора и расположение части второгоэлектрода рабочего конденсатора над деформируемым участком мембраны.Наиболее близким к предлагаемому является содержащий изготовленную за одноцелое с корпусом мембрану с жестким центром,.на которую по микроэлектронной технологии нанесен электрод рабочегоконденсатора в виде круга и кольцевойэлектрод эталонного конденсатора, размещенный на утолщенной недеформируемойчасти корпуса. Неподвижные электроды рабочего и эталонного конденсаторов, такжеизготовленные по микроэлектронной технологии, расположены зеркально-симметрично на пластине в виде диска, скрепленной скорпусом не менее чем в трех точках. 40Функция преобразования такого датчика в сочетании с вторичным преобразователем на основе гиперболическойизмерительной схемы имеет вид45Рз= КСоСх где К - конструктивный коэффициент;Со, Сх - емкости соответственно эталон ного и рабочего конденсаторов.Применение такого преобразования и тонкопленочных электродов позволяет значительно уменьшить температурную погрешность и погрешность линейности. 55Недостатком известного. датчика является невысокая относительная чувствительность, зависящая от отношения величины радиуса жесткого центра г к радиусу мембраны В. Для повышения чувствительностинеобходимо уменьшить радиус жесткогоцентра по отношению к радиусу мембраны.Однако при этом емкость рабочего конденсатора уменьшается пропорциональноквадрату радиуса жесткого центра (радиуса .электрода рабочего конденсатора), что резко снижает емкость рабочего конденсатора,а следовательно, и чувствительность датчика к измеряемой величине.Целью изобретения является увеличение чувствительности датчика,Для достижения поставленной целипластина разделена на центральную подвижную и неподвижную периферийную части, соединенные между собой упругимиперемычками, причем центральная подвижная часть пластины жестко скреплена поцентру с мембраной, а электроды рабочегоконденсатора выполнены в виде колец ирасположены соответственно на периферииподвижной части пластины и на недеформируемой части корпуса.На фиг.1 изображена конструкция предлагаемого датчика давления; на фиг.2 - топология нанесенных на пластину электродарабочего конденсатора и электрода эталонного конденсатора.Датчик содержит мембрану 1 с жесткимцентром 2, выполненную за одно целое скорпусом 3, на котором размещены электрод 4 рабочего конденсатора и электрод 5эталонного конденсатора, пластину 6 с перемычками 7, скрепленную по центру с жестким центром 2 точечной сваркой 8 и попериферии с корпусом точечной сваркой 9,На пластине зеркально-симметрично расположены подвижный электрод 10 рабочегоконденсатора и электрод 11 эталонного конденсатора.Электрический вывод электрода рабочего конденсатора производится по перемычке 7.Емкостный датчик давления работаетследующим образом,При подаче давления в полость корпуса3 мембрана 1 прогибается и перемещаетскрепленную с жестким центром 2 подвижную часть пластины 6. Емкость рабочегоко енсатора уменьшается, Упругие перемычки 7 практически не препятствуют перемещению мембраны и подвижной частипластины, так как их суммарная жесткостьзначительно меньше жесткости мембраны, При использовании вторичного преобразователя с функцией преобразования (1)выходное напряжение будет пропорционально перемещению подвижной частиверхней пластины. Погрешность линейности будет определяться только нелинейной1744540 50 Составитель Д. ЛебедевТехред М.Моргентал Корректор А. Осауленко Редактор А. Лежнина Заказ 2190 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 зависимостью прогиба мембраны от давления. При колебаниях температуры начальный зазор между электродами рабочего и эталонного конденсаторов изменяется на одинаковую величину, что резко уменьшает температурную погрешность,Вынос электрода 10 рабочего конденсатора на периферию подвижной части пластины 6 позволяет уменьшить значение радиуса жесткого центра 2 до значений, обеспечивающих скрепление подвижной части пластины 6 с жестким центром, и тем самым увеличить чувствительность датчика.Формула изобретения Емкостный датчик давления, содержащий выполненную за одно целое с корпусом мембрану с жестким центром, первый тонкопленочный электрод рабочего конденсатора, нанесенный на корпус первый тонкопленочный кольцевой электрод эталонного конденсатора и пластину в виде диска, скрепленную по периферии с корпусом, на 5 которой зеркально симметрично расположены вторые тонкопленочные электроды рабочего и эталонного конденсаторов, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в нем пластина разделе на на центральную подвижную и неподвижную периферийную части, соединенные между собой упругими перемычками, причем центральная подвижная часть пластины жестко скреплена по центру с мембраной, а 15 электроды рабочего конденсатора выполнены в виде колец и расположены соответственно на периферии подвижной части пластины и на недеформируемой части корпуса.20