Датчик давления

(5)5 6 РЕТЕНИЯ ПИСАНИЕ К. АВТ 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ЧУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Заявка ФРГЬЬ 2119426, кл. Н 04 й 17/00, 1974.Проектирование датчиков для измерения механических величин. /Под ред, Е.П.Осадченко.- М., 1979, с. 196. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пьезоэлектрическим датчикам давления, и может быть использовано при измерении акустического или быстропеременного давления. Целью изобретения является увеличение ресурса работы датчика при воздействии циклически меняющейся температуры рабочей среды. Это достигается тем, что в датчике давления прикрепленный к мембране 2 с помощью клея 4 пьезоэлектрический чувствительный элемент 3 выполнен в виде ленты, свернутой в плоскую спираль, причем сечение ленты представляет собой равнобедреную трапецию, сориентированную меньшим основанием в сторону мембраны, Выходной сигнал снимается с электродов 6 и 7, расположенных на торцах спирали. 2 ил, ф10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении акустического или быстропеременного давления при воздействии циклически меняющейся температуры рабочей (измеряемой) среды на изделиях двигателестроения, автомобилестроения, самолетостроения и т,д.Известны конструкции пьезоэлектрических датчиков, работоспособных в условиях воздействия температуры рабочей среды, например, мембрана для пьезоэлектрических преобразователей, которая с Ьдной стброны покрыта слоем, обладающим пьезоэлектрическими свойствами, и отличается тем, что она выполнена из материала, температурный коэффициент которого соответствует температурному коэффициенту слоя, обладающего пьезоэлектрическими свойствами.Недостатком такой конструкции является то, что при изменении температуры среды имеет место неоднородный нагрев мембраны и слоя, обладающего пьезоэлектрическими свойствами, что приводит к скачкообразным температурным деформациям мембраны (мембрана "хлопает"). При этом происходит изменение внутренних напряжений мембраны, что приводитк.изменению передаточного коэффициента от мембраны к пьезоэлектрическому слою и нарушению линейности его изменения.Прототипом предлагаемого устройства является акустический датчик, в котором нэ металлическую мембрану наклеен дисковый пьезоэлемент,Недостатком указанной конструкции является то, что для обеспечения работоспособности этой конструкции необходимо, чтобы плоскость склеивания (клеевой слой) не деформировалась, т,е. чтобы мембрана и пьезоэлемент испытывали чистый изгиб. Таким образом, в этой конструкции необходимо применять клей, который имеет высокую твердость в полимеризованном состоянии (например, В К). При изменении температуры, вследствие различных коэффициентов линейного расширения материалов мембраны и пьезоэлемента, клеевой слой испытывает большие сдвиговые деформации, величина которых увеличивается по мере удаления от центра мембраны, причем устранить температурные деформации подбором крффициентов линейного расширения материалов мембраны и пьезоэлемента практически невозможно, Сдвиговые деформации клеевого слоя, совметно со знакопеременными изгибными колебаниями от воздействия измеряемого давления, приводят к отрыву пьезоэлемента от мембраны по его периметру. Датчик становится неработоспособен, Этот эффект неоднократно наблюдался у датчиков ЛХ 1501 и типа ДХС, имеющих такую конструкцию.Целью изобретения является увеличение ресурса работы датчика при воздействии циклически меняющейся температуры рабочей среды.Поставленная цель достигается тем, чточувствительный элемент датчика выполненв виде ленты, свернутой в плоскую спираль, причем поперечное сечение ленты имеет форму равнобедренной трапеции, меньшим основанием ориентированную в сторону мембраны, электроды расположены на торцевых поверхностях спирали по всей еедли; на, а слой клея размещен между витками спирали.На фиг,1 и 2 дана схема датчика давления.Датчик состоит из корпуса 1 с мембраной 2, на которую наклеен пьезоэлектрический чувствительный элемент 3 (клеевой слой 4), выходной сигнал снимается посредством токосъемника 5 с электрода 6 и корпуса с электрода 7.Датчик работает следующим образомПри воздействии измеряемого давления на мембрану 2 она прогибается, Вместе с мембраной прогибается и наклеенный на нее чувствительный элемент. Поскольку чувствительный элемент имеет форму плоской спирали, то прогиб его выглядит как смещение в осевом направлении центра относительно периметра. При этом на электродах 6 и 8 генерируется электрический заряд. Эквивалентно прогиб чувствительного элемента можно представить как изгиб консольной балки, свернутой в плоскую спиральь.При воздействии температуры в мембране 2 возникают механические напряжения, которые приводят к деформации мембраны, отчего в свою очередь возникают механические напряжения и деформации в клеевом слое 4 и чувствительном элементе, Пи этом "отрыва" чувствительного элемента от мембраны не происходит, ввиду пластичности клея и большей площади клеевого контакта между мембраной и чувствительным элементом, Увеличение площади клеевого контакта достигнуто эа счет того, что виток спирали чувствительного элемента имеет форму равнобедренной трапециии, у которой меньшее основание находится со стороны мембраны. Таким образом, клеевой слой имеет форму диска со спиральным выступом. Выступ предназначен для снижения пластичности клеевого слоя и демпфирования резких деформаций1753311 Составитель Ю,ЧувыкинТехред М,Моргентал Корректор Л.Ливри с дактор О.Голова Заказ 2761 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 45 Производственно-издательский комбинат "Патент". г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 мембраны при резких перепадах температуры рабочей среды,Предлагаемое устройство позволяет повысить ресурс работы датчика в 11-16 разпо сравнению с известными датчиками 5ЛХ 1501 и типа ДХС в условиях циклическименяющейся температуры рабочей среды вдиапазоне от 100 до 250 С.Формула изобретенияДатчик давления, содержащий корпус с 10мембраной, на которой с помощью клеевогосоединения закреплен пьезоэлектрическийчувствительный элемент с электродами,один иэ которых подключен к токосъемнику, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения ресурса работы при воздействии циклически меняющейся температуры рабочей среды, в нем чувствительный элемент выполнен в виде ленты, свернутой в плоскую спираль, причем поперечное сечение ленты имеет форму равнобедренной трапеции, меньшим основанием ориентированной в сторону мембраны, электроды расположены на торцевых поверхностях спирали по всей ее длине, а слой клея размещен между витками спирали.