Емкостный датчик давления

.В.Апакинатент США М 4562 ьский инсти фи кл. 6 01 1 9/12 М 2 (54) 57) и тех газо вит сти емк пус 2 в ос а 30. 1 ил стей вторское свидетельство СССР 9786, кл. 0 01 1 9/12, 1967, МКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ мкостный датчик давления относится к рительной технике и может быть исован в различных областях науки и ки для измерения давления жидких и бразных сред. Цель: повышение чувст-: ьности, помехоустойчивости и точнозмерений. Сущность изобретения: тный датчик давления содержит кор, упругий элемент 1 в виде мембраны полненной за одно целое с опорным анием 3, подвижный электрод 4 измеьного конденсатора, расположенный на поверхности мембраны, кольцевой неподвижный электрод 5 эталонного конденсатора, размещенный на опорном основании 3, неподвижные электроды 6 и измерительного и эталонного конденсаторов, расположенные на пластине 8, Отличительной особенностью датчика является то, что в нем мембрана 2 выполнена без жесткого центра, а поверхность пластины 8, на которой расположен неподвижный электрод 6 измерительного конденсатора, удовлетворяет уравнению поверхности упругой плоской мембрань 1, деформированной давлением, в 1,2-1,5 раза превышающим номинальное давление датчика, Даются математические выражения для формы электродов 4, 6 измерительного конденсатора, удовлетворение которых позволяет минимизировать нелинейность функции преобразования датчика, Положительный эффект; 11 овышение чувствительности в 4 раза, уменьшение влияние параэитных емчительной массы пластины, присоединен-,.ной к центру мембраны, 20 круглый подвижный электрод измерительного конденсатора, расположенного на по 30 на пластине, соединенной прокладками с упругим элементом по периферии в трех точках, а зазор междуэлектродами выполнен с превышением максимального перемещения по-: движного электрода на 10-20 Д.Недостатком известного емкостного датчика является малая чувствительность к давлению из-за большой цилиндрической 40 жесткости мембраны, имеющей жесткий центр. Другими недостатками известного емкостного датчика являются малая помехоустойчивость и большое влияние паразитных емкостей на точность измерения из-за 45 малых рабочих емкостей. 50 55 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением статико-динамических давлений жидких и газообразных сред,Известен емкостный датчик давления, содержащий упругий элемент в виде круглой мембраны с круглым кольцевым электродом нэ периферии, в центре которой прикреплен круглый диск с электродом на периферии, зеркально-симметричным электроду упругого элемента.Недостатком известной конструкции является большая динамическая погрешность при измерении быстропеременных давлений, связанная с низкой собственной частотой упругого элемента вследствие знаИзвестен емкостный датчик давления,содержащий корпус, упругий элемент в виде мембраны с жестким центром, выполненной за одно целое с опорным основанием,верхности мембраны в области жесткого центра, кольцевой неподвижный электрод эталонного конденсатора, размещенный на опорном основании, зеркально-симметричные неподвижные электроды измерительного и эталонного кондЕйсаторов, расположенные Изобретение направлено на увеличение чувствительности к давлению, помехоустойчивости и точности, Согласно изобретению в емкостном датчике давления, содержащем корпус, упругий элемент в виде мембраны, выполненной за одно целое с опорным основанием, подвижный электрод измерительного конденсатора, расположенный на поверхности мембраны, кольцевой неподвижный электрод эталонного конденсатора, размещенный на опорном основании, зеркально-симметричные неподвижные электроды измерительного и эталонного конденсаторов, расположенные на пласти 51015 не, соединенной с упругим элементом, мембрана выполнена без жесткого центра, поверхность пластины, на которой расположен неподвижный электрод измерительного конденсатора, удовлетворяет уравнению поверхности упругой плоской мембраны, деформированной давлением Рмакс, в 1,2- 1,5 раза превышающим номинальное давление датчикав =ам (1 -- ),Р гггде в - прогиб мембраны под действиемдавления в точке, удаленной на расстояниег от центра мембраны;В - радиус мембраны;во - прогиб в центре мембраны г = О),эЬ 16 РмксЙ Е и (1 - ,и ),где,и - коэффициент Пуассона материаламембраны;Е - модуль упругости материала мембраны;. Ь - толщина мембраны,а электроды измерительного конденсатораимеют такую форму, что их площадь определяется из выражения 4 оНа чертеже изображен датчик в разрезе, Соотношение между размерами межэлектродного зазора и тол щинами диэлектрической пленки и электродов для наглядности изменены, Емкостный датчик давления содержит упругий элемент 1 в виде мембраны 2, выполненной за одно целое с опорным основанием 3. Подвижный электрод 4 измерительного конденсатора расположен на поверхностимембраны. Неподвижный электрод 5 опорного конденсатора размещен на опорном основании, Зеркально-симметричные электроды 6 и 7 измерительного и опорного конденсаторов соответственно расположены на пластине 8. Выводные проводники 9 соединены с контактными площадками электродов и контактами 10 расположенными в отверстиях корпуса 11, Упругий элемент и пластина выполнены из сплава 70 НХБМЮ, Для электрической изоляции электродов используется пленки 12 из А 1 гОз-ЯОгтолщиной 3 мкм. Электроды и контактные площадки выполнены из пленки Мо-Й 1 толщиной 1,5 мкм. Выводные проводники выполнены из ленты 0,05-1- 79 НМ, Корпус и контакты выполнены из сплава 29 НК, Контакты впаиваются в корпус глазурью СК. Зазор между электродами равен 50 мкм. Диаметр мембраны равен 8 мм,Емкостный датчик давления работает следующим образом.Измеряемое давление воздействует на мембрану с внешней стороны. Под воздействием измеряемого давления подвижный э ектрод измерительного конденсатора, расположенный на мембране, перемещается в направлении к неподвижному электроду имерительного конденсатора, вследствие чего емкость измерительного конденсатора увеличивается. Емкость опорного конденса тора не зависит от измеряемого давления. Значения емкостей измерительного и опорного конденсаторов передаются на выводные проводники и далее на нормирующее устройство (на чертеже не показано), которе формирует выходной сигнал, зависящ 14 й от отношения емкости опорного конденсатора к емкости измерительного конденсатора, Таким образом, выходной сигнал зависит от измеряемого давления.В предлагаемом емкостном датчике давленйя отсутствует жесткий центр на м мбране. Это дает возможность увеличить чу ствительность к измеряемому давлению из.за увеличения прогиба мембраны. Пере Формула изобретения Емкостный датчик давления, содержащий корпус, упругий элемент в виде мембра.ны, выполненной за одно целое с опЬрным основанием, подвижный электрод из ерительного конденсатора, расположенный на поверхности мембраны, кольцево неподвижный электрод эталоннбго конденсатора, размещенный на опорном основании, зеркально-симметричные неподвижные электроды измерйтельного и эт лонного конденсаторов, расположенные на пластине, соединенной с упругим элементом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, помехоустойчивости и точности измерений, мембрана выполнена без жесткого центра, поберхность пластины, на которой расположе неподвижный электрод измерительного онденсатора, удовлетворяет уравнению по ерхности упругой плоской мембраны, детормированнои давлением Риме, в 1,2- 1,5 раза превышающим номинальное давлеиие датчика; мещение центра мембраны беэ жесткого центра больше в 4 раза по сравнению с перемещением центра мембраны с жестким центром.5 В предлагаемом емкостном датчикедавления размер подвижного электрода измерительного конденсатора ограничивается только размерами мембраны. в то время как у известных датчиков размер подвижно го электрода измерительного конденсатораограничивается жестким центром, Это позволяет увеличить площадь электродОв, азначит; и величину начальной емкости измерительного конденсатора не менее чем на 15 30,ь. Увеличение начальной емкости измерительного конденсатора позволит увеличить помехоустойчивость и уменьшить влияние паразитных емкостей на точность измерения,20 Таким образом, йреимуществами заяв ляемой конструкции емкостного датчикадавления являются увеличение чувствительности к давлению в 4 раза, увеличение помехоустойчивости на 3072 и уменьшение 25 влияния параэитных емкостей на точностьизмерения на 30.30В=в,(1 -- )2,г 22тде в - прогиб мембраны под действиемдавления в точке, удаленной на расстояниег от центра мембраны;й - радиус мембраны;вь - прогиб в центре мембраны (г - О),40 16гдо= Рмакс Е1 Р ) фр - коэффициент Пуассона материаламембраны;Е - модуль упругости материала мембраны45 и - толщина мембраны,а электроды измерительного конденсатореимеют форму, удовлетворяющую зависимости их площади 8, заключенной в круге ра. диусом г; от этого радиуса, согласновыражению