Емкостный матричный датчик давления

СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 179770 11 9/ 51) ЕНтнОЕ ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕНТУ мическиио Р Ф(71) Центральный аэрогидродина институт им. проф. Н.Е,Жуковског (72) А.А.Казарян(73) Центральный аэрогидродинамический институт им. проф, Н,Е.Жуковского (56) Акустический журнал, том. ХХХ, М 4 1984, с. 428 - 431.ВесЬегсЬе, АгозраОа 1 е, Аппс, 1982, и 3(п)ачЫп) стр, 177-186,(54) ЕМКОСТНЫЙ МАТРИЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения давления и деформации. На поверхности исследуемых обьектов на первой диэлектрической пленке 1 образован чувствительный. элемент деформации 3 из фольги, на второй 5 и четвертой 10 диэлектрических пленках обкладки 7, 13, экран 12 и выходы 6, 11 чувствительного элемента давления, С целью повышения чувствительности датчика по давлению, третья диэлектрическая пленка 9, расположенная между второй и четвертой пленками, перфорируется. Толщина фольги больше остальных металлизированных пленок в 633 раз, а толщина первой, второй и четвертой диэлектрических пленок одинаковая и составляет 0,4-1.0 от толщины ф третьей перфорированной пленки. 1 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления и деформации при аэродинамических и натурных испытаниях авиационной техники,Известен пленочный датчик с чувствительным элементом (ЧЭ) из пироэлектрического материала. На стеклянную пластину осаждают полимерную подложку. На зту подложку последовательно запыляют электроды и слой ЧЭ пироэлектрического материала и верхний электрод. Такой способ сборки датчиков не обеспечивает измерения давления на поверхности изделия без дренирования.К недостаткам следует отнести; низкую надежность контактов пайки, плохую адгезию пироэлектрика со стеклом, незащищенность от внешних электромагнитных помех и трибоэлектрического эффекта.Наиболее близким к предложенному изобретению техническим решением является пленочный емкостный датчик давления, который состоит из четырех слоев диэлектрическойпленки, выполненных из однородного материала, Первая пленка является изолятором. На второй пленке снизу металлизированный сплошной экран, сверху на поверхности этой пленки металлизированные верхние обкладки датчика. Вторые обкладки датчиков металлизированы на наружной поверхности четвертой пленки, Между второй и четвертой пленками расположена третья перфорированная пленка, Соединение четырех пленок между собой и установка датчика на поверхность исследуемой модели осуществляется с помощью клея.Такое решение в указанной конструкции обеспечивает измерение давления на поверхности исследуемого объекта без дренирования,Недостаток этого датчика заключается в том, что не позволяет измерять одновременно давление и деформации и недостаточно помехозащищен,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет одно- времен ного измерения давления и деформации.Технический результат достигается тем, что в емкостном матричном датчике давления, содержащем четыре диэлектрические пленки, соединенные клеевым соединением в пакет, первая из которых является основанием датчика, при этом на верхних поверхностях первой и второй пленки и на нижней поверхности четвертой пленки сформированы соответствующие экраны,кроме того, на верхней поверхности второйпленки и на нижней поверхности четвертойпленки сформированы обкладки конденса 5 торов с выводами, а третья пленка выполнена перфорированной, на верхнейповерхности первой пленки сформированыизолированные от экрана пленочные тензорезисторы, расположенные противо 10 положно обкладкам конденсаторов,сформированные на поверхности второйпленки, на участках между их выводами, приэтом экран и тензорезисторы, расположенные на верхней поверхности первой пленки,15 выполнены из металлической фольги, толщина которой больше толщины обкладокконденсаторов в б 3,3 раза, причем первая,вторая и четвертая пленки выполнены одинаковой толщины, которая составляет20 0,41,0 от толщины третьей перфорированной пленки.На чертеже изображены элементы конструкции емкостного матричного датчикадавления и тензочувствительного элемента,25 Основанием датчика является первый слойдиэлектрической пленки 1, содержащий выводы 2 тензочувствительного элемента 3 иэкран 4 (Сеч. А-А). Вторая диэлектрическаяпленка 5 содержит выводы 6, обкладки 7, ЧЭ30 давления и экран 8(сеч. Б - Б). Третья диэлектрическая пленка 9 перфорированная. Четвертая диэлектрическая пленка 10 являетсямембраной датчика и содержит вывод 11для подачи напряжения поляризации. экран35 12 и обкладки 13 (сеч, Г - Г). Все пленкискрепляют между собой клеем (сеч. Д-Д).Все металлизированные элементы на поверхности диэлектрических пленок (за исключением первой диэлектрической пленки40 1) образованы способом вакуумного напыления,Введение на поверхности первой диэлектрической пленки 1 фольги (из никеля,константана и т,д.) полиамидокислотного45 лака по известной технологии позволяет наверхней поверхности диэлектрическойпленки способом фотолитографии сформироватьтензочувствительный элемент 3 и выводы 12 для измерения деформации модели50 одновременно с давлением. Место расположения тензочувствительного элемента нанижней части первой диэлектрическойпленки обусловлено возникновением максимального значения усилия и деформации55 на этом участке. При этом ЧЭ давления (обкладки 7, 13) на верхнем участке второй ичетвертой диэлектрической пленки 5, 10расположены на том месте, где ожидаетсямаксимальное значение пульсаций давления, Симметричное смещение обкладок 7,1797700 Составитель А.КазарянТехред М.Моргентал Корректор М,Ткач Редактор О.Стенина Заказ 669 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 13 относительно тезочувствительных элементов 3 исключает взаимное влияние выводов 6, 11 с тнезочувствительнымиэлементами 3 и выводов 2 между собой ирационально используются поверхности 5. диэлектрических пленок 1, 5, 10.Конструкция тензочувствительного элемента выбрана чисто символической. Онаможет быть любой конструкции, исходя изтребования проводимого измерения деформации,Если реальная толщина металлическойфольги для изготовления современных тезочувствительных элементов составляет3 - 10 мкм, то толщина метала металлизированных диэлектрических пленок находитсяв пределах 300 - 500 А, Тогда отношение толщины фольги к толщине металлизированной пленки находится в пределах 633.В конструкции датчика первая 1, вторая 205 и четвертая 10 пленки выполнены одинаковой толщины, которая составляет 0,4 - 1,0от толщины третьей перфорированнойпленки 9,Принцип работы датчика заключается в 25следующем. При воздействии давления вместе соединения тензочувствительныхэлементов 3 возникают напряжения де. формации. На поверхности датчика через диэлектрические пленки 10, 9 и 5 30тензочувствительные элементы испытывают действие усилия (давления), При этомдеформация модели определяется величиной Электрического напряжения на выходетензочувствительного элемента после усиления и определения коэффициента тензочувствительности. При изменении давленияР диэлектрическая пленка 10 изгибаетсявнутрь ячейки перфорации диэлектрической пленки 9, а емкость С изменяется пропорционально давлению на величину Л С, При этом выходное напряжение. снимаемое с выводов 6 ЧЭ давления, пропорционально напряжению поляризации и соотношению ЛСО. По изменению емкости судят о давлении,Формула изобретения Емкостный матричный датчик давления, содержащий четыре диэлектрические пленки, соединенные клеевым соединением в пакет, первая из которых является основанием датчика, при этом на верхних поверхностях первой и второй пленок и на нижней поверхности четвертой пленки. сформированы соответствующие экраны, кроме того, на верхней поверхности второй пленки и на нижней поверхности четвертой пленки сформированы обкладки конденсаторов с выводами, а третья пленка выполнена перфорированной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного дополнительного измерения деформации, в нем на верхней поверхности первой пленки сформированы изолированные от экрана пленочные тензорезисторы, расположенные противоположнообкладкам конденсаторов, сформированных на поверхности второй пленки, на участках между их выводами, йри этом экран и тензорезристоры, расположенные на верхней поверхности первой пленки, выполнены из металлической фольги, толщина которой больше толщины обкладок конденсаторов в 6 - 33 раза, причем первая, вторая и четвертая пленки выполнены одинаковой толщины, которая составляет 0,4 - 1,0 от толщины третьей перфорированной пленки,