417699

417699 Союз СоветскиСоциалистическихРеспублик Зависимое от авт. свидетельства-Заявлено 31,1.1972 ( 1741646/18-10)с присоединением заявки-Приоритет М. Кл. б 011 7/026 011 11/00 Государственный комитет Совета Министров СССР оо делан изобретений)уоликовано Дата опубликования описания 10.И 1.1974 Авторыизобретения С аседателев, Л. В. Беликов, О. А, Сафонов и А, А. Осветимский вител ТЧИК ПРОИЗВОДНОЙ ДАВЛЕНИ Изобретение относится к области информационно-измерительных приборов или датчиков первичной информации для систем автоматического регулирования и может использоваться для систем автоматического регулирования давления.Известен датчик производной давления, содержащий герметичный корпус, разделенный упругим чувствительным элементом на две полости - динамическую, сообщающуюся с измеряемым давлением непосредственно, и статическую, сообщающуюся с измеряемым давлением через капилляр. Перемещение жесткого центра упругого чувствительного элемента преобразуется в перемещение стрелки либо в электрический сигнал посредством какого- либо преобразователя.Быстродействие датчика ограничивается чувствительностью упругого элемента, Наиболее чувствительные упругие элементы,рассчитанные на измерение давления в диапазоне до 10 мм вод, ст., не позволяют сделать постоянную времени датчика меньше нескольких секунд при измерении скорости изменения давления (или производной давления) порядка нескольких миллиметров вод, ст. в сек. Площадь упругого элемента, обладающего такой чувствительностью, превышает 00 смс. Г 1 ри этом прогиб упругого элемента вызывает значительное изменение объема статической полости, ч" о приводит к дополнительному увеличению постоянной времени.Увеличение объема статической полостипозволяет уменьшить относительное измене пие объема при прогибе упругого элемента иисключить связанное с этим дополнительное увеличение постоянной времени, Для этого объем статической полости должен быть более 1000 см, в результате чего размеры и вес О прибора чрезвычайно велики и ограничиваютего применение в системах регулирования давления. Одна из погрешностей прибора обусловлена гистерезнсом упругого элемента благодаря неупругим деформациям в местах 5 заделки мембраны в корпус. При соединенииупругого элемента с помощью пайки и сварки погрешность за счет гистерезиса достигает нескольких процентов. Гистерезис наблюдается даже при изготовлении упругого элемен- О та заодно целое с корпусом из любого поликристаллического материала в результате потерь на трение между кристаллами. Гистерезис отсутствует только в случае, если упругий элемент изготовлен заодно целое с кор пусом из монокристалла, Капилляр датчикаделают, как правило, из стекла и вклеивают в отверстие в корпусе, что усложняет конструкцию датчика. Таким образом, недостатками известного датчика являются значительо пая погрешность. недостаточное быстродействие и относительная сложность конструкции, которая вызывает большие размеры и вес прибора.Целью изобретения является увеличение точности и быстродействия и упрощение конструкции,Для этого упругий чувствительный эл мент предлагаемого датчика выполнен в виде полупроводниковой монокристалличсской пластиныы с выемкой в центральной части в форме усеченного конуса, над которой размещен преобразователь.В утолщенной части монокристаллической пластины может быть выполнен капилляп, соединяющий динамическую и статическую полостии.На чертеже показана принципиальная схема описываемого датчика,Датчик содержит корпус 1, разделенный пластиной 2 на динамическую А и статическую Б полости. Полость А соединена с измеряемым давлением непосредственно, а полость Б - капилляром 3, Упругий чувствительный элемент выполнен заодно целое с массивным опорным основанием 5 путем вытравливания в монокристаллической кремниевой пластине 2 выемки в форме усеченного конуса. Капилляр 3 представляет собой канал в опорном основании 5, а преобразователь деформации упругого элемента 4 в электрический сигнал - тензометрический мост из диффузионных или эпитаксиальных резисторов б, нанесенных на упругий элемент 4.Упругий элемент 4 с опорным основанием 5 выполнен из монокристалла методом анизотронного травления, позволяющего получать мембрану площадью в несколько квадратных миллиметров, рассчитанную на перепад Л.1о порядка долей мм вод. ст.Работает датчик следующим образом.Измеряемое давлспис поступает в дипамическую полость А непосредственно, а в статическую полость Б - через капилляр 5. Благодаря этому измспеяия давления в статической полости запаздывают относительно пзмспений давления в,динамической полости Л, и между полостями образуется перепад давлений, пропорциональный производной давления в динамической полости, измеряемый уп ругим элементом 4.Применение столь высокочувствительногоупругого элемента (порядка долей мм вод.ст.) позволяет уменьшить постоянную времени до нескольких десятых долей секунды. Бла годаря тому, что площадь упругого элемента4 очень мала, относительное изменение объема статической полости оказывается пренебрежимо малым при величине объема статиче.ской полости менее см. Следовательно, габа риты и вес датчика значительно уменьшаются, приблизительно во столько же раз, во сколько уменьшаются размеры статической полости.Изготовление упругого элемента заодно це лое с опорным основанием 5 из монокристалла обеспечивает идеальную заделку краев упругого элемента, исключающую гистерезис и связанную с ним погрепгиость, в результате чего увеличивается точность измерений, а вы полнение капилляра в виде канала упрощаетконструкцию. П редм ет изобретения30 1. Датчик производной давления, содержащий герметичный корпус, разделенный упругим чувствительным элементом на две полости - динамическую и статическую, и преобразователь деформации чувствительного эле мента в электрический сигнал, о т л и ч а ющи й с я тем, что, с целью увеличения точности и быстродействия и упрощения конструкции, в нем упругий чувствительный элемент выполнен в виде полупроводниковой моно кристаллической пластины с выемкой в центральной части в форме усеченного конуса, над которой размещен преобразователь.2. Датчик по п. 1, отл ич ающи йся тем,что в утолщенной части монокристаллической 45 пластины выполнен капилляр.. Горячева 1 едок Тираж 760тета Совета Министий и открытийская наб., д. 4/5 одписно в С ииография, ир. Сапунова, 2 Заказ 1568/8ЦНИ Изд.1314Государственного ком по делам изобрет Москва, Ж, Рау Корректор В. Брыксина