Датчик давления

(43) Опубликовано 15.12,77, Бюллетень Государственный комитет Совета Министров СССР5) Д описания 2 б.01.78 та опубликовани Авторыизобрегспия ахаренков и В. М. Си) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ сменных рхности ри этом ого элеичество еделяют пластинах имеет вопри трех Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования давления в электрический сигнал в автоматизированных системах контроля и управления технологическими параметрами вязких сред.Известны тензорезисторные датчики давления, рассчитанные на один предел измерения. Например, датчик давления 1 состоит из корпуса, упругого чувствительного элемента в виде плоской мембраны с жестким центром, толщина которой определяет предел измерения датчика, и преобразователя с тензорезисторами сжатия и растяжения на упругом (пружинном) подвесе.При эксплуатации известного датчика для расширения пределов измеоения применяют силовые шунты которые сложны по устройству и увеличивают габариты установочных мест в технологическом оборудовании. Поэтому желательно иметь датчик давления на несколько пределов измерения. Это подтверждается, например, известным прсобразователем давления 2, в котором с помощью двух штифтов и периферийной части мембраны сложной конфигурации и конструкции достигается изменение предела измерения за счет измснсния эффективной площади.Для обеспечения возможности изменения пределов измерения чувствительный элемент предлагаемого датчика, выполненного в виде плоскои мембраны, снаожен наооромплас ин, которые расположены на повс м мбрапы и плотно поджаты к ней. П эффективная площадь чувствительнмента датчика не изменяется, а кол сменных пластин и их толщина опр пределы измерения.На чертеже приведен пример конструктивного выполнения предлагаемого датчика дав леия, снабженного набором сменных пластин.Измеритель давления состоит из корпуса 1с установочным буртом 2, герметизирующего кожуха 3, упругого чувствительного элемента в виде плоской мембраны 4 с жестким ободом 15 5 и жестким центром б, набора сменных пластин 7 разной или одинаковой толщины, расположенных на поверхности мембраны 4 и плотно поджатых к ней (например, с помощью соединительного элемента 8), Мембрана 4 без 20 набора сменных пластин 7 соответствует первою пределу измерения, совместно с одной из сменных пластин 7 в зависимости от ес толщины - соответственно второму пределу измерения. Остальные пределы измерения образуют ся установкой двух и более сменных пластиниз паоора.Таким образом, при трех сменныхразной толщины датчик давлениясемь пределов измерения и четыре30 пластинах одинаковой толщины,"о 35 где ч / Я 4.АК = l Е 1 Р - . - сонэк. Й,=1.2 мм; Й 2=1)5 мм; Йз= 2,0 мм. Тензорезисторы сжатия 9 закреплены между упругим подвесом (пружиной) 10 и жестким центром б мембраны 4, тензорезисторы растяжения 11 - между пружиной и ребристым стержнем 12, к которому крепится своим жестким ободом мембрана 4. Наружный диаметр набора сменных пластин не должен быть больше наружного диаметра жесткого обода 5. Для показанного на чертеже датчика давления толщина набора сменных пластин 7 совместно с толщиной мембраны 5 (Й) определяется по формуле:1 еус) (1) где Р - предельное измеряемое давление; Я - радиус эффективной площади; А= 3 (1 - р.1 с 4 - 1 - 4 с. - 1 и с 16 с14 - коэффициент Пуассона;й го - радиус жесткого центра;Е - модуль упругости материала пластин;14 - перемещение центра мембраны.При 14= Сопэ 1; с = Сопз 1; 2 й = Сопз 1 и выполнении набора пластин и чувствительного элемента из одинакового материала в пределах рабочего диапазона температур измери- теля и=Сопз 1, Е=Сопз 1 и тогда Й = КУР, 1-1 апример, для трсхпредельного датчика давления по формулам (1) и (2) при У= =100 мк, 20=30 мм и го=6 мм и давлении Р=25, 50 и 100 кгс/см толщины набора сменных пластин и мембраны должны составлять соответственно: Следовательно, две сменных пластины должны быть толщиной 0,3 и 0,5 мм, а толщинамембраны должна составлять 1,2 мм для обеспечения указанных пределов измерения.5 Таким образом, комплектуя датчик давления на заводе-изготовителе несколькими сменными пластинами и соединительным элементом, датчик можно использовать в эксплуатации на несколько пределов измерения, При10 этом на каждом пределе измерения выходнойсигнал остается одной и той же величины, таккак перемещение жесткого центра К=сопз 1,следовательно, и деформация тензорезисторов(в пределах класса точности измерителя) ос 15 тается постоянной.Описанный датчик работает следующим образомм.При воздействии измеряемого давления поэффективной площади набора пластин 7 и20 мембраны 4 происходит их совместный прогиб,пропорциональный действующему давлению,жесткий центр б соответственно перемещается, происходит ослабление предварительнорастянутого тензорезистора сжатия 9, а пру 25 жина 10 одновременно растягивает тензорезистор растяжения 11.В случае нагружения датчика давлением,превышающим допустимые величины, жесткийцентр 6 выбирает зазор между ним и ребри 30 стым стержнем 12 и дальнейшая деформациятензорезисторов ограничивается,Ф ор мула изобретения Датчик давления, содержащий корпус с упругим чувствительным элементом, выполненным в виде плоской мембраны, и преобразователь, отличающийся тем, что, с целью40 обеспечения возможности изменения пределовизмерения, в нем чувствительный элементснабжен набором сменных пластин, которыерасположены на поверхности мембраны иплотно поджаты к ней.45 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3676620, кл, 200 в 8.1972,2, Авторское свидетельство322674, кл.50 С 4 011. 9/06, 1970,584210 Составитель Г. Невска актор С. Хейфиц хред И, Михайлова ектор Л. Котова каз 325 дписнос шография, пр. Сапунова, 2 Изд,144 Тираж 1109Государственного комитета Совета Министро по делам изобретений и открытий113035, Москва, К, Раушская наб., д, 4/