Датчик давления

Союз Советскин Сфереалистическин РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 Ц М. Кл,С 01 Ь 9/04 Государственный нацнтет Совете Мнннстров СССР во делам нэобретеннй н отнрвннй(46) Дата опубликования описания 10,03,78(54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ 2с кольцевым выступом в средней части,один торец которого заглушен, а другой упирается в.корпус датчика ) 31 ,Все эти устройства имеют значительные температурные погрешности при измерении давления с нестационарными температурными режимами, Это связано с тем, что при неравенстве температур, измеряемой и окружаюшей, распределение температуры вдоль упругого чувствительного элемента неравномерно, Один его торец, который ближе к измеряемой среде, или воспринимающий измеряемую среду, имеет температуру, близкую к температуре измеряемой среды. Другой торец имеет температуру, приближающуюся к температуре окружающей среды.,Но поскольку тензорезисторы расположены вдоль упругого элемента, они имеют разную температуру и принципиально компенсация темпераlтурных погрешностей в таких устройствах не может быть обеспечена, Наибольшая величина температурной погрешности известных устройств получается при нестационарном температурном режиме измеряемои среды и 1Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения быстропеременных давлений в лабораторных, стендовых и натурных условиях,бИзвестны устройства для измерения давлений, основанные на тензорезистнвном эффекте, в которых давление измеряемой среды действует на разделительную мембрану, преобразующую давление в силу 1 . Под дей О ствием этой силы деформируется упругий элемент, выполненный в виде заделанного одним торцом тонкостенного цилиндра, деформация которого тензорезисторами преоб разуется в выходной сигнал измерительной р с.хамы.Известны также тензометрические датчики давлений,в которых используется упругий элемент в ввиде жестко-заделанного по торцам тонкостенного цилиндра с прило- рО жением силы от измеряемого давления в задней части цилиндра 121 .Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик давления, содержащий полый упругий элемент 25 Фс есояоаиеый 1 щтбт нм т Рарче,ВЮВЯ ьляо тбнц Ь Ь а МЭМИПараметры фланца 2 (толщина и рабочая плошадь) выбирают из условия равенствайф по абсолютной величине деформаций в обеихчастях упругого элемента.В связи с тем, что температурные погрешности датчика зависят от радиуса кривизны поверхности, на которую установленыф тензорезисторы, радиусы обеих частей упругого элемента 3 выполняют одинаковыми, "а тензорезисторы 6 устанавливают идентично вдоль оси упругого элемента 3,Компенсация аддитивной температурнойЗЬ погрешности датчика осуществляется меднымсопротивлением 7 ( компенсационным тензорезистором) 1 изготовленным аналогично рабочим тензорезистэрам 6, котэрое устанавм- ливается на упругий элемент 3 так же, как40 устанавливаются тензорезистэры 6,В предлагаемом датчике все элементыизмерительной схемы установлены на упругом элементе 3, и температура измеряемогодавления воздействует на все элементы измери 45 рительной схемы идентично. Поэтому при изменении температуры измеряемой среды происходит идентичное изменение температурывсех элементов 1 измерительной схемы, чтодает возможность избавиться эт, появления0 температурных пэгрешнэстей, обусловленныхнестационарными температурными режимами измеряемой среды,Так как толщина стенок упругого элемента 3 мала (порядка 0,1 мм), температура элементов измерительной схемы фактически без запаздыванич повторяет температуру измеряемой среды, чтэ позволяет использовать датчик при сравнительно бсльшихскоростях изменения температуры (цри термэударах). прогиба узки, з где Кю -аабличный кмембраны от распред висящий от соотнэше эффициенленнэй зая й/Я Кщ -габличный к нт прогиба м ы, зависяши ицие сосредоточеннои сшения 3 Йнутренний радиус цугого элемента.ртеже изображен обения, разрез,браны от от соотнЯ- части упНа че ической л щий вид да чика да в переходном температурном режиме достигЫзт 30%.Для повышения точности измерения путемисключения температурных погрешностей приизмерении быстропеременных давлений с нестациэнарными температурными режимамив датчике давления, содержащем корпус, полый упругий элемент с кольцевым выступомпосередине полости, симметрично относительно которого закреплены рабочие и компенсационные тензорезисторы, упругий элементвыполнен в виде стакана за одно целое с.корпусом и снабжен фланцем, наружный радиус которого определяется по формулеЬИ 9%а расстояние от фпанца до кольцевоговыступа, закрепленного неподвижно относительно корпуса, выбрано исходя изсоотношения Я й ,ЧИРАГ,20где ) - внешний радиус цилиндрическойчасти упругого элемента;С - относительная деформация цилиндрической части упругого элемента;Е - модуль упругости материала упругогэ элемента;-толщина стенки цилиндрическойчасти упругого элемента;Р -измеряемое давление;М -коэффициент Пуассона;2%КсюВ -коэффициент пропорциональности,К е Датчик состоит из изготовленных за одно целое корпуса 1, фланца 2 и упругогээлемента 3, выполненного в виде стаканаФ4 с расположенным, посередине его внутренней полости кольцевым выступом 5,симметрично относительно которого закреплены рабочие 6 и компенсационные 7 тензорезисторы упора 8, закрепленного в корпусе 1 прижимной гайкой 9 и штепсельногоразьема 10,Датчик работает следующим образом.Измеряемое давление действует одвлременно на всю внешнюю поверхность упругогоэлемента н фланца.При этом,так как срединная -: 704 часть упругого элемента 3 неподвижна относительно корпуса за счет высела 5, воздействие на заглушенный торец упругого элемента 3 приводит к деформации сжатия одной части упругого элемента, а воздействие давления на фланец 2 - к деформации растяжения другой части, Воздействие давленич на боковую поверхность упругого элемента 3 исключается выполнением условияЖ Ь и установкой тензорезисторов 6 па некотором расстоянии Х эт торцов упДугогэ элемента 3, Этэ расстояние определяется из условия-РхРАк 1аох-ипата)4 фк, где МЬ) -изгибающий момент в поперечном сечении упругого элемента от воздействия внешнего давления Р на боковую поверхность упругого элемента 3;. датчики контролящиностроенне,ство М 37508,ИПИ Заказ 1398/ЗЗ Тираж 1112 Подписно илиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Так как тензорезисторы устанавливают надлинной оболочке на определенном расстоянии ( Х ) от торцов упругого элемента, температурные деформации фланца 2 не воспринимаются тензорезисторами 6, А так как фланец имеет малую толщину, он является тепловым разделителем упругого элемента 3 и корпуса 1 датчика, тем самым создавая равенство тепловых потоков в упругом элементе.о Формула изобретенияДатчик давления, содержащий корпус, полый упругий элемент с кольцевым выступом посередине полости, симметрично относительно которого закреплены рабочие и компенсационные тензорезисторы, о т л и ч а юш и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения температурных погрешностей при измерении быстропеременных давлений с нестационарными тем. пературными режимами,упругий элемент выполнен в виде стакана за одно целое с корпусом и снабжен фланцем,наружный радиус которого определяется по формуле = а расстояние от фланца до кольцевоговыс па, закрепленного неподвижно относитель корпуса, выбрано исходя из соотношения 6где о - внешний радиус цилиндрической части упругого элемента;6 - относительная деформация цилиндрической части упругого элемента;Е - модуль упругости материала упругого элементаЪ - толщина стенки цилиндрической части упругого элемента;Р - измеряемое давление;9 - коэффициент Пуассона;и : -- коэффициент пропорциональК(вности, где ХШ - табличный коэффициент прогиба мембраны от распределенной нагрузки, зависящей от соотношения Я/М,ц - табличный коэффициент прогиба мембраны от сосредоточенной силы, зависящий от соотношения ЩЙ,М - внутренний радиус цилиндрической части упругого элемента,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Агейкин Д, И. и дри регулирования, М фма1965,торское свидетель1 1 ю 9/06, 1966 торское свидетельство М 3Ь 9/04, 1970.