Емкостный датчик давления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 987426 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 200681 (21 3336137/18-10с присоединением заявки Мо(23) Приоритет 001 . 9/126 011904 Государственный комитет СССР но делам нзобретеннй н открытнйОпубликовано 0701,83. Бюллетень М 1 1 Дата опубликования описания 07.01.83(71) Заявитель 54 ) ЕИКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ 10 20 25 30 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления,и может быть использовано для измерения ста тических и быстропеременных давленийИзвестны емкостные датчики давления, содержащие упругую мембрану и неподвижный электрод 1 1Такие датчики обладают невысокой .точностью из-за наличия значительной температурной погрешности.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является датчик, содержащий специальные термокомпенсационные шайбы, установленные под шайбой, изолирующий неподвижный электрод от корпуса датчика2.Однако применяемая температурная компенсация не учитывает, во-первых, механических напряжений, имеющих место в реальных конструкциях датчика, которые при изменении температуры перераспределяются, что ведет к дополнительным температурным,ошибкам, во-вторых, геометрические размеры элементов конструкции датчика несравнимо больше, чем величина рабочего зазора, поэтому даже незначительная разница в теьпературных коэффициентах отдельных элементов конструкции существенно сказывается на .температурной погрешности, в- третьих, в реальных условиях, при использовании датчика на иэделиях с повышенной или пониженной относительно окружающей среды температурой, в теле датчика имеет место тепловой градиент, что вызывает дополнительную температурную погрешность. В условиях теплового возмущения в описанных выше конструкциях с подвесным электродом длительность теплового переходного процесса весьма значительна, что в случае кратковременных процессов вообще. исключает возможность применения датчика дпя измерений,Целью изобретения является уменьшение температурной погрешности датчика давления в условиях, когда тепловой режим исследуемого объекта меняется.Поставленная цель достигается тем что в датчике, содержащем корпус, в котором размещены мембрана, электрод, гермоввод и кольца термокомпенсации, электрод выполнен из электроизоляционногб материала, например керамики или кварца, с металлизи 98742 б(1) (2) 1" 1 дЫо-Ьа-Юсуммарная высота двух колец; 65 рованным торцом, обращенный к мембране, кольца установлены в пакет между электродом и мембраной по ее периферии,.причем электрод прижат к кольцам пружиной, а материалы колец вы браны с различными температурными 5 коэффициентами линейного .расширения.на фиг. 1 приведен датчик, продольный разрезна Фив. 2 - график определения значения эффективного коэффициента. 0Датчик включает корпус 1, -плоскую упругую мембрану 2, служащую одним из электродов, электрод 3. Между мембраной 2 и электродом 3 предусмотрен зазор, составляющий несколь ко мкм. Зазор определяется высотой термокомпенсационных колец 4 и 5. Электрод 3 выполнен из электроизоляционного материала, например, керамики или кварца, имеет металлизированный торец б, обращенный к мембране 2, и поджат пружинной шайбой 7 к термокомпенсационным кольцам 4 и 5, Кольца 4 и 5 выполнены из материалов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. Пружинная шайба 7 упирается в гермоввод 8.Датчик работает следующим обра зом.Давление измеряемой среды вызыва- ,ет деформацию мембраны 2, что в свою очередь изменяет зазор между мембраной 2 и металлизированным торцом 635 электрода 3. Так как мембрана 2 и электрод З.образуют конденсатор, то происходит изменение его емкости при малых прогибах мембраны 2 пропорционально измеряемому давлению. При изменении температуры датчикапроисходит деформация корпуса 1 датчика, жесткой заделки мембраны 2, а также изменение геометрических размеров электрода 3. Благодаря поджа тию электрода 3 пружинной шайбой 7 к термокомпенсационным кольцам 4 и 5 поддерживается практически постоян-. ная величина начальной электрической емкости между мембраной 2 и электро- дом 3.Высоты термокомпенсационных колец, 1, выполненных из материалов с температурными коэФФициентами линейного расширения и, выбираются из решения системой уравнений 55+ 1.еС = с+ 1 г.с(,Откуда со - эффективный температурныйкоэфФициент линейного расширения "идеального" кольца, при котором температурная погрешность датчика наименьшая. б определяется из графика (Фиг.2 а значения 1 и 1, из выражений (1 ) и (2)Величина о определяется экспериментально путем определения температурной погрешности ь 1 датчика с кольцом высотой 1., выполненного из материала с температурным коэффициентом расширения о( и с а. Принимая, в первом приближении, линейный закон изменения температурной погрешности с изменением коэффициента температурного расширения, определяем графически ( фиг. 2) или аналитически значение температурного коэффициента Оо материала "идеального" кольца.Благодаря тому, что значение о определяется экспериментально, оно учитывает влияние и некоторых других Факторов на температурную Ьогрешность, в частности, перераспределение температурных деформаций.Технико-зкономическая эффективность изобретения заключается в том, что благодаря расположению термокомпенсационных колец в зоне заделки мембраны датчика и керамического электрода с металлизацией, толщина которой соизмерима с величиной рабочего зазора, выбег и длительность переходного процесса при тепловом возмущении значительно уменьшены.За счет того, что температурная деформация корпуса датчика выбирается пружиной, а температурная деформация мембраны конменсируется температурной деформацией термокомпенсационных колец, значительно уменьшена температурная погрешность датчика. Температурная погрешность опытных датчиков, изготовленных в соответствии с изобретением, не йревышает 510 / С,Формула изобретенияЕмкостный датчик давления, содержащий корпус, в котором размещены мембрана, электрод, гермоввод и кольца термокомпенсации, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения. температурной погрешности измерений, электрод, выполнен из электроизоляционного материала с металлизированным торцом, кольца установлены в пакет между электродом и мембраной по ее периферии, причем электрод прижат к кольцам пружиной, а мате987426 Составитель А,СоколовскиРедактор Т.Кугрышева Техред Т.Маточка ктор ПодписноеССР Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 5риалы колец выбраны с различными температурными коэффициентами линейного расширения. Источники .информации,принятые во внимание при экспертизеЗаказ 10281/27 Тираж 871 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш1. Мартынов А.К. Прикладная аэродинамика. М., "Машиностроение",1972, с. 143, рис. 5, 11.2. Авторское свидетельство СССРЮ 493676, кл. 0 01 С 9/12, 601,113/ОР1975 (прототип ). омитета Соткрытийая наб., д,:4/5