Датчик давления

ЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСКИ РЕСПУБЛИ(515 0 01 (. 9 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ос, ааеЪ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРМ 823913, кл. 6 01 3 9/12, 1978.(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления, и может быть использованодля измерения статического и динамического давлений в жидких и газообразных средах. Цель изобретения - повышениечувствительности и уменьшение нелинейности выходной характеристики. Это достигают за счет того, что в датчике давления,Ы 1622288 содержащем вакуумированныи корпус 6, мембрану 1 с жестким центром 2 и деформируемым периферийным участком 3, диск 5, закрепленный в корпусе с помощью жесткого штока 7, на мембране и диске установлены две пары электродов 9, 10 и 11, 12, противолежащих друг другу. Между центральными электродами 9, 10 конденсатора от воздействия давления уменьшается зазор и, следовательно, увеличивается емкость, а между периферийными электродами 11 и 12 другого конденсатора от воздействия давления увеличивается зазор и, следовательно, уменьшается емкость. Кроме того, как в центральном, так и периферийном конденсаторе электроды установлены на упругих элементах, имеющих равную толщину, 3 ил, 1622788Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления, и может быть использованодля измерения статического и динамического давлений жидких и газообразных сред,Целью изобретения является повышение чувствительности и уменьшение нелинейности выходной характеристики датчикадавления,На фиг,1 показана конструкция емкостногс датчика давления; на фиг,2 - топологияэлектродов на поверхности мембраны; нафиг,З - прогибы мембраны и диска от давления.Датчик давления включает мембрану 1с жестким центром 2 и деформируемым периферийным участком 3. выполненную заодно целое с опорным основанием 4, упругий диск 5, закрепленный в корпусе 6 с помощью жесткого штока 7, кольцо 8,установленное между мембраной 1 и диском 5, и центральные 9 и 10 и периферийные11 и 12 электроды, расположенные на мембране 1 идиске 5, Электроды 9 и 10 имеютформу круга, а электроды 11 и 12 - формуколец.Датчик давления работает следующимобразом.При подаче измеряемого давления Рхна мембрану 1 происходит ее прогиб и относительное перемещение жесткого центов2 на величину х (фиг,З) между электродом 9,расположенным на жестком центре 2, иэлектподом 10, расположенным в центредиска 5, в результате чего меняется (увеличивается) емкость центрального конденсасра на геличину С, и становится равнойСч =- Со+ Ск, (1)где Сц - емкость центрального конденсатора,сс тсящего из электродов 9 и 10;Со - емкость центрального и периферийного конденсаторов на самом низкомуровне измеряемого давленя;Сх - величина приращения емкости отуменьшения зазора на величину х междуэлектродами 9 и 10 центрального конденсатора.От воздействия давления и прогибамембраны 1 также происходит перемещение кольца 8 на величину, пропорциональную х, установленного по окружности наравноудаленном расстоянии (и) от жесткогоцентра 2 и опорного основания 4. Кольцо 8вызывает прогиб периферии диска 5 на величину и а вместе с ним и перемещениеэлектрода 12. Кроме того, при прогибе мембраны 1 от давления Рпередается изгибающий момент периферийному участку 3,который перемещается на величину, пропорциональную х, например К с электро 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 дом 11. Следовательно, меняется (увеличивается) зазор на величину Кх +,их междуэлектродом 11, расположенным на периферийном участке 3 мембраны, и электродом12, расположенным на периферии диска 5,в результате чего меняется (уменьшается)емкость периферийного конденсатора навеличину С(Кх+ дх) и становится равнойСл = Со - С(Кх+ ф х) (2)где Сп - емкость периферийного конденсатора, состоящего иэ электродов 11 и12,С(Кх + рх ) - величина уменьшсния емкости от увеличения зазора между электродами 11 и 12 периферийного конденсатора,Таким образом, от давления Гх емкостьцентрального конденсатора. состоящего нзэлектродов 9 и 10, увеличивае гся на величину Сх,а емкость периферийного конденсатора, состоящего из электродов 11 и 12,уменьшается на величину С(Кх+ рк). В преобразователе емкости в напряжение выходной сигнал изменяется пропорциональновеличине отношений емкости - ВеличиС,на этого отношения на самом низком уровне измеряемого давления (Ро) соответствуетзначению- (Ро) =Стак как емкости центрального и периферийного конденсаторов устанавливаются равными на самом низком уровне измеряемогодавления, Величина отношения при предельном значении измеряемого давления(Рх) соответствует значениюСС +Скс" со (ггкк, +л 5так как емкость центрального конденсатораувеличивается, а периферийного уменьшается при воздействии давления. В г,реобразователе емкости в напряжение яыходнсйсигнал изменяется пропорционально отношению -- , а следовательно, и измененисСпдавления. Функции преобразования емксстного датчика можно представить следующимобразом: Р- -+х - С- О, где- деформация; к перемещение.То есть изменение давления преобразуется в мембране в относительную деформацию, которая вызывает относительноеперемещение электродов, в результате чегоизменяется емкость, что приводит к изменению напряжения в преобразователе.Изменение температуры на датчике вызывает равномерные температурные рас -ширения упругих элементов (мембраны 1,диска 5, опорного основания 4) в силу ихравенства толщин и одинаковсс ти материалов. Следовательно, ел кости конденсаторов Сци Сл изменяются е равнсй степени, а значит и изменения выходного сигнала от темперагуры в преобразователе емкости в напряжение не происходит,Предлагаемый датчик давления отличаетгя от известных увеличенной в 2 - 3 раээ чувствительностью и практически линейной метрологической характеристикой от измеряемого параметра. Формула изобретения Датчик давления, содержащий вакуумирсванный корпус с цилиндрическим опорным основанием, мембрану и емкостный преобраэсвачель деформаций, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с цельс псвышения чувствительности и уменьшения нелинейности выходной характеристики, он снабжен расположенным напротив мембраны упругим риском, закрепленным в 1.арпусе с помощью штока, а мембрана выполнена с жестким центром, диаметр которого равен диаметру штока, и закреплена на спорном основании с обраэованиел: консольного пе риферийного участка, при этом между мембраной и диском на равном расстоянии от края жесткого центра и края опорного основания установлено кольцо, толщина которого равна зазору между мембраной и диском, 10 а мкостный преобразователь деформациивыполнен в виде двух пар противолежащих электродов - центсачьной и периферийной, причем 1 лектроды центральной пасы имеют Форму круга с диаметром, равным диаметру 15 жес 1 кого центра мембраны, и расположенысоответственно по центру на упругом диске и мембране, а периферийные электроды имеют форму колец и размещены соответственно на периФерийных ччастках мембраны 20 и упругого диска. при этом толщина мембраны и гслщина опсснсго основания равны толщине упругого диска.1622788 Фиг. Л Составитель О.ПолевТехред М.Моргентал Корректор М.Самборская Редактор А,Гратилло Прои л дсе н го издаольгкии ком 1 лнач "Г 1 атент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 107 1 ираж Подписное ВНИИПИ .псударстягнного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНСССР 1130% Моска, Ж-:35. Раушская наб 4/5