Датчик давления

(505 6 019/04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРВ 1649319, кл. 6 01 1 9/04, 1988.(57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и можетбыть использовано в датчиках для измерения с высокой точностью механических нагрузок в широком диапазонебыстропеременных температур (при термоударе). Цель изобретения - повышение точЖ 1212802 А 1 ности измерения в условиях быстропеременных температур и увеличения чувствительности, Это достигается за счет расположения на поверхности мембраны между утолщенным периферийным участком и жестким центром тензорезисторов 4, 7, 8, 11, 5, 6, 9, 10 в форме секторов колец, соединенных в мостовую схему, причем в каждом плече моста часть тензорезисторов расположена в области положительных деформаций от измеряемого параметра, другая часть - в области. отрицательных деформаций . При этом часть тензорезисторов 5, 6, 9, 10 соединена в радиальном, а часть 4, 7, 8, 11 - в окружном направлениях.2 з.п. ф-лы, 3 ил,Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения статического и динамического давления жидких и газообразных сред при нестационарном температурном режиме работы (при термоударе).Цель изобретения - повышение точности измерения в условиях действия быстро- переменных температур и увеличения чувствительности.На фиг. 1 схематично изображен тензорезистивный датчик давления и схема расположения, тензореэисторов на поверхности мембраны датчика давления; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг, 1; на фиг, 3 - тензоэлементы тензорезисторов.Датчик давления включает деформируемую часть мембраны 1, выполненную за одно целое с утолщенным периферийным участком 2 и жестким центром 3. На поверхности мембраны размещен измерительный мост из тенэорезисторов 4 - 7, соединенных в окружном направлении, и из тензорезисторов 8 - 11, соединенных в радиальном направлении, Контактные площадки 12 - 15 служат для подключения измерительного моста к источнику питания и региСтрирующей аппаратуре, а контактные площадки 16 - для соединения тензорезисторов, соединенных в радиальном направлении с тензорезисторами, соединенными в окружном направлении.Датчик работает следующим образом, При подаче измеряемого давления Р на мембрану (фиг. 2) деформируемый участок мембраны 1 прогибается, тензореэисторы 4-7, прилегающие к утолщенному периферийному участку 3, испытывают деформацию сжатия, а тензарезисторы 8-11, прилегающие к жесткомуцентру 2, испытывают деформацию растяжения, В силу того, что тензорезисторы 4 - 7 соединены в окружном направлении, а тензорезисторы 8 - 11 соединены в радиальном направлении, то в мостовой схеме тензорезисторы, расположенные между контактными площадками 12 и 13, а также 14 и 15 (принадлежащие к двум противоположным плечам моста), увеличивают сопротивление от давления Р; тензореэисторы, расположенные между контактными площадками 13 и 14, а также 15 и 12 (принадлежающие к двум другим противоположным плечам моста), уменьшают сопротивление от давления. Вследствие этого при подключении к входной диагонали моста к контактам 13 и 15 напряжения питания, а к выходной диагонали к контактам 12 и 14 - регистратора изменения на 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пряжения, на регистраторе появляется изменение сигнала, пропорциональное изменению давления Р. Идентичность номиналов сопротивлений плеч измерительного моста обеспечивается выполнением тензорезисто ров в форме секторов колец одинаковой ширины и заданным соотношением углов между радиусами, образующими тензорезисторы.При действии термоудара на мембрану изменяются сопротивления тензорезисторов, а следовательно, изменяется величина сопротивлений плеч моста, Величина изменений сопротивлений от температуры пропорциональна изменению температуры в любой момент времени. В силу различного характера тепловых возмущений на мембране температура на тенэорезисторах, прилегающих к жесткому центру, например Т, может быть отличной от температуры на тензорезисторах, прилегающих к утолщенному периферийному участку, Следовательно, результирующие изменения сопротивлений тенэорезисторов плеч моста, расположенных между контактами 12 и 13, 13 и 14, 14 и 15, 15 и 12, пропорциональны разнице температур и имеют практически одинаковую величину, В силу характерных свойств мостовых схем, одинаковые приращения величин сопротивлений каждого плеча моста от перепада температур не приводят к ложному изменению выходного сигнала, Полная компенсация в мостовой схеме достигается также в результате того, что в каждом плече радиальные и окружные тензорезисторы соединены идентичными контактами в форме секторов колец, расположенных на одинаковых расстояниях от окружности жесткого центра и внутренней окружности утолщенного периферийного участка, т,е. их среднеинтегральная температура имеет равную величину, а следовательно, и температурные изменения величины сопротивлений от каждого из проводящих контактов в каждом плече моста одинаковы, Таким образом, на выходе измерительной мостовой схемы происходит изменение сигнала, пропорциональное изменениюдавления и, практически, полностью компенсируется при перепадах температуры измеряемой среды с любым градиентом, т.е, не зависит от разницы температур на жестком центре и периферийном утолщенном участке.Технико-экономическим преимуществом конструкции является уменьшение на порядок температурной погрешности в диапазоне температур от -200 до +200 С при скоростях изменения температуры, достигающих (100 - 150)С/с и, как следствие, достижение высокой точности измерения при воздействии быстропеременных температур, близкой к точности измерения в стационарных температурных условиях, а также приближение к максимально возможной чувствительности от измеряемого параметра,Формула изобретения1. Датчик давления, содержащий корпус, мембрану радиуса г 1, выполненную с жестким центром радиуса г 2 и утолщенным периферийным основанием, выполненным за одно целое с корпусом, закрепленные и равномерно расположенные на планарной стороне мембраны четыре низкоомные,радиальные контактные площадки и четыре основных тензорезистора, при этом два основных тензорезистора расположены симметрично друг другу относительно центра мембраны по периметру жесткого центра мембраны, а два других - на периферии мембраны, причем каждый основной тензорезистор выполнен в виде отрезка кольца шириной , а начало каждого основного тензорезистора, расположенного на периферии мембраны, и концы каждого основного тензорезистора, расположенного по периметру жесткого центра, соединены в окруж ном направлении с соответствующей радиальной контактной площадкой, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения в условиях быстропеременных температур и увеличения чувствительности, в него введены четыре низкоомные перемычки и четыре дополнительных тензорезистора, при этом последние идентичны по форме соответствующим основным тензорезисторам, причем два из них расположены по периметру жесткого центра концентрично основным тензорезисторам, расположенным на периферии мембраны, а два других дополнительных тензорезистора расположены на периферии мембраны концентрично основным тензорезисторам, расположенным по периметру жесткого центра, при этом каждый дополнительный тензорезистор, расположенный по периметру жесткого центра, соединен низкоомной перемычкой в радиальном направлении с концом соответствующего основного тензорезистора, расположенного на периферии мембраны, а каждый дополнительный тензорезистор, расположенный на периферии мембраны, соединен низкоомной перемычкой в радиальном направлении с началом соответствующего основного тензорезистора, расположенного по периметру жесткого центра, причем каждый основной и дополнительный тензорезистор выполнен в виде множества идентичных тензоэлементов, ко торые в основномтензорезисторе соединены между собой последовательно по своим боковым радиальным сторонам дополнительными низкоомными перемычками, введенными в датчик, а в дополнительном 10 тензорезисторе тензоэлементы соединеныдополнительными перемычками последовательно по внутренним и наружным кольцевым сторонам тензоэлементов.2. Датчик по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я 15 тем, что в нем каждая низкоомная перемычка выполнена в виде отрезка кольца, расположенного на одинаковом расстоянии от основного и дополнительного тензорезисторов,20 3, Датчик по и. 1, отл ич а ю щи йс ятем, что в нем центральные углы между боковыми радиальными сторонами каждого тензоэлемента определены из соотношения 25 1 -- г агсз 1 пВ/ 2 г 2 агсзп г 1 +0,5 130 г 1 - 0,5 Е.Й = - 2 агсзиг 2гз,04 -2 г 2 агсз 1 п Х 35 Хг 2+05 1Хиг 1 - 0,5 1где ЧЧ - расстояние между концами внутренней стороны тензоэлемента дополнитель ногр тензорезистора, расположенного попериметру жесткого центра;01 - угол между боковыми радиальнымисторонами тензоэлемента дополнительного тензорезистора, расположенного по пери метру жесткого центра;% - угол между боковыми радиальнымисторонами тензоэлемента основного тензорезистора, расположенного по периферии мембраны;50 Ж - угол между боковыми радиальнымисторонами тензоэлемента дополнительного тензорезистора, расположенного по периферии мембраны;04 - угол между боковыми радиальны ми сторонами тензоэлемента основноготензорезистора, расположенного по пери- метру жесткого центра.1712802 Составитель О. СлюсаревРедактор Э. Слиган Техред М.Моргентал Корректо сауленко роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж ул Гагарина 101 аз 529 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5