Датчик давления

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 8011 9/1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ы ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(21) 4783101/10 (22) 16.01,90 (46) 15.03.92. Бюл. РЖ 10 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) В.А. Зиновьев, А, И. Русских, В, Я. Дуркин и В. Б. Акимов (53) 531.787(088,8 (56) Патент США В 4562742, кл. О 019/12, 1985.Авторское свидетельство СССР М 1649320, кл. 6 01 1 9/12, 1989, (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к емкостным датчикам давления. Цель изобретения повышение точности измерения за счет уменьшения нелинейности и повышения чувствительности. Датчик содержит мембрану 1, выполненную заподлицо в торце цилиндрического основания, диск 3, крышку 2б й 2,1719941 А 1 в виде стакана, На планарной стороне мембраны 1 и диске 3 в зеркально отображенном виде размещены центральные 7 и периферийные 8 электроды. В днище крышки 2 установлены упорные винты 6, расположенные напротив жесткой кольцевой части диска, через центральное отверстие в днище крышки пропущена закрепленная в центре диска шпилька 4, на другой конец которой навинчена гайка 5. При подаче давления мембрана:прогибается и изменяется , емкость центрального конденсатора, по которой судят о давлении. Предусматривается регулировка нелинейности градуировочной характеристики в зависимости от характера изменения чувствительности ослаблением или усилением натяга гайки 5, а также в зависимости от величины чувствительности при предельном давлении перемещение диска 3 либо к мембране 1, либо от мембраны равномерным регулированием натяга. винтов 6 и гайки 5. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления, и может быть использовано для измерения статического и динамического давлений жидких и газообразных сред.Известны емкостный датчик и способ его изготовления, заключающийся в формировании двух диэлектрических оснований, вакуумирова нии диэлектрических оснований до более глубокого, по сравнению с рабочим, вакуума, нагревании диэлектрического основания до температуры, превышающей максимальную рабочую температуру, выдерживании диэлектрического основания при этой температуре в вакууме, снижении температуры до расчетной величины, а затем нанесении электродов при этой температуре,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является емкостныйдатчик давления, содержащий прогибающую мембрану и плоский диск, На мембране установлены два кольцеобразных электрода: .первый является чувствительным элементом, второй - эталонным, Дискобращен в сторону прогибаемой поверхности мембраны, содержит кольцеобразный электрод, который вместе с электродом образует чувствительную к измерительному параметру емкость датчика. Механическаяраспорка, установленная в центральной части пространства между мембраной и диском, поддерживает постоянным расстояние между ними, не препятствуя прогибу мембраны, Диск закрывается корпусом, который по периметру соединяется с мембраной. На крышке установлен эталонный кольцеобразный электрод, положение которого соответствует кольцеобразному эталонномуэлектроду на мембране. Эти два кольцеобразных электрода образуют эталонную емкость датчика.Недостатками известного датчика являются значительная нелинейность ха-рактеристики и малая чувствительность, обусловленные тем, что нет механизма выставки зазора между электродами, в результате чего снижается точность измерения.Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения нелинейности и повышение чувствительности. 5 10 15 2025303540 Поставленная цель достигается тем, что датчик давления, содержащий мембрану, выполненную заподлицо в торце цилиндрического основания, диск, установленный с 55 зазором напротивмембраны, крышку в виде стакана, закрепленную по периферии торца основания, круглые электроды, размещенные на диске и мембране, и кольцевые электроды, размещенные на диске и торцовой поверхности основания, снабжен резьбовой шпилькой с гайкой и упорными винтами, а диск выполнен с утонченной упругой центральной частью, диаметр которой равен диаметру мембраны, и жесткой кольцевой частью, причем в днище крышки выполнены сквозное центральное отверстие и резьбовые отверстия, расположенные напротив жесткой кольцевой части диска, при этом в центре диска закреплен один конец шпильки, пропущенной через центральноеотверстие днища крышки, на другом конце, которой навинчена гайка, а упорные винты,установлены в резьбовых отверстиях.Положительный эффект, заключающийся в увеличении точности, достигается засчет точности выставки величины зазора ипридания профильной формы диска вместес электродом измерительной емкости,На фиг. 1 показаны конструкция датчикадавления и топология электродов на поверхности мембраны; на фиг. 2 - профильность(вогнутость) диска по отношению к мембране.Датчик давления включает мембрану 1,крышку 2, диск 3, закрепленный в крышке 2с помощью резьбовой шпильки 4 и гайки 5.Последняя служит для поджатия диска 3 доупора к винтам 6, которые установлены попериферии корпуса 2, На планарной стороне мембраны 1 и диске 3 в зеркально отображенном виде размещены центральные 7и периферийные 8 электроды.Датчик давления работает следующимобразом.При подаче измеряемого давления Рх намембрану 1 происходит ее прогиб, и придавлении (0,4-0,6) Рн по профилю она приобретает точно такую же форму, как и диск3, т. е. происходит относительное перемещение центрального электрода 7, расположенного в центре мембраны 1, в результатечего изменяется (увеличивается) емкостьцентрального конденсатора на величину Схи становится равнойСц=Со+Сх,где Сц - емкость центрального конденсатора, состоящего из электродов 7;Со - емкость центрального конденсатора на самом низком уровне измеряемогодавления;Сх - величина приращения емкости отуменьшения зазора за счет выпуклости мембраны. Учитывая, что при воздействии давления зазор между периферийными электродами 8, образующими эталонный конденсатор, не меняется, а также то, что площади электродов 7 и 8 равны между собой, емкость Сэостается постоянной при любом давлении иравна СоСэ=Со,где Сэ - величина емкости эталонного конденсатора, состоящего из периферийных 5электродов 8.Таким образом, при воздействии давления Рх емкость измерительного конденсатора Сц, состоящего из электродов 7,увеличивается на величину Сх, а емкость 10эталонного конденсатора Сэ, состоящего изпериферийных электродов 8,. не изменяется.В преобразователе емкости в напряжение выходной сигнал изменяется пропорционально величине отношение емкостейизмерительного конденсатора к эталонному ", Величина эгого отношения соотСц Р,С,(Р,)Сц Со+ Схветствует значению Сц (Рх) =Сэт. е. выходной сигнал изменяется пропорционально изменению давления Р,.Повышение чувствительности в датчикеобеспечивается минимизацией до предельно возможной величины зазора между мембраной 1 и диском 3, а следовательно,между,.электродами 7 и 8 конденсаторов засчет резьбового штока 4 и установленной нанем гайки 5, с помощью которой поджимают 30диск 3 до упора к винтам б. Величину зазораустанавливают в соответствии с требованиями величины емкости и ее девиации отпредельного давления, т. е. обеспечиваютмаксимальную чувствительность, котораявозможна при заданной поверхности электродов. При помощи поджатия гайки 5 иуменьшения сечения за счет проточки надиске 3 обеспечивается профилирование(вогнутость) электрода 7, аналогичного по 40профилю (выпуклости) мембраны 1 при(0,4 О,б) Рн (фиг. 2): Рн - предельно допустимоедавление,Таким образом, вогнутый профиль по верхности диска 3 позволяет более равномерно осуществлять сближение между электродами 7, в результате чего повышается чувствительность и снижается нелинейность градуировочной характеристики.В таблице приведены характерные статические данные для емкостных датчиковдавления, разработанных по прототипу(М 1 - 5) и по изобретению (М 6-10),Из таблицы видно, что нелинейностьуменьшается практически на порядок, а условный показатель чувствительности Сц/Сэ(Рн) в предлагаемой конструкции датчика,возрастает в два раза, причем во всех датчиках имеет одинаковую величину.Кроме того, в предлагаемом датчикеуменьшается основная погрешность уо в 22,5 раза, что свидетельствует о повышенииточности датчика по сравнению с известнойконструкцией,Предлагаемый датчик и способ его настройи выгодно отличаются от прототипаповышенной в 2-2,5 раза точностью приболее технологическом уровне изготовления,Формула изобретенияДатчик давления, содержащий мембрану, выполненную Эаподлицо в торцецилиндрического основания, диск, установленный с зазором напротив мембраны,крышку в виде стакана, закрепленную попериферии торца основания, круглые элект-.роды, размещенные на диске и мембране, икольцевые электроды, размещенные на дискеи торцовой поверхности основания, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности за счет уменьшения нелинейности иповышения чувствительности, он снабженрезьбовой шпилькой с гайкой и упорнымивинтами, а диск выполнен с утоненной упругой центральной частью, диаметр которой равен диаметру мембраны, и жесткойкольцевой частью, причем в днище крышкивыполнены сквозное центральное отверстиеи резьбовые отверстия, расположенные напротив жесткойкольцевой части диска, приэтом вцентре диска закреплен один конецшпильки, пропущенной через центральноеотверстие днища крышки, на другом концекоторой навинчена гайка, а упорные винтыустановлены в резьбовыхотверстиях.1719941 ектор Н, Ревск едакто ас эказ 766 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открцтиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 Состав Техред ль Э, ДмитриеМоргентал