Емкостный датчик абсолютного давления и способ его изготовления

Номер патента: 1753312

Авторы: Семенов, Сивенков, Скопич, Чугунов

ZIP архив

Текст

(39 51)5 С 011 9 с ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТО УУ СВИДЕТЕЛЬСТ фи- ов Оль го ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1221513, кл. 0 01 1 9/12, 1981.Электронная промышленность, М 11984, с. 82,(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК АБСОЛЮТНГО ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измеритеной технике и может быть использовано прсоздании датчиков механических величин,частности емкостных датчиков абсолютно давления, предназначенных для измерения малых значений давления газообразных сред; Целью изобретения является увеличение ресурса, повышение чувствительности, а также повышение устойчивости к механическим воздействиям, Емкостный датчик абсолютного давления содержит соединенный с мембраной 3 штоком 9 диск 10. Причем на диске с одной стороны нанесен подвижный электрод 11 измерительного конденсатора, а с другой стороны - обкладка 12, образующая совместно с последним эталонный конденсатор. Прогиб мембраньг больше допустимого значения ограничен / упором 13, при этом габариты конденсаторов могут быть больше габарита мембраны, что обуславливает достижение цели, 2 с,п. З ф-лы, 1 ил.5 10 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании датчиков механических величин, в частности, емкостных датчиков абсолютного давления, предназначенных для измерения малых значений давления газообразных сред.Известен деформационный преобразователь давления ПДДвакуумметра ВД, содержащий размещенную в корпусе плоская мембрана, с одной стороны которой расположена камера измеряемого давления, а с другой - опорного давления, в которои размещен керамический диск с двумя электродами - центральным и периферийным, обраэуюгцими с мембраной измерительный и эталонный конденсаторы, Приизменении давления мембрана отклоняется от своего начального положения и изменяются величины емкостей конденсаторов,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является емкостный датчик давления, содержащий корпус, колпачковую мембрану с жестким центром, разделяющую корпус на две камеры - измерительную и опорную, в последней на диэлектрическом основании сформирован плоский неподвижный электрод.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления емкостного датчика абсолютного давления, по которому в корпусе датчика последовательно размещают и закрепляют мембрану и диэлектрическое основание, с сформированным на нем неподвижным электродом измерительного конденсатора. Далее со стороны основания гермокорпусом ограничивают опорную полость и производят ее вакуумирование,Недостатками известного устройства являются малая чувствительность, малый ресурс и низкая устойчивость к механическим воздействиям, Чувствительность тем выше, чем больше прогиб мембраны и величина емкости измерительного конденсатара и чем меньше рабочий зазор между обкладками. В данном же случае, увеличивая жесткий центр мембраны, емкость конденсатора увеличивается, а прогиб мембраны уменьшается и, наоборот, уменьшая жесткий центр, увеличивается прогиб мембраны, но уменьшается величина емкости измерительного конденсатора. Таким образом, чувствительность датчика имеет предел, выше которого получить увеличение чувствительности невозможно.При такой конструкции емкостного датчика абсолютного давления ресурс будет существенно занижен, так как при 15 20 25 30 35 40 45 50 55 длительном воздействии давлений, многократно превышающих верхний предел измерения (например, атмосферное давление для датчиков с пределом измерения 10 - 20 мм рт.ст. и ниже), появятся остаточные дефоомации мембраны, величина которых будет соизмерима с величиной рабочего зазора, при этом не только изменится градуировочная характеристика датчика, но и в процессе измерения в верхних точках измерительного диапазона может произойти короткое замыкание обкладок конденсатора, т.е, отказ в работе датчика. А потому как емкостной датчик малых давлений должен иметь мембрану с низкой жесткостью, то при минимальной величине рабочего зазора между обкладками измерительного конденсатора (а при такой конструкции датчика при увеличении измеряемого давления уменьшается рабочий зазор),он будет иметь низкую устойчивость к механическим воздействиям (вибрация, удары и т.д.), так как колебания подвижной обкладки будут соизмеримы с величиной рабочего зазора (а в некоторых случаях будут.и превышать его), что приведет к большим погрешностям измерения, Чтобы уменьшить влияние колебаний подвижной обкладки на результаты измерений, надо увеличить рабочий зазор, а это приведет к снижению чувствительности датчика.Недостатками известного способа являются то, что данным способом невозможно изготовить емкостный датчик с большим ресурсом, так как мембрана всегда находится в напряженном состоянии, и при длительной эксплуатации это приведет к появлению в ней остаточных деформаций, а также при этом способе изготовления конструкция датчика обладает невысокой чувствительному потому, что невозможно получить малую величину рабочего зазора между мембраной и диэлектрическим основанием, на котором сформирован неподвижный электрод измерительного конденсатора,Цель изобретения - повышение чувствительности, устойчивости к механическим воздействиям, увеличение ресурса, и повышение технологичности,Поставленная цель достигается тем, что в емкостный датчик абсолютного давления, содержащий корпус. закрепленную в нем колпачковую мембрану с жестким центром, разделяющую корпус на измерительную и опорную вакуумированную камеры, в последней из которых сформирован на диэлектрическом основании неподвижный электрод измерительного конденсатора, а также содержащий подвижный электрод измерительного конденсатора, введены шток,1753312 5 10 15 следующим образом 30 35 40 45 50 55 соединенныйодним концом с жестким центром мембраны, упругая опора, закрепленная в корпусе и соединенная с другим концом штока, диск, закрепленный на штоке с зазором относительно диэлектрического основания, и размещенный в опорной камере ограничительный упор под мембрану, при этом подвижный электрод измерительного конденсатора сформирован на одной стороне Диска со стороны основания, а на другой стороне диска нанесен введенный дополнительный электрод.Поставленная цель достигается тем, что усовершенствуется способ изготовления емкостного датчика абсолютного давления. включающий закрепление мембраны в полом корпусе, с образованием измеритель, ной и опорной камер, формирование на диэлектрическом основании неподвижного электрода измерительного конденсатора и закрепление диэлектрического основания в опорной камере, формирование подвижноо электрода измерительного конденсатора и вакуумирование опорной камеры,Подвижный электрод измерительного конденсатора формируют на одной стороне диэлектрического диска, а на другой его стороне формируют дополнительный электрод, при этом до вакуумирования опорной камеры диск закрепляют на прикрепленном к упругой опоре штоке. предварительно поджав диск к диэлектрическому основанию, а затем в измерительную камеру подают давление, соответствующее верхнему пределу измерения, и перемещают введенный в датчик и закрепленный в корпусе упор до касания с жестким центром мембраны, после чего подают в измерительную камеру давление, превышающее атмосферное не менее, чем в 1,5 - 2 раза до образования зазора между диэлектрическим основанием и диском, а затем в измерительную камеру подают давление, превышающее в 1,2 - 1,5 раза верхний предел измерения, и отводят упор от мембраны на величину ее рабочего хода.На чертеже показана конструкция предлагаемого емкостного датчика абсолютного давления,Емкостный датчик содержит корпус 1, подушку 2, мембрану 3, гермокорпус 4, опорную камеру 5,диэлектрическое основание 6, неподвижный электрод 7 измерительного конденсатора Сх, упругую опору 8(типа балки), шток 9, диск 10, подвижный электрод 11 измерительного конденсатора Сх, дополнительный электрод 12 эталонного конденсатора Сэ, ограничительный упор 13, электровыводы 14, измерительную камеру 15. Датчик абсолютного давления содержит корпус 1, подушку 2, закрепленную между ними мембрану 3, которая совместно с гермокорпусом 4 образует опорную камеру 5. При этом в последней расположены диэлектрическое основание 6 со сформированным на нем неподвижным электродом 7, упругая опора 8, жестко связанная с мембраной 3 штоком 9, на котором закреплен диск 10, Причем на диске со стороны основания 6 нанесен подвижный электрод 11измерительного конденсатора Сх, а с другой стороны дополнительный электрод 12, образунйций совместно с последним эталонный конденсатор Сэ. Ограничительный упор 13 препятствует прогибу мембраны больше допустимого значения при давлении, большем верхнего уровня диапазона измерения Способ изготовления емкостного датчи 20 ка абсолютного давления осущес-вляют Формируют на одной стороне диэлектрического диска 10 подвижный электрод 11 измерительного конденсатора, а на другой его стороне формируют дополнительный электрод 12 эталонного конденсатора Сэ. Между подушкой 2 с ограничительным упором 13 и корпусом 1 сваркой закрепляют мембрану 3. Далее размещают на подушке 2 основание 6, а на штоке 9 диск 10 и упругую опору 8, которую по краям крепят совместно с основанием 6 к подушке 2, Затем шток 9 соединяют (например, лазерной сваркой) сначала с упругой опорой 8, а потом и с диском 10, предварительно поджав его до касания к основанию б, После чего соединяют обкладки измерительного и эталонного конденсаторов с электровыводами 14, в измерительную камеру 15 подают давление Рното, соответствующее аерхнему пределу измерения, и заворачивают в подушку 2 ограничительный упор 13 до касания с жестким центром мембраны. Обдавливают мембрану путем подачи в измерительную камеру 15 давления, первышающего Ратм не менее, чем в 1,5 - 2 раза, до тех пор, пока иэ"за остаточных деформаций мембраны не образуется минимальный зазор между диэлектрическим основанием 6 и диском 10. 8 измерительную камеру 15 подают давление чуть больше Рном (например, 1,2 - 1,5 Р 0 м) и упором 13 ограничивают прогиб мембраны, обеспечивая рабочий ход штока 9, Ограничивают опорную камеру 5 гермокорпусом 4 и вакуумируют ее.Таким образом, в предложенной конструкции емкостного датчика прогиб мембраны ограничен упором, что позволяет увеличить ресурс. Повышается также чувст1753312 Формула изобретения 1, Емкостный датчик абсолютного давления, содержащий корпус, закрепленную в кем колпачковуюмембрану с жестким центром, разделяющую корпус на измерительную и опорную вакуумированную камеры, в последней из которых сформирован ка диэлектрическом основании неподвижный электрод измерительного конденсатора, а также содержащий подвижный электрод изСоставитель А,ЧугуновТехред М.Моргектал Корректор Л.Ливринц Редактор О,Головач Заказ 2761 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета па изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 . Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 вительность датчика, так как зазор междуобкладками измерительного конденсатораминимален, а емкость конденсатора определяется только габаритными размерами, иразмеры его могут быть больше, чем у мембраны. Кроме того, соединение мембрана -балка (упругая опора) имеет более высокуючастоту собственныхколебаний, чем однамембрана, а это повышает устойчивость кмеханическим воздействиям.Емкостный датчик абсолютного давления работает следующим образом,При подаче в измерительную камеру 15давления прогибается мембрана 3, в результате чего увеличивается зазор между диэлектрическим основанием 6 и диском 10,закрепленном на штоке 9, и, как следствиеэтого, уменьшается значение измерительной емкости Сх, а значение эталонной емкости Сэ остается постоянным. Такимобразом, при подаче йа датчик измеряемогодавления происходит изменение окошекияемкостей эталонного и измерительного конденсаторов Сэ/Сх, что используется длядальнейшего преобразования в электрический сигнал (напряжение, ток, частоту и т.д.).В разработанном макетном образцеприбора отношение Сэ/Сх имеет вид: приотсутствии давления Сэ/Сх = 0,1. - 0,2: привоздействии номинального давления Сэ/Сх= 0;95.Технико-экономическими преимуществами заявляемого емкостного датчика абсолютного давления являются; ресурсувеличен в 10 раэ; чувствительность измерения увеличена в 2,5 раза, влияние вибрациина систематическую составляющую погрешности снижено в 2 раза, влияние ударов насистематическую составляющую погрешности снижено в 2 раза,мерительного конденсатора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, устойчивости к механическим воздействиям и увеличения ресурса, е 5 него введены шток, соединенный однимконцом с жестким центром мембраны, упругая опора, закрепленная в корпусе и соединенная с другим концом штока, диск, закрепленный на штоке с зазором относи тельно диэлектрического основания, и размещенный в опорной камере ограничительный упор под мембрану, при этом подвижнь;й электрод измерительного конденсатора сформирован на одной стороне 15 диска со стороны основания, а кэ другойстороне диска нанесен введенный дополнительный электрод.2. Способ изготовления емкостного датчика абсолютного давления, включающий 20 закрепление мембраны в полом корпусе, собразованием измерительной и опорной камер, формирование на диэлектрическом основании неподвижного электрода измерительного конденсатора и закрепле ние диэлектрического основания в опоркойкамере, формирование подвижного электрода измерительного конденсатора, и вакуумировакие опорной камеры, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 30 технологичности, подвижный электрод измерительного конденсатора формирую на одной стороне диэлектрического диска, а на другой его стороне формируют дополнительный электрод, при этом до вакуумирова кия опорной камеры диск закрепляют наприкрепленном к упругой опоре штоке, предварительно поджав диск к диэлектрическому оскованию, а затем в измерительную камеру подают давление, соответ ствующее верхнему пределу измерения, иперемещают введенный в датчик и закрепленный в корпусе упор до касания с жестким центром мембраны, после чего подают в измерительную камеру давление, превыша ющее атмосферное ке менее, чем в 1,5,2раза, до образования зазора между диэлектрическим основанием и диском, а затем в измерительную камеру подают давление, превышающее в 1,2,1,5 раза верхний пре дел измерения, и отводят упор от мембраныка величину ее рабочего хода.

Смотреть

Заявка

4823722, 15.05.1990

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

СКОПИЧ ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ, СИВЕНКОВ НИКОЛАЙ ИВАНОВИЧ, ЧУГУНОВ АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ, СЕМЕНОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01L 9/12

Метки: абсолютного, давления, датчик, емкостный

Опубликовано: 07.08.1992

Код ссылки

<a href="https://patents.su/4-1753312-emkostnyjj-datchik-absolyutnogo-davleniya-i-sposob-ego-izgotovleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Емкостный датчик абсолютного давления и способ его изготовления</a>

Похожие патенты