Датчик давления

(51) , 1 6 01 Ь 912 с присоединением заявки Ме(23) Приоритет Гасударственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий(43) Опубликовано 05,12,76.1 юллетень Ме 45 (45) Дата опубликования описания 21.08.77(54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к контролю, дистанционной передаче сведений о пневматических давлениях и регистрации и может быть испопьзовано в качестве прецизионного измерительного преобразователя пневмосигнапов сицусоидального и негармонического характера, а также малых величин статического давления.Известны датчики давления, содержашие металлический корпус, внутри которого расположены емкостная система и металлический противоэпектрод. Тонкая металлическая мембрана явпяется одной из обкпадок конденсатора, неподвижный электрод - второй обкладкой. Они включены в цепь источника пос тоянного тока с цагрузочным резистором 1),Однако известные датчики не обеспечивакт независимость чувствительности от частоты.Известен также датчик, содержащий ме таппическии корпус, внутри которого расположена емкостная система, состояцая из электре тной .лембраны и .лета и пическог о противоэпектрода, соединенных с усипитепем ииндикаторным прибором, наружная сторона 25 мембраны металпизирована и соединена с коГ- пусом, а внутренняя создает электрическое поле в зазоре с противоэпектродом, Противоэпектрод изолирован от корпуса и соедицен с ним через большое входное сопротивлениевх электрометра.При воздействии давления на мембрану она прогибается и на противоэпектроде индуцируется заряд, величина которого изменяется при движении мембраны. Вследствие этого между противоэпектродом и корпусом через входное сопротивление электрометра потечет индуцированный ток, пропорциональный скорости изменения давления, который создает на цем падение напряжения Ов, 121.Однако известные емкостцые датчики имеют эпектрометрические усипитепи и усилители постоянного тока с бопьшими входными сопротивлениями и емкостями, что ограничивает чувствительность датчика в области инфра --анизких частот (до 10 - 10 Гц), а измерение негармонического сигнала приводит к дополнительным погрешностям, Они имеют непостоянную чувствительность в измеряемом диапазоне частот и высокий уровень шумов538254 и не могут быть использованы в целях автоматики дистанционно ввиду увеличениявходной емкости с увеличением длины кабеля.Целью изобретения является повышениечувствительности в рабочем диапазоне частот и снижение шумов,Ддя этого в датчик давления введеныпоследовательно соединенные акустичесхийвозбудитедь, ахустически.связанный с мембраной, задающий генератор и синхронный детектор, подключенный к индикаторному приводу иусилителю, настроенному на частоту возбуждения мембраны.Кроме того, с целью обеспечения линейной зависимости выходного напряжения отизмеряемого давления электретная мембранаполяризована разнополярно областями в виде концентрических колец.На фиг. 1 приведена схема датчика, на 20фиг. 2 - характеристика выходных напряжений датчика в зависимости от измеряемогодавления, на фиг, 3 - схема размешения зарядов на мембране датчика, на фиг. 4 - выходная характеристика датчиха. ИДатчик давления содержит два метаппических цилиндра 1 и 2, между которымис учдотнением зажаты предваритедьно натянутая мембрана 3, изготовленная из полимерной пленки, метаддизированной с внешней стороны и гадьванически соединеннойс корпусом датчика, В камере опорного давденияустановлн противоэлектрод 4, скоторого снимается электрический выходнойсигнал. Внешняя камера с давлением Р содержит малогабаритный возбудитель 5 акус-.тичесхой волны постоянной амплитуды, питаемый от генератора 6, В состав схемыприбора входят также резонансный усилитель40, синхронный детектор 8 и индикаторныйприбор 9,Мембрана 3 как чувствительный элемент выполняется из вязкоупругого материала - полимера например попиэтидентерефталата или поликарбоната), который одновременно может служить источником постоянного электрического поля после предварительной его поляризации (эдектретом). При возбуждении колебаний мембраны 3 звуховыми волнами от возбудителя 5 на противоэдектроде 4 будет наводиться электрический сигнал, который усиливается усиди тедем 7, затем детектируется синхронным детектором 8 и регистрируется индикаторным прибором 9.Если давление Рво внешней камере больше, чем опорное Р, то выбрируюшая мем- щ) 4брана 3 отклонится к электроду 4 и динамическая емкость системы мембрана 3 - электрод 4 увеличится. При уменьшении давления Р по отношению Р,мембрана 3 оз клонится от электрода 4, вместе с тем уменьшится и амплитуда выходного сигнала (см. фиг. 2, кривые 10 и 11). При измерении статического давления, ио величине большего максимального значения амплитуды переменного, зазор мембрана 3 дротивоэпектрод 4 обычно увеличивают и соотношение максимального прогиба мембраны 3 к установленному зазору достигает 0,35- 0- 0,5, При этом выходная характеристика (см. фиг. 2, кривая 11) становится нелинейной на рабочем участке от 0 до +ЬР,Ддя нодучения линейной выходной характеристики (см. фиг, 4, кривая 12) мембрана 3 поляризуется разнополярно областями в виде концентрических колец с соотношением радиусов Я: М: М = 1: 1,8:2,6 (см. фиг. 3). На входном сопротивлении 2 седективного усилителя 7 развивается падение напряжения Ц ( см. фиг. 4, кривая 1 2) при протекании суммарного тока, наводимого отрицательным поверхностным зарядом (см, фиг. 4, кривая 13) и подожитедьным поверхностным зарядом мембраны 3 (см, фиг. 4, кривая 14), пропорциональное величине измеряемого давления Р Сферу применения датчиха такжеувепичивает широкий диапазон рабочих давлений, получаемый за счет использования сменных мембран 3 и различных опорных давлений,ф ормула изобретения 1. Датчик давления, содержащий корпус, внутри которого расположена емкостная система, состоящая из метаддизированной электретной мембраны и противоэдектрода, соединенных с усилителем, и индикаторный приборот личаюшийся тем, что, с целью повышения чувствительности в рабочем диапазоне частот и снижения шумов, в него введены последовательно соединенные акустический возбудитель, акустически связанный с мембраной, задаюший генератор и синхронный детектор, подключенный к индикаторному прибору и усилителю, настроенному на частоту возбуждения мембраны. 2, Датчик по п. 1,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что электретная мембрана поляризована разноподярными областями в виде концентрических колец.- М 00 -200 0 200 Н 00 БР,Па Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Блинов Л. П. и др, Акустические измерения, М 1971, с, 25,26, фиг. 20. 2 5 еььЕег 6.м.апа вел з.Т.,ро 10 БСесЬпе 1 М 1 сорЪопеь, ТЪе Юоцпаб Асоць 11 саС 5 ос 1 Е 1 у о 1 Атпег 1 са,1966,У 40,6, 1433-1440 (прототип).-30 01 0 Подписноемитета Совета Министрзобретений и открытийРаушская наб., д. 4/5 Тираж 1арственного к аэ 5712/25ЦНИИПИ Г в ССС по делам иосква, Ж,113035 Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная,Составитель Н, ФомичевЗиньковский ТехРед Д Вогдан КоРРектоР В. Салка