Устройство для измерения давления

,И.Ти СССР етельс 1 9/О ЗМЕРЕНИЯ ДАВ(54)ЛЕНИЯ ТРОЙСТВ быть испольвления с пондрах ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И 4303820/24-1006.07.8707.10.90. БюлПензенский полтутВ.А.Васильев531.787 (088,Авторское свид5504, кл. С 0(57) Изобретение мож зовано для измерения вышенной точностью в гателей внутреннего сгорания. Приэтом на мембрану 3 воздействуют,кроме давления, циклическими термоударами. Поскольку тензорезисторы12 и 15 включены в противоположныеплечи мостовой измерительной цепи,то их изменения сопротивлений оттемпературы складываются и их суммарное изменение сопротивлений (благодаря предложенному расположению)близко к суммарному изменению сопротивлений радиальных тензорезисторов, включенных в другие противоположные плечи моста, В результатеэтого происходит самокомпенсациятемпературной погрешности, 4 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания.Цель изобретения - повышение точности измерения и надежности устройства.На фиг.1 показана конструкция датчика, общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.З - расположение тензорезисторов, проводников и контактных площадок на мембране; на фиг.4 - измерительная схема устройства для измерения давления.Датчик давления содержит корпус 1 с каналами 2 подвода и отвода охлаждающей жидкости, воспринимающую мембрану 3 с основанием 4, контактную колодку 5, кабельную перемычку 6 и защитную металлическую гильзу 7 цилиндрической формы.В корпусе датчика 1 имеются два продольных полусферических паза 8 (фиг.1 и 2), выполненные с торцовой стороны. Полусферические пазы 8 обращены к защитной гильзе 7 и соединены с каналами 2 подвода и отвода охлаждающей жидкости. С торцовой стороны корпуса 1 имеется кольцевая проточка 9, выполненная на глубину не менее высоты основания 4 мембраны.Защитная гильза 7 (фиг. 1) установлена на основании 4 мембраны, а внутри нее расположена контактная колодка 5 и закреплена кабельная перемычка 6, Вместе они образуют законченный конструктивный модуль, который устанавливается в корпус 1 с торца.На воспринимающей мембране 3 (фиг.З) сформированы металлопленочные тензорезисторы 10-15. Тенэорезисторы 10, 11 и 13, 14 установлены в радиальном направлении, а тензорезисторы 12 и 15 - в окружном. При этом тензорезисторы 12 и 15 своей срединной частью размещены на двух окружностях с радиусамиг=гр + 1/4 1 три гг "р 1/41 трсоответственно. Тенэорезисторы 10, 11 и 13, 14 соединены последовательно. Тензорезисторы 10-15 соединены контактными проводниками с контактными площадками 16, которые размещены за радиусом мембраны г,.й Измерительная схема устройствадля измерения давления (фиг.4) содер.жит мост из тензореэисторов 10-15,постоянный резистор 17, усилитель18, стабилизатор 19 напряжения и аналоговый делитель 20 напряжения.Вход измерительной мостовой цепииз тензорезисторов 10-15 электрически соединен через постоянный резистор 17 со стабилизатором 19 напряжения, а точка соединения постоянногорезистора 17 с измерительной мостовой цепью подключена к первому входу аналогового делителя 20 напряжения. Второй вход аналогового делителя 20 напряжения соединен с выходомусилителя 18. Первый и второй входыусилителя 18 соединены с выходной диагональю измерительной мостовой цепииз тензорезисторов 10-15.Устройство работает следующимобразом.При подаче измеряемого давленияна воспринимающую мембрану 3 датчика(фиг.1), последняя прогибается, тензореэисторы 11, 10 и 13, 14 (фиг.З)испытывают радиальную деформацию,а тензореэисторы 12 и 15 - окружную.Вследствие этого на выходе измерительной мостовой цепи из тензорезисторов 10-15 появляется сигнал, который усиливается усилителем 18 и делится аналоговым делителем 20 (фиг,4)на напряжение в точке соединения измерительной мостовой цепи с постоянным резистором 17. При этом на выходе аналогового делителя 20 возникает1напряжение, пропорциональное изме Ряемому давлению. Охлаждение датчикажидкостью производится через каналы2 подвода и отвода охлаждающей жидкости. Из канала подвода жидкостьпоступает в соединенный с ним первыйполусферический паз 8, протекаетпо нему, обтекает основание 4 мембраны с двух сторон по кольцевой проточке 9, после чего вытекает через второй полусферический паз 8, попадаяв канал для отвода охлаждающей жидкости. При этом охлаждение основания4 мембраны улучшает отвод тепла смембраны 3, что позволяет ослабитьтепловой режим работы самой мембраны3 и тензорезисторов 10-15, установ ленных на ней. Тем самым повышаетсяточность и надежностьКольцевая проточка 9 выполнена наглубину не менее высоты основания 45 159мембраны, потому что при таком соотношении обеспечивается наилучшееохлаждение мембраны 3 и самого основания 4. При глубине кольцевой проточки 9 менее высоты основания 4мембраны эффективность охлажденияснижается и как следствие снижаетсяточность и надежность,При измерении давления в цилиндредвигателя внутреннего сгорания мембрана 3 испытывает циклические нагрузки, т.е. колебания с частотой измеряемого процесса. Колебания такогорода не оказывают влияния на контактные проводники, соединяющие контактные площадки 16 с переходной контактной колодкой 5, так как контактныеплощадки 16 расположены за радиусоммембраны г на основании 4, Тем са мым повышается вибропрочность и надежность.Кроме измеряемой величины (давления) на приемную полость датчикас мембраной 3 оказывает также циклическое воздействие температура (циклический термоудар)При этом в силунизкой теплоинерционности мембраныее температура с внутренней стороныдатчика оказывается не постоянной,а также циклически меняющейся. Температура по поверхности мембраны влюбой момент термоудара распределяется неравномерно, По радиусумембраны имеет место градиент температуры.Вследствие наличия градиентатемпературы по радиусу температурав различных точках тензорезисторов10, 11 и 13, 14 различна. При этомизменения сопротивлений этих тензорезисторов одинаковы, так как тензорезисторы 10, 11 и 13, 14 имеютидентичное расположение.Тензорезистор 12 установлен на окружности с радиусом г,=г + 1/41т.е. по окружности, температура вточках которой практически равна средней температуре между концом и серединой радиальных тензорезисторов.Тензорезнстор 15 установлен на окружности с радиусом г,=г, -1/41 , температура в точках которой соответствует средней температуре между началом и серединой радиальных тензорезисторов, Поскольку тензорезисторы12 и 15 включены в противоположныеплечи мостовой измерительной цепи,то их изменения сопротивлений от7623 30 35 5 1 О 15 20 25 40 45 50 55 температуры складываются, и их суммарное изменение сопротивлений (благодаря предлагаемому расположению) близко к суммарному изменению сопротивлений радиальных тензорезисторов, включенных в другие противоположные плечи моста. Поэтому в мостовой измерительной цепи происходит самоком" пенсация температурной погрешности, обусловленной наличием градиента тем" пературы по поверхности мембраны.При работе датчика в условиях воздействия стационарных и нестационарных температур на выходе мостовой измерительной цепи из тенэорезисторов 10-15 будет возникать температурная погрешность, обусловленная изменением чувствительности. Однако на выходе устройства эта погрешность значительно снижена, Выходной сигнал с мостовой измерительной цепи Б содержащий составляющую температурной погрешности д Б,(С), усиливается усилителем 18 на коэффициент усиления К. Вместе с полезным сигналом усиливается и составляющая температур ной погрешности Л Б, ( г) . Далее усиленный сигнал делится на напряжение У, в точке соединения мостовой измерительной цепи с постоянным резистором 17, который подключен к ста. билизатору 19 напряжения. Напряжение в этой точке пропорционально изменению чувствительности моста.Расчеты показывают, что Из (1) видно, что относительные изменения напряжений выходного сигнала Е, (1) и напряжения в точке соединения постоянного резистора с мостовой измерительной цепью , обратно пропорциональны. В связи с этим происходит уменьшение температурной логрешности. В результате повышается точность.Применение изобретения позволяет повысить точность и надежность при работе датчика в условиях повышенных температур (в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания), при сохране" нии высокого частотного диапазона работы и малых габаритных размеров, повысить технологичность и унифицировать узлы датчика.Температурная погрешность предлагаемого устройства снижена до 0,8-33, 1597623Формула изобретения Устройство для измерения давления содержащее датчик давления, включающий корпус, в котором установлена защитная гильза, закрепленная на основании мембр аны, пер еходную колодку, закрепленную в гильзе, кабельную перемычку, причем на мембране закреп 1 О лены два окружных и два радиальных тензорезистора, включенных в мостовую измерительную схему, источник питания и измерительный прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем., что, с целью15 повышения точности и надежности, в него введены резистор, стабилизатор напряжения, усилитель, аналоговый делитель напряжения, а корпус датчика давления снабжен штуцером для20 подвода и отвода охлаждающей жидкости, при этом в защитной гильзе герметично закреплена кабельная перемычка, а в корпусе датчика вдоль гильзы выполнены два канала, сообщенных 25 с полостями штуцеров соответственно для подвода и отвода жидкости и кольцевой проточкой, которая выполнена в корпусе дэ.тчика коаксиально цилиндрической поверхности основания мембраны на глубину не менее высоты основания мембраны, причем вход мостовой схемы ;:нзорезисторов электрически соединен через резистор со стабилизатором напряжения подключеннымк источнику питания, точка соединения резистора с мостовой схемой подключена к первому входу аналоговогоделителя, второй вход, которого соединен с выходом усилителя, первыйи второй входы которого соединены свыходом мостовой схемы, а выход аналогового делителя подключен к измерительному прибору, при этом окружные тензорезисторы расположены насоответствующих окружностях с радиусами ги г, определяемьпя посоотношениям+1/4 1. 1/4 фтр расстояние от центра мембраны до середины радиальных тензорезисторов; длина радиального тензорезистора.1597623 Составител О,Слюса орректор С.Шевкун Техред М Ходанич Тираж 467 актор Е.Пап Подписи аказ 30 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 и ГКНТ СС ательский комбинат "Патент", г. Ужгор Производ нн Гагарина