Датчик давления

(19 01 .90 ИЕ ИЗОБРЕТЕ измерительтчикам, предьзования в техники, свяия в условиях температуры а).ется повышействия термотельности и На фиг. 1 сх лагаемый датчик общий вид;,на ф фиг, 4 - узел П н матично изоавления; наг. 3- узелфиг. 1 ажен пред г.2-тоже фиг. 1; на ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1615578, кл, 6 01 1 9/04, 1988,(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования вразличных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условияхвоздействия нестационарной температурыизмеряемой среды. Целью изобретения является повышение точности в условияхвоздействия термоудара, увеличение чувствительности и термостойкости, За счетразмещения радиальных тензорезисторов 5в зоне мембраны 2, где температура и ее Изобретение относится к ной технике, в частности к да назначенным для испол различных областях науки и занных с измерением давлен воздействия нестационарной измеряемой среды (термоудар Целью изобретения явля ние точности в условиях возде удара, увеличение чувстви термостойкости, изменение полностью идентичны температуре и ее изменению.в зоне размещения окружных тенэорезисторов и за счет идентичности и минимизации термических сопротивлений зон размещения радиальных и окружных тензорезисторов, При этом окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками 6 и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных квадратов.7, противолежащие стороны каждого из которых расположены параллельно радиусу мембраны, проведенного через центр соответствующего квадрата, а другие противолежащие стороны каждого из квадратов размещены по обе стороны от границы раздела мембраны и опорного основания, а местоположение и размеры квадратов определены представленными соотношениями, 4 ил,Датчик давления содержит корпус 1, упругий элемент в виде круглой жесткозащемленной мембраны 2, выполненной за одно целое с опорным основанием 3, на которой расположены соединенные в мостовую схему тензореэисторы 4, размещенные по дуге окружности, и тензорезисторы 5 размещеныепо радиусу мембраны. Окружные тензорезисторы 4 и радиальные тензореэисторы 5 выполнены в виде соединенных ниэкоомными перемычками 6 и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных резистивных квадратов 7. Противолежащие стороны каждого из квадратов расположены параллельно радиусу мембраны, проведенного через центр 8 со 169691910 15 20 30 45 50 ответствующего квадрата. Две другие противолежащие стороны каждого из квадратов рээмещены по обе стороны от границы 9 раздела мембраны и опорного основания,Датчик давления работает следующим образом, .При воздействии на мембранудавления в ней возникают радиальные и тангенциальные напряжения, которые приводят к появлению на планарной стороне мембраны радиальных и тангенциальных деформаций, В связи с тем, что окружные тензорезисторы выполнены в виде квадратов, противолежащие стороны каждого из которых расположены параллельно радиусу мембраны, проведенного через центр соответствующего квадрата, а другие противолежащие стороны каждого из квадратов размещены по обе стороны от границы раздела мембраны и опорного основания, а также в связи с тем, что местоположение и размеры были выбраны исходя из заявляемых соотношений, резистивный квадрат окружного тензореэистора (фиг, 3) подвергается воздействию растягиаающих тангенциальных деформаций, направленных вдоль длины резистора, и сжимающих радиальных деформаций, направленных перпендикулярно длине резистора. В результате воздействия таких деформаций сопротивление резистивного квадрата окружного тензорезистора увеличится. Вследствие аналогичных причин резистивный квадрат радиального тензорезистора (фиг. 4) подвергается воздействию растягивающих тангенциальных деформаций, направленных перпендйкулярно длине резистора, и сжимающих радиальных действий, направленных вдоль длины резистора. В результате воздействия таких деформаций сопротивление резистивного квадрата радиального тензорезистора уменьшается, В связи с тем, что окружные и радиальные тензорезисторы выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками и равномерно размещенных по периферии мембраны идентичных квадратов, то; вопервых, изменение сопротивления окружных и радиальных тензорезисторав будет равно сумме изменений сопротивлений соответствующих резистивных квадратов, а во-вторых, изменения сопротивлений соответствуЮщих резистивных квадратов равны между собой, Увеличение сопротивлений противоположно включенных окружных резисторов и уменьшение противоположно включенных радиальных резисторов преобразуется мостовой схемой в электрический сигнал, котЬрый поступает на выходные контакты датчика. При воздействии нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара) вследствие различных термических сопротивлений сравнительно тонкой мембраны и массивного опорного основания на мембране возникает неравномерное .поле температур. Так как размеры сторон резистивных квадратов радиальных и окружных тензореэисторов одинаковы, а расположение и раэмеры всех реэистивных квадратов идентичны и выполнены в соответствии с заявляемыми соотношениями, то несмотря на нестационарный характер изменения температуры на планарнай стороне мембраны, среднеинтегральная температура квадоатов окружных и радиальных тензорезисторов, изменяясь со временем, будет одинакова в каждый конкретный момент времени. Одинаковая температура радиальных и окружных тензорезисторов в каждый конкретный момент времени вызывает одинаковые изменения сопротивлений тенэорезисторов, которые вследствие включения тензорезисторов в мостовую схему взаимно компенсируются,Вследствие того, что окружные и радиальные тензорезисторов выполнены в виде последовательно соединенных низкоомными перемычками и равномерно раэмещенных по периферии мембраны идентичных квадратов, расположенных по обе стороны от границы раздела мембраны и опорного основания, .а также в связи с одинаковым количеством реэистивных квадратов, мощность, выделяемая в каждом резистивном квадрате от напряжения питания, будет одинакова; и температура перегрева относительно опорного основания каждого резистивного квадрата. Причем так как все резистивные квадраты расположены так, что одна половина квадрата расположена на опорном основании, а другая - непосредственно на мембране, то условия теплоотвода тепла от саморазогрева отдельных квадратов тензореэисторов будет, во-первых, полностью идентичны, а во-вторых, существенно облегчены. Это связано с существенным уменьшением термического сопротивления между отдельными квадратами тензорезисторов и опорным основанием, поскольку квадраты частично расположены непосредственно на опорном основании.Аддитивная температурная погрешность датчика давления при воздействии не-. стационарной температуры измеряемойсреды от +50 С до температуры жидкогоазота не превышает 0,45,Преимуществом предлагаемого датчика давления является повышение точности вусловиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды за счет полной идентичности температуры и ее изменения при термоударе в зоне размещения радиальных и окружных тензорезисторов. Дру гим преимуществом конструкции является увеличение термостойкости в 1,7 раза за счет идентичности и минимизации термических сопротивлений зон размещения радиальных и окружных тензорезисторов, а 10 также их отдельных элементов. Преимуществом является также повышение чувствительности за счет размещения радиальных и окружных тензорезисторов в зоне максимального изменения радиальных деформа ций, а также за счет суммирования воздействия радиальных и тангенциальных деформаций, За счет повышения чувствительности становится возможным при тех же самых конструктивных размерах изго тавливать датчики давления на меньшие пределы измерения. Преимуществом конструкции к тому же является и возможность существенного улучшения габаритно-массовых характеристик за счет освобождения 25 центральной части мембраны от тензорезисто ров.Фо р мул а и зоб рете н и яДатчик давления, содержащий корпус, мембрану толщиной Н и радиусом г с утолбаН; =г - 0,5(- а) -Г а-- агсэи а 2 ггде Е - расстояние от окружности радиуса г до противоположной ей стороны квадрата. щенным периферийным основанием, закрепленные на мембране и соединенные низкоомными перемычками в мостовую схему окружные и радиальные тензорезисторы, выполненные в виде квадратов со стороной а, соединенных последовательно между собой другими низкоосными перемычками, причем количество квадратов равно отношению сопротивления тенэорезистора к его поверхностному сопротивлению, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности в условиях воздействия термоудара, увеличения чувствительности и термостойкости, в нем одни противолежащие стороны каждого иэ квадратов расположены параллельно радиусу мембраны, проведенному через центр квадрата, а другие противолежащие стороны каждого из квадратов размещены по обе стороны от окружности радиуса г, причем местоположение и размеры квадратов определены из условий:1696919 Х У оставитель О. Слюсаревехред М.Моргентал . Корректо алец Редактор Т ко роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина Заказ 4299 Тираж,Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5