Датчик давления

,8 использо- динамичезных сред. е точности ия, Датчик щемленную ферийным вленный и ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство ССМ 481607, кл. О 019/12, 1987,Авторское свидетельство ССМ 1675703, кл, 0 01 3 9/12, 05,09(57) Датчик давления может бытьван для измерения статических иских давлений жидких и газообраЦель изобретения - повышениизмерения избыточного. давлендавления включает корпус 1, замембрану 2 с утолщенным периучастком 3, колпачок 4, устано закрепленный на утолщенном периферийном участке 3 с зазором, который обеспечивается внешним кольцом 5 и внутренним кольцом 6. В колпачке 4 с внутренней стороны дна выполнена проточка, образующая жесткий центр 7 и гибкое кольцо 8, а в верхней части колпачка 4 установлен диск 9, в котором размещен штуцер 10, сообщающийся с атмосферой. На планарной поверхности мембраны 2 размещен, круглый подвижный электрод 11, а на утолщенном периферийном участке 3 - кольцеобраэные неподвижные электроды 12. На планарной внешней поверхности дна колпачка 4 на же-, стком центре 7 выполнен круглый неподвижный электрод 13 и кольцеобразный 15, на гибком кольце 8 - кольцеобраэный по движный электрод 14, электроды 11 - 15 соединены с помощью проводников 18 с токовыводами 16 герморазьема 17. 3 ил.30 35 40 45 ров 50 55 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления, и может быть использовано для измерения статического и динамического давления в жидких и газообразн ых средах.Известен датчик разности давлений, содержащий манометрические элементы, выполненные за одно целое с платой в виде двух идентичных стоек прямоугольного сечения, обращенных широкими продольными гранями друг к другу, в каждой из которых выполнены по четыре глухих цилиндрических канала, расположенных вдоль широких продольных граней симметрично поперечной оси стоек, причем два средних канала каждой стойки смещены в сторону одной широкой продольной грани, а два крайних - в сторону противоположной грани, при этом средние и крайние каналы в обоих стойках соответственно соединены между собой и подсоединены к каналам для подвода давления.Недостатком датчика является низкая точность измерения при измерении быстро- меняющихся давлений, так как система подводящих каналов и полостей с переменными сечениями снижает частотные характеристики датчика, Кроме того,сложная система манометрических элементов снижает точность измерения и усложняет технологию изготовления,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик давления, содержащий корпус, упругую мембрану с утолщенным периферийным участком и центральными и периферийными электродами измерительного и эталонного конденсаторов, герморазъем в виде диска с токопроводами и расположенный с зазором относительно мембраны тонкостенный колпачок с вогнутым дном, где расположены неподвижные электроды измерительного и эталонного конденсатоНедостатком известной конструкции является низкая точность при измерении избыточного давления в условиях измерения атмосферного давления, так как нетсвязи атмосферы с упругими элементами Цель изобретения - увеличение точности за счет коррекции от изменений атмосферного давления. Поставленная цель достигается тем, что в датчик давления, содержащий корпус, упругую мембрану с утолщенным периферийным участком и изолированными центральным и периферийным электродами измерительного и опорного конденсаторов, расположенный с зазором относитель 5 10 15 20 25 но мембраны колпачок с зеркально-симметричными изолированными неподвижными электродами измерительного и эталонного конденсаторов на внешней поверхности его дна со стороны мембраны и установленный внутри колпачка герморазьем в форме диска с токоподводами, введены штуцер и два кольца, одно из которых размещено на внешней, а другое - на внутренней частях утолщенного периферийного участка мембраны, колпачок своим дном установлен и закреплен на кольцах, с внутренней стороны дна колпачка выполнена проточка, образующая тонкостенный кольцевой участок и жесткий центр, диаметр которого равен рабочему диаметру мембраны, а на тон" костенном кольцевом участке размещен введенный кольцеобразный подвижный электрод дополнительного измерительного конденсатора, введеный зеркально-симметричный неподвижный электрод которого размещен на утолщенном периферийном участке мембраны, причем жесткость тонкостенного кольцевого участка равна жесткости мембраны, а в диске смонтирован штуцер, сообщенный с атмосферой.На фиг.1 показана конструкция датчика давления, разрез; на, фиг,2 - разрез А - А на фиг,1; на фиг,3 - прогибы упругих элементов датчика,Датчик давления включает корпус 1, защемленную мембрану 2 с утолщенным периферийным участком 3, колпачок 4, установленный и закрепленный на утолщенном периферийном участке 3 с зазором, который обеспечивается внешним кольцом 5 и внутренним кольцом б. В колпачке 4 с внутренней стороны дна выполнена проточка, образующая жесткий центр 7 и гибкое кольцо 8, а в верхней части колпачка 4 установлен диск 9, в котором размещен штуцер 10, сообщающийся с атмосферой. На планарной поверхности мембраны 2 размещен круглый подвижный электрод 11, а на утолщенном периферийном участке 3 - кольце- образные неподвижные электроды 12 и 10.На планарной внешней поверхности дна колпачка 4 на жестком центре 7 выполнен круглый неподвижный электрод 13 и кольцеобразный электрод 15, на гибком кольце 8 - кольцеобразный подвижный электрод 14, электроды 11 - 15 подсоединены с помощью проводников 18 с токовыводами 16 герморазьема 17.Датчик (фиг.1, 2) работает следующим образом,При подаче давления Р 1 через канал корпуса 1, мембрана 2 прогибается на величину В/1 8 результате этого начальный зазор б, между электродами 11 и 131753313 измерительного конденсатора становится равным (оо - 9/1), следовательно, изменяется емкость измерительного конденсатора С,1 на величину ЬСи, таким образом, емкость измерительного конденсатора опре деляется выражением- (Рг)СоСиг Дальней ляется как в тельного ( измерителы опорному (С приобретает шее пр ычита Ь Си 1) ого (Ь ),ив- (Рг) Рг но обеспечи- ,Р.) = С.г(.), ния приобре 0 ваевыр тае Таким образом, с выхода датчика снимается сигнал, функционально зависящийот изменения давления измеряемой среды40 (Р) и от атмосферного давления (Рг),Изменение температуры на датчике вызывает равномерные температурные изменения упругих свойств как мембраны, так игибкого кольца. Следовательно, чувстви 45 тельность, а значит и емкости измерительного и опорного конденсаторов изменяютсяот температуры на одинаковую величину, азначит изменение выходного сигнала оттемпературы не происходит.50 Технико-экономическое преимуществоизобретения заключается в том, что предлагаемый датчик давления позволяет в 1,5 - 2раза повысить точность измерения по сравнению с известным,55 Формула изобретенияДатчик давления, содержащий корпус,упругую мембрану с утолщенным периферийным участком и изолированными центральным и периферийным электродамиизмерительного и опорногО конденсаторов,где Си 1(до) - начальная емкость измерительного конденсатора (без подачи давления);Ь Си 1 (оо-Ю 1) - величина приращения емкости от изменения давления Р 1.Зазор между кольцеобраэными электродами 12 и 15 опорного конденсатора от измеряемого давления Р не изменяется, так так электрод 12 расположен на периферийном участке мембраны, его емкость (Со), следовательно, практически постоянна и не меняется от изменения измеряемого давления, являясь опорной емкостью, Изменение давления преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный относительно емкостей опорного к измерительному конденсатору (преобразователь емкости в выходной сигнал в описании не приводится) Повышение точности в предложенном датчике обеспечивается тем, что при измерении избыточного давления учитывается изменение атмосферного давления Рг за счет связи внутренней полости колпачка 4 с атмосферой через штуцер 10 и в результате гибкое кольцо 8 вместе с электродом 14 прогибается на величину Юг, В результате этого зазор между кольцеобразными электродами 10 и 14 дополнительного измерительного конденсатора Сиг также изменяется, и его емкость определяется выражени- ем иг(Р 2) = Сиг(оо) + Л Сиг (бо Юг) где Сиг(оо) - начальная емкость дополнительного измерительного конденсатора (без изменений атмосферного давления);Ь Сиг (до-Юг) - величина приращения емкости от изменения атмосферного давления Рг.Зазор между кольцеобразными электродами 12 и 15 того же опорного конденсатора не изменяется от атмосферного давления Рг, так как электрод 15 расположен на недеформируемой части колпачка 4,следовательно, его емкость Со постоянна и не меняется от атмосферного давления, являясь опорной емкостью. Изменение атмосферного давления преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный отношению, емкостей опорного и дополительного измерительного конденсатора. еобразование осуществие отношений иэмерии дополнительного Сиг) конденсаторов к общем виде выражение щий вид. читывая, что конструктя равенство емкостей Сжение после преобраэоследующий видрасположенный с зазором относительномембраны колпачок с зеркально-симметричными изолированными неподвижными электродами измерительного и эталонного конденсатора на внешней поверхности его дна со стороны мембраны и установленный внутри колпачка герморазъем в форме диска с токоподводами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения избыточного давления, в него введены штуцер и два кольца, одно из которых размещено на внешней, а другое - на внутренней частях утолЩенного периферийного участка мембраны, колпачок своим дном установлен и закреплен на кольцах, с внутренней стороны дна колпачка выполнена проточка, образующая тонкостенный кольцевой участок и жесткий центр, диаметр которого равен рабочему диаметру мембра ны, а на тонкостенном кольцевом участкеразмещен введенный кольцеобразный подвижный электрод дополнительного измерительного конденсатора, введенный зеркально-симметричный неподвижный 10 электрод которого размещен на утолщенном периферийном участке мембраны, причем жесткость тонкостенного кольцевого участка равна жесткости мембраны, а в диске смонтирован штуцер. сообщенный с ат мосферой,1753313 Составитель В.ЗиновьевТехред М.Моргентал Корректор Л.Ливринц Редактор В.Данко Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Заказ 2761 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5