Емкостный датчик давления
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Текст
(5)5 ( 01 1 9/12 ЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВ К АВТОРСКОМУ 2 укции огрешенных енной ие знаНедостатком является больша ность при измер давлений, связан частотой упругого чительной массы ной к центру мем известнои конст я динамическая и ении быстроперем ная с низкой собст элемента вследств пластины, присое браны,ель- датдля ауки ати- возенния, ругект- рой ом на известной констная погрешность и вибрации, свябракы и изменеежэлектродно го модуляцией емостатком значител воэдейств ниями ме е этого ательно,Другим недрукции являетсяизмерений призанная с колебанием вследствзазора, а следа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ(71) Научно-исследовательский институт физических измерений(56) 1. Патент США ч. 4562742,кл. 6 01 1 9/12, 1965.2. Авторское свидетельство СССРМ 1652359, кл. 6 01 1. 9/12, 1989,3. Авторское свидетельство СССРй. 1702197, кл. 0 01 1 9/12, 1989,(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам давления. Целью изобретенияявляется уменьшение погрешности при измерении быстропеременных давлений, повышение стойкости к механическимвоздействиям, повышение чувствительности и уменьшение габаритов, Это достигается тем, что в емкостный датчик давления,содержащий основной упругий элемент 1 в Изобретение относится к измерит ной технике, в частности к емкостным чикам, предназначенным использования в различных областях н и техники, связанных с измерением ст кодинамических давлений в условиях действия вибрации.Известен емкостный датчик давле содержащий упругий элемент в виде к лой мембраны с круглым кольцевым эл родом на периферии, в центре кото прикреплен круглый диск с электрод периферии, зеркально симметричным э троду упругого элемента Я,виде мембраны с жестким центром 2 и пластину 8, выполненную в виде идентичного основному дополнительного упругого элемента, расположенного с зазором зеркально-симметрично основному упругому элементу 1, введен корпус 10, при этом основной 1 и дополнительный 8 упругие элементы герметично соединены между собой по периферии, герметично прикреплены к одной из торцовых поверхностей корпуса 10 и расположены симметрично и параллельно оси корпуса, причем три выводных проводника 9 выполнены из одножильного кабеля в металлической оболочке, два из них одной своей частью размещены в концентричных относительно центра мембраны пазах, выполненных в опорных основаниях основного и дополнительного упругих элементов, третий выводной проводник 9 одной своей частью расположен в зазоре между упругими элементами на продольной оси корпуса, а другие части всех проводников герметично выведены из корпуса через его осевое отверстие, 2 ил.кости в зависимости от воздействующих погрешность измерений при воздействии вибраций. виброускорений, связанная с различнойИзвестен емкастный датчик давления, степенью демпфирования основного и досодержащий упругий элемент в виде круг палнительного упругих элементов, Другим лой мембраны с жестким центром, выпал недостатком известной конструкции являненной за одно целое с опорным ется малая чувствительность к воздействию основанием, круглый подвижный электрод давления, связанная с наличием только одизмерительного конденсатора, располо- ной подвижной обкладки у измерительного женный на поверхности мембраны в обла- конденсатора, Кроме того, недостатком изсти жесткого центра, кольцевой 10 вестной конструкции являотся большие ганеподвижный электрод опорного конденса- бариты, связанные с нерациональным тора размещенный на опорном основании, размещением деталей и узлов относительно зеркально симметричные неподвижные друг друга.электроды измерительного и опорного кон- Целью изобретения является уменьшеденсатаров., расположенные на пластине, 15 ние погрешности при измерении быстропезакрепленной с зазорам на упругом элемен- ременных давлений, повышение стойкости те, зазор выставляется с помощью вывод- к механическим воздействиям, увеличение ных проводниковчувствительности и уменьшение габаритов.Недостатком известного емкастнаго Цель достигается тем, что в емкастный датдатчика является большая динамическая 20 чик давления, содержащий основной упру- погрешность при измерении быстропере- гий элемент в виде мембраны с жестким менных давлений, связанная са значитель- центром, выполненной за одно целое с ной глубиной измерительного канала, опорным основанием, подвижный электрод Другим недостатком извесной канструк- измерительного конденсатора, располоции является большая погрешность измере женный на жестком центре, концентричный ний при воздействии вибраускорения, ему неподвижный электрод эталонного кансвязанная со значительными колебаниями денсатара, размещенный на опорном осномембраны вследствие большой массы жес- вании, зеркально-симметричные электроды ткаго центра, Кроме того, недостатком изве- измерительного и эталонного конденсатостнай конструкции является малая 30 ров. рзсполаженные на пластине, выполчувствительность к воздействию давления, неннай е виде идентичного основному связанная с наличием только одной подвиж- дополнительного упругого элемента, распоной обкладки у измерительного конденсата- ложенного с зазором зеркально-симметричра, Недостатком известной конструкции на основному упругому элементу, в являются большие габариты, связанные с 35 соответствии с изобретением введен корпус нерациональным размещением деталей от- с двумя параллельными плоскими торцовыносительно друг д га,о руг друга, ми поверхностями и осевым центральнымИзвестен емкостный датчик давления, отверстием под выводные проводники, при содержащий основной упругий элемент в этом основной и дополнительный упругие виде мембраны с жестким центром, выпал элементы герметично соединены между соненнай за одно целое с опорным основани- бой по периферии, герметично прикреплеем, подвижный электрод измерительного ны к одной иэ торцовых поверхностей конденсатора, расположенный на жестком корпуса и располажень симметрично и пацентре, концентричный ему неподвижный раллельно оси корпуса, причем три вывод- электрод эталонного конденсатора, разме ных проводника выполнены из щенный на опорном основании, зеркально одножильного кабеля е металлической обосимметричные электроды измерительного и лочке, два из них одной своей частью размеэталонногоконденсаторов, расположенные щены е концентричных относительно на пластине, выполненной в виде идентич- центра мембраны пазах, выполненных зерного основному дополнительного упругого 50 кально-симметрично в опорных основаниях элемента расположенного с зазором зер- основного и дополнительного упругих элекальна-симметрично основному упругому ментов, третий выводной проводник однои элементу3 своей частью расположен в зазоре междуНедостатком известного емкостного упругими элементами на продольной оси датчика является значительная динамиче корпуса, а другие части всех проводников ская погрешность при измерении быстропе- герметично выведены из корпуса через его ременных давлений, связанная с осевое отверстие.относительно большой длиной измеритель- Сопоставительный анализ с прототинага кан".ла, ед, Недоста-ком известной конст- пом показывает, что заявляемый емкостный рукции являетсяляется также большая датчик давления отличается тем. что в него10 элементами на продольной оси корпуса, адругие части всех проводников герметично,20 30 35 введен корпус с двумя параллельным торцовыми поверхностями и осевым центральным отверстием под выводные проводники, при этом основной и дополнительный упругие элементы герметично соединены между собой по периферии, герметична прикреплены к одной из торцовых поверхностей корпуса и расположены симметрична и параллельно аси корпуса, причем три выводных проводника выполнены из адножильнаго кабеля в металлической оболочке, два из них своей частью размещены в кон центричных а гносительно центра мембраны пазах, выполненных зеркально-симметрично в опорных основаниях основного и дополнительного упругих элементов, третий выводной проводник одной своей частью расположен в зазоре между упругими выведены из корпуса через его осевое отверстие. Таким образом, заявляемый емкостный датчик давления соответствует критерию "новизна",Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило вьявить в них признаки,отличающие заявляемое решение ст прототипа, что позволяет сделать вывод а соответствии критерию "существенные отличия",На фиг. 1 и 2 изабракен предлагаемый датчик в разрезе. Соотношения между размерами межэлектроднаго зазора и толщи- нами диэлектрической пленки и электродов для наглядности измененыЕмкостный датчик давления содержит упругий элемент 1 в виде мембраны с жестким центром 2, выполненный за одно целое с опорным основанием 3. Подвижный электрод 4 измерительного конденсатора расположен на поверхности мембраны в области жесткого центра, Неподвижный электрод 5 опорного конденсатора размещен на опорном основании. Зеркально-симметричные электроды Б и 7 измерительного и опорного конденсаторов соответственно расположены на пластине 8, выполненной в виде идентичного основному дополнительного упругого элемента, Выводные проводники 9 выполнены из однажипьнаго кабеля в металлической оболочке типа КНМСС, наместа разделки кабеля нанесен пак КО в 9. Кабели в металлической оболочке расположены в концентричньх относительно центров мембран пазах, выполненных зеркально-симметрично в опорных основаниях дополнительного и основного упругих элементов. Зазор между упругими элемен 40 45 50 55 тами выставляется с помощью трех жил кабеля. Упругие элементы 1,8 герметично соединены по периферии между собой и герметично соединены с корпусом 1 О, продольная ось которого перпендикулярна продольной оси упругих элементов, причем одна из контактных площадок электродов расположена на продольной оси корпуса,Упругие элементы и корпус выполнены из сплава 70 НХБМЮ. Для электрической изоляции электродов используется пленка 11 из А 20 з - Я 02 толщиной 3 мкм. Электроды выполнены из пленки Мо - 8 толщиной 0,8 мкм. Зазор между электродами равен 30 мкм. Диаметр мембраны равен 8 мм, Кабели герметично соединены с корпусом в местах вывода кабелей из корпуса,Емкостный датчик давления работает следующим образом.Измеряемое давление воздействует на мембраны со стороны жестких центров, Под воздействием измеряемого давления подвижные электроды измерительного конденсатора, расположенные в области жестких центров, перемещаются в направлении друг к другу, вследствие чего емкость измерительного конденсатора увеличивается.Емкость опорного конденсатора не зависит от измеряемого давления, Значение емкостей измеаительного и опорного конденсаторов передаются на гермовцводы и далее на нармирующее устройство(на фигурах не показано), которое формирует выходной сигнал, зависящий от отношения опорной и измерительной емкостей, а следовательно, и измеряемого давления.У заявляемой конструкции измерительные каналы короче, чем у прототипа, а следовательно. погрешность при измерении быстропеременных давлений меньше у заявляемого датчика. В прототипе измерительная среда не действует на дополнительную мембрану, При воздействии на заявляемый датчик давления внешних механических факторов (вибрации, ударов и т.п.) основной и дополнительный упругие элементы испытывают одинаковые ускорения и давления, так как на них одинаково действует одна и та же измерительная среда, В результате степень демпфирования основного и дополнительного упругихэлементов одинакова, что ведет к уменьшению пагрешности измерения от механических воздействий у заявляемого датчика посравнению с прототипом т,е. стойкость эаявляемого датчика давления к внешним механическим воздействиям повышается.Из-за наличия двух подвижных электродов у измерительного конденсатора (вместо од 1760414ного) чувствительность заявляемого датчика давления возрастает в 2 раза по сравнению с прототипом. Выполнение выводнымипроводниками функции гермопереходникау заявляемого датчика давления приводит куменьшению его габаритов по сравнению спрототипом,Емкостный датчик в соответствии спредлагаемым решением имеет собственную частоту измерительного канала 55 кГц,а емкостный датчик ДСЕ - 100, изготовленный в соответствии с прототипом, имеетсобственную частоту измерительного канала не более 3,3 кГц.Коэффициент функции влияния аиброускорений, характеризующий погрешностьот воздействия вибраций, р заявляемогодатчика составляет 0,3 х 10 5 с М , а коэффициент функции влияния виброускоенийдатчика ДСЕ - 100 составляет 0,5 х 10 с М 1,Чувствительность к давлению у заявляемого датчика составляет 40 Пф/МПа, а чувствительность к давлению датчика давленияДСЕне превышает 20 Пф/МПа.Габаритные размеры у заявляемого датчика составляют 21,5 х 15 мм. а габаритныеразмеры датчика ДСЕсоставляют56 х 34 мм.Таким образом, технико-экономическими преимуществами заявляемой конструк, ции емкостного датчика давления посравнению с прототипом являются повышение собственной частоты измерительногоканала в 15 раз, уменьшение погрешностипри измерении быстропеременных давлений, повышение стойкости к внешним механическим воздействиям в 1,5-2 раза,увеличение чувствительности в 2 раза,уменьшение габаритных размеров в 4 раза,Формула изобретенияЕмкостный датчик давления, содержащий основной упругий элемент в виде мембраны с жестким центром. выполненной эа одно целое с опорным основанием, подвижный электрод измерительного конденсатора, расположенный на жестком центре, 5 концентричный ему неподвижный электродэталонного конденсатора, размещенный на опорном основании, зеркально-симметричные электроды измерительного и эталонного конденсаторов, расположенные на 10 пластине, выполненной в виде идентичногоосновному дополнительного упругого элемента, расположенного с зазором зеркально - симметрично основному упругому элементу,отл ича ю щийся тем, что, с 15 целью уменьшения погрешности при измерении быстропеременных давлений, повышения стойкости к механическим воздействиям. увеличения чувствительности и уменьшения габаритов, а него введен 20 корпус с двумя параллельными плоскимиторцевыми поверхностями л осевым центральнымм отверстием под аы водн ые проводникикипри этом основной и дополнительный упругие элементы герметично соединены 25 между собой по периферии, и герметичноприкреплены к одной иэ торцевых поверхностей корпуса и расположены симметрично и параллельно оси корпуса, причем три выводных проводника выполнены из одно жильного кабеля а металлическо 1 л оболочке,два из них одной своей частью размещены в концентричных относительно центра мембран пазах, выполненных зеркально-симметрично в опорных основаниях основного 35 и дополнительного упругих элементов, третий выводной проводник одной своей частью расположен в зазоре между упругими элементами на продольной оси корпуса, а другие части всех проводников герметично 40 выведены из корпуса через его осевое отверстие.1760414 рректор Н.Гуньк Реда кто л. Гагарина, 101 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Уж аказ 3182 ВНИИПИ Составитель Д.АпашТехред М,Моргентал Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5
СмотретьЗаявка
4785513, 22.01.1990
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
БЕЛОЗУБОВ ЕВГЕНИЙ МИХАЙЛОВИЧ, АПАКИН ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧ
МПК / Метки
МПК: G01L 9/12
Метки: давления, датчик, емкостный
Опубликовано: 07.09.1992
Код ссылки
<a href="https://patents.su/5-1760414-emkostnyjj-datchik-davleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Емкостный датчик давления</a>
Предыдущий патент: Датчик давления
Следующий патент: Датчик давления
Случайный патент: Зажимное устройство для лужения выводов радиоэлементов