Емкостный датчик давления и способ его изготовления

(51)5 6 01 Е 9/12 ННОЕ ПАТЕНТНО ССРССР) ГОСУДАРСТВ ВЕДОМСТВО (ГОСПАТЕНТ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН пластине 7, соединеннои с торцем цилиндрической втулки 8, неподвижные электроды измерительного 9, эталонного 10 и термозависимого 11 конденсаторов, расположенные на пластине 12 и выводные проводники 14, Согласно изобретению, кольцевая пластина в виде упругого фланца 7 выполнена в одной плоскости с поверхностью мембраны 2 за одно целое с опорным основанием 3 и по периферии фланца в месте расположения подвижного электрода 6 термозависимого конденсатора выполнено кольцевое утолщение, а пластина 12 выполнена за одно целое с концентрично с ней размещенной дополнительной упругой мембраной 13, расположенной в проточке корпуса 1, а выводные проводники 14 расположены в зазоре между пластиной 12 и опорным основанием 3. Способ изготовления датчика усовершенствуется тем, что втулку 8 выполняют в виде двух вкладышей, симметричных относительно плоскости, проходящей через продольную ось втулки 8, устанавливают вкладыши в проточке опорного основания 3 и жестко соединяют одним торцем с кольцевым утолщением упругого фланца 7, другим торцем - с опорным основанием 3 и прижимают пластину 12 к опорному основанию 3 поверхностью корпуса 1.2 с.п. ф-лы, 1 ил,О (Л авления в высокотемперату Изобреной техникчикам, прзования вники, связа намического ных средах.Известен содержащий мембраны с К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРЬ 209786, кл. 6 01 ) 9/12, 1967,Авторское свидетельство СССРЬ 294525, кл.6 01) 9/12, 1969,(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ИСПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯф 7) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано дляизмерения давления в различных областяхнауки и техники, связанных с измерениямив высокотемпературных средах, Цель: повышение технологичности изготовления иуменьшение габаритов емкостного датчикадавления. Сущность изобретения: усовершенствуется конструкция емкостного датчика давления, содержащего корпус 1,упругую мембрану 2, выполненную за одноцелое с опорным основанием 3, круглый подвижный электрод 4 измерительного конденсатора, кольцевой неподвижныйэлектрод 5 эталонного конденсатора, кольцевой подвижный электрод 6 термозависимого конденсатора, расположенный на тение относится к измерителье, в частности к емкостным датедназначенным для испольраэличных областях науки и технных с измерением статико-диемкостныи датчик давления, корпус, упругий элемент в виде жестким центром, выполнен 1795315ной за одно целое с опорным основанием, круглый подвижный электрод измерительного конденсатора, расположенный на поверхности мембраны в области жесткого центра, кольцевой неподвижный электрод эталонного конденсатора, размещенный на опорном основании, зеркально-симметричные неподвижные электроды измерительного иэталонного конденсаторов, расположенные на пластине, соединенной прокладками с упругим элементом по периферии в трех точках,-а зазор между электродами выполнен с превышением максимального перемещения подвижного электрода на 10-20,Известен способ изготовления емкостного датчика давления, заключающийся в полировании поверхности упругой мембраны и пластины, нанесении на них диэлектрической пленки, формировании на пленке электродов с контактными площадками, разварке выводных проводников на контактные площадки, закреплении пластины на Опорном основании, установке гермопереходника, разварке выводных проводников на гермовыводы, установке герметизирующей втулки.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому решению является емкостный датчик давления, содержащий корпус, упругую мембрану с жестким центром, выполненную за одно целое с опорным основанием, круглый подвижный электрод измерительного конденсатора, расположенный на поверхности в центре мембраны, кольцевой неподвижный электрод эталонного конденсатора, размещенным на опорном основании, кольцевой подвижный электрод термозависимого конденсатора, расположенный соосно с кольцевым неподвижным электродом на кольцевой пластине, соединенной с торцем цилиндрической втулки, расположенный в проточке, выполненной на боковой поверхности опорного основания, и жестко соединенной противоположным торцом с опорным основанием, зеркально- симметричные неподвижные электроды измерительного, эталонного и термозависимого конденсаторов, расположенные на пластине, соединенной с опорным основанием, выводные проводники частично расположенные в отверстиях пластины, выполненных между электродами эталонного и термозависимого конденсаторов,Недостатком известного емкостного датчика является недостаточная технологичность и увеличенные радиальные размеры датчика. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому решению является способ изготовления емкостного датчика давления, заключающийся в установке втулки в проточке опорного основания, полировании поверхности упругой мембраны и пластин, нанесении на них диэлектрической пленки, формировании на пленке электродов с контактными площадками, разварке выводных проводников на контактные площадки, закреплении пластины на опорном основании и кольцевой пластины на втулке, установке корпуса,Однако данный способ отличается недостаточной технологичностью.Изобретение направлено на повышение технологичности изготовления и уменьшение габаритов датчика.Согласно изобретению в емкостном датчике давления, содержащем корпус, упругую мембрану, выполненную за одно целое с опорным основанием, круглый подвижный электрод измерительного конденсатора, расположенный на поверхности в центре мембраны, кольцевой неподвижный электрод эталонного конденсатора, размещенный на опорном основании, кольцевой подвижный электрод термозависимого конденсатора, расположенный соосно с кольцевым неподвижным электродом на кольцевой пластине, соединенной с торцем цилиндрической втулки, расположенной в проточке, выполненной на боковой поверхности опорного основания, жестко соединенной противоположным торцем с опорным основанием, зеркально-симметричные электроды измерительного, эталонного и термозависимого конденсаторов, расположенные на пластине, соединенной с опорным основанием, выводные проводники, частично расположенные в отверстиях пластины, выполненных между электродами эталонного и термозависимого конденсаторов в соответствии с предлагаемым изобретением кольцевая пластина в виде упругого фланца, выполнена в одной плоскости с поверхностью мембраны за одно целое с опорным основанием,и по периферии фланца в месте расположения подвижного электрода термозависимого конденсатора выполнено кольцевое утолщение, выводные проводники расположены в зазоре между пластиной и фланцем, пластина выполнена за одно целое с концентрично введенной с ней в датчик дополнительной упругой мембраной, соединенной по периферии с поверхностью корпуса, 1795315в 1 где О - усилие по ному основанию, к 1 о 1 - допустим аде дополнителькгс/мм;жатия пласс; напряже й упругои с Ф с - 1) - 4 с Кроме того, в способе изготовления емкостного датчике давления, эаключаюитим-, . ч 1 к:ст 1 2 ся в установкевтулки в проточкеопорного до = гг( Е тя 1) основания, полировании упругой мембраны и пластин, нанесении на них диэлектриче ской пленки, формировании на пленкеэлек-На чертеже изображен предлагаемыйо ов с контактными пло а ками датчик в РазРезе. Соотноше"иЯ еждУ Раэразмещениивьводныхпроводникровна кон- мерами межэлектродного зазора и толщитактных площадках, закреплении пластины нам диэлектричес ой пленки и электродов на опорном основании и установке корпуса 10 длсоответствии с предлагаемым изобрете-давления СодеРжит коРпус 1, упругую ием выполняют. втулку в виде двух вклады- мембрану 2, выполненнУю за одно целое с ей, симметричных относйтельно плос-опорным основанием 3. Подвижный круг- ости, проходящей через продольную ось . лый электрод 4 измерительного конденсатоЬтулки, устанавливают вкладыши в проточ Ра Расположен на поверхности в центре е опорного основания и жестко соединяют мембраны, Кольцевой неподвижный электдним торцем с кольцевым утолщением уп- Род 5 эталонного конденсатора размещен угого фланца, другим торцем с опорным на опорном основании. Кольцевой подвиж- снованием, прижимают плаСтину к опор- . ный электрод 6 термозависимого конденса 1 ому основанию поверхностью корпуса с 20 тоРа Расположен соосно с кольцевым усилием поджатия определяемом по соот- неподвижным электродом на кольцевой ношению: , пластине 7, которая выполнена в виде упругого фланца с кольцевым утолщением по периферии за одно целое с опорным осно 1 стНо ач,э-йк ЛбахВаьЬЕГ, ь 2: ванием, Цилиндрическая втулка 8 располо 25 оь Аа . жена в проточке, выполненной на боковойповерхности опорногооснования и жестко д тинц к.олор соединена одним торцем с,кольцевой пла"стиной, а другим - с опорным основанием. ое ние в матеРи-Зеркально-симметричные неподвижные но мембраны электродцизмерительного 9,эталонного 10и термозависимого 11 конденсаторов расЬ - базовая длина расстояние на про- положены на пластине 12; которая выполнедбльнойосидатчикаотповерхности корпу-на за одно целое с концентрично с ней са; в которую упирается дополнительная расположенной дополнительной упругой уп угая мембрана, до кромки корпуса, кото- мембраной 13, соединенной по периферии35ра сваривается с опорным основанием), с поверхностью корпуса и соединена с мЧ:. опорным основанием. Выводные проводниа,э, - температурный коэффициент ли- ки 14 частично расположены в,отверстиях нейного расширения (ТКЛР) цилиндриче- пластины, которые выполнена между элекской втулки, К ; тродами эталонного и термозависиМогОа - ТКЛР корпуса, К; . конденсаторов, частично расположены в за, Йвах - диапазон рабочих температуР зоре между пластиной и упругим.фланцем. датчика, К;Корпус выполнен.из сйлава 29 НК. Упругая. й - радиус дополнительной упругой мембрана с опорным основанием и пластимембраны, мм;на, выполнены из сплава 7 ОНХБМЮ, ДляЕ - модульупругостиматериагладопол- электрической изоляции электродов иснительной упругой мембраны, кГсlмм;: пользуется пленка 15 из й 120 з - ЗО толщиЬ - толщина дополнительной упругой ной 3 мкм, 3 лектроды и контактные мембраны, мм; ,-0 площадки выполнены из пленки Ч - Й толВаь, Аа-коэффициенты, определяемые щиной 4 мкм. Выводные проводники выполпо КоэффициентуПуассона,иматериаладо- . нены из ленты 0,05 - 1 - 79 НЯ. Для втулки полнительной упругой мембраны и отноше- используется сплав 12 Х 18 Н 10 Т, Выводные нию е = йlго радиуса этой мембраны й к проводники впаиваются в корпус глазурью радиусу го ее жесткого центра выражения- СК, Зазор между электродами Равен 50 ми: мкм. Диаметр мембраны равен 7 мм,Емкостный датчик давления работает 2 2 с 2 и с - с 2 + 1 следующим образом, Измеряемое давление 2, 1 п 2воздействует на мембрану 2 с внешней стороны. Под воздействием измеряемого дав1795315В емкостном датчике давления отсутстления подвижный электрод 4 измерительного конденсатора, расположенный в центре мембраны перемещается в направлении к вует зазор между опорным основанием и кольцевой пластиной так как они выполнены за одно целое. Зто дает возможность неподвижному электроду 9 измерительного 5 получить равномерный слой фоторезистора конденсатора, вследствие чего емкость изна проводниковой пленке, а следовательно, качественно сформировать электроды и мерительного конденсатора увеличивается. Емкость опорного конденсатора не зависит от измеряемого давления. При изменении контактные площадки на поверхности упру- температуры датчика из-за разницы темпетой мембранйи кольцевой пластины. Отсутствие зазора позволяет уменьшить рения втулки и опорного основания радиальные размеры чувствительного эле(аЬао) подвижный электрод 6 термозави- . мента и датчика на 1 мм, так как отсутствуют симого конденсатора перемещается в на- кольцевые зоны на опорном основании и йравлении к неподвижному электроду 11 .кольцевой плаСтине непригодные для нане 15 сения диэлектрической пленки(при увеличении температуры) или от него В предлагаемом датчике давления отсутствует сварное соединение между пла(при уменьшении температуры). Зто приводит к изменению емкости термозависимого конденсатора отизменения температуры. стиной и опорным основанием, что Значения емкостей измерительйого; опор-: повышаеттехнологичностьизготовленияза ного итермозависимого конденсатора пе счет усранения повреждения датчиков редаются на выводные проводники 14 и . вследствие исключения попадания частиц далее на нормирующее устройство (на расплавленного металла возникающих при фиг,1) не показано, которое формирует два сварке пластины и. опорного основания в выходных сигнала зависящихот отношений зазор между:электродами.емкости опорного конденсатора к емкостям 25 Таким образом, заявляемая конструкизмерительного и термозавйсимого конден- ": ция емкостного датчика давления и способа саторов. Таким образом, один выходнойего изготовления дает значительное повышение технологичности и уменьшение габаритов на 25 в диаметре. Формула изобретения 1. Емкостный датчик давления, содержащий корпус, упругую мембрану, выполэталонного и термозависимого конденсаторов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения технологичности и уменьшения габаритов, в нем кольцевая пластина выполненную за одно целое с опорным нена в аиде упругого фланца, изготовленного в одной плоскости с поверхностью основанием,. круглый подвижный электрод измерительного конденсатора, расположенный на поверхности в центре мембрамембраны за одно целое с опорным основанием, по периферии фланца в месте распоны, кольцевой неподвижный электрод эталонного конденсатора, размещенный на ложен ия подвижного электрода термозависимого конденсатора выполнено опорном основании, кольцевой подвижный электрод термозависимого конденсатора, расположенный соосно с кольцевым неподвижным электродом на кольцевой пластине,соединенной с торцем цилиндрической втулки, расположенной в проточке, выполненной на боковой поверхности опорного основания и жестко соединенной противо положным торцем с опорным основанием, зеркально симметричные неподвижные электроды измерительного, эталонного и " термозависимого конденсаторов, расположенные на пластине, соединенной с опорным основанием, выводные проводники, частично расположенные в отверстиях пластины, выполненных между электродами ратурных коэффициентов линейного расши сигнал зависит от измеряемого давления, адругой - от"температуры датчика.30 кольцевое утолщение, пластина выполнена за одно целое с концентрично с ней размещенной введенной в датчик дополнительной упругой мембраной, расположенной в проточке корпуса, а выводные проводники расположены в зазоре между пластиной и упругим фланцем.2, Способ изготовления емкостного датчика давления, заключающийся в установке втулки в проточке опорного основания, полировании поверхности упругой мембраны и пластин, нанесении на них диэлектрической пленки, формировании на пленке электродов с контактными площадками, размещении выводных проводников на контактных