Датчик давления

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам ОПИСАНИЕ ИЗОК ПАТЕНТУ(57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использованопри измерении давления сыпучих веществ, газов,жидкостей, твердых тел при измерении упругих деформации; а также быть использовано в медицийе.Цель изобретения - расширение функциональных(5 Ц 5 6011,7 02 воэможностей за счет совмещения в датчике функций измерительного устройства и устройства отображения информации о величине измеряемого давления, повышение чувствительности и упрощение конструкции. Сущность изобретения. датчик содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 прозрачные пластины, между которыми находится жидкий краситель 5. Пластины соединены по периметру эластичной манжетой, а в пространстве между ними расположен пружинный элеметп 3, На верхней поверхности пластины 1 нанесена шкала В, проградуированная в единицах давления, Вместо упругого элемента 3 датчик может оыть снабжен кольцевыми постоянными магнитами 9. Закрепленными на пластинах 1 и 2 по их периферии так что одноименные полюса направлены навстречу друг другу. 4 зл,ф-пы, 10 ил.Изобретение относитсл к измерительной технике и позволяет с высокой степенью простоты измерять давление в разнообразных средах, например, давлеил сыпучих веществ, газов, жидкостей, твердых тел, а также может быть использовано о медицине, например, длл индикации давления повлзки ца кожу пациента, о том числе для индикации распределенных полей давления, например, лротивоожогового костюма, либо высотного костюма пилота.Известен волоконно-оптический датчик даалелл, содержащий корпус, мембрану, состолщую иэ центральной и периферических частей, отражатель, установленный в цглтра мембраны, пучка световодоа, обьедицеццые концы которых сформированы а аиде чередуощихся подводящих и отводящих поток света концентрических пучков саетооодоо, расположенных коаксиально напротив отражателл на определенном расстояви, а разделенные концы пучков соетоаодов подведены соответственно к источнику света и фотоприемнику. Кроме того, укладка торцео, отводящих лоток соета волоконных светооодоа а концентрических кольцевых пучках, аыполнена.с переменной плотностью по закону обратной нелинейности световой характеристики фотоприемника.Недостатком известного устройства яаляютсл аысокал сложност и стоимость, большие габаритьи низкие эксплуатационные и функциональные возможности, поскольку сам датчик не способен отображать информацию о величине давления, в связи с этим необходимо использование сложной, дорогой и громоздкой оптико-электронной аппаратуры с источниками электропитания.Известен чувствительный элемент датчика давления, содержащий расположенные параллельно верхнюю и нижнюю пластины, между которыми расположено .рабочее тело. Кроме того, рабочее тело представляет собой сетку из стальной проволоки; предварительно цементируемой и закаленной, а пластины выполнены из металла, твердость которого больше твердости материала сетки. Недостатками известного устройства лаляютсл низкие функциональные возможности, низкая чувствительность, а также низкие эксплуатационные возможности в связи с одцократностью применения, поскольку применяемал о качестве рабочего тела стальная сетка по причине совмещения а датчике функции отображения величины давленил выполнена деформируемой необратимо,Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей эа счет совмещенил в немфункции измерительного устройства и уст 5 ройства отображения информации о величине давленил, о распределенном поледавлений, а также повышение чувствительности при одновременном упрощении конструкции,10 Поставленная цель достигается тем, чтов известном чувствительном элементе датчика давления рабочим телом является жидкий краситель, верхняя пластина выполненаиз прозрачного материала, а нижняя пла 1 Б стица выполнена с отражающей внутреннейповерхностью, белой или зеркальной, причем, торцовые части обеих пластин соединены эластичной герметичной манжетой,Кроме того, а нем а верхней и нижней пла 20 стинах с внутренней стороны в центре выполнены углубления полусферическойформы, краситель расположен а центремежду пластинами в виде капли, частично вуглубленилх, причем внешние поверхности25 пластин выполнены выпуклой формы, а наверхней пластине нанесена шкала, проградуирооанная в единицах давления. Крометого, в цем краситель выполнен из несмачивающей материал пластин жидкости. КромеЭ 0 того, в него введены кольцевые магниты,закрепленные на каждой пластине с внутренней стороны по их периферии, причеммагниты сориентированы одноименнымиполюсами навстречу друг другуЗБ На фиг.1 изображена схема датчикадавления, работаощего в индикаторном режиме в исходном состоянии, на фиг,2 - схема датчика давления, работающего виндикаторном и измерительном режимах в40 исходном состоянии; на фиг,З - схема датцика давления без пружинных элементовдля измерения малых давлений о узком диапазоне изменения, на фиг.4 - схема индикаторного датчика при восприятии46 давления; на фиг.5 - схема измерительногодатчика при действии на него давления; нафиг.б - датчик давления при виде о плане вслучае углублений 7 несферицеской формы;на фиг.7 - схема датчика давления с посто 50 лниыми магнитами и внешней эластичнойоболочкой; на фиг.8 - схема датчика давления с постоянными магнитами и внутреннейэластичной оболочкой; на фиг.Я - схема применения датчика давления по фиг,З; на55 фиг.10 - схема датчика даоленил для измерения и индикации распределенного пблядавлений.Датчик давления ,фиг,1) состоит из верхней прозрацной пластины 1 и нижней пластины 2, воспринимающей давление, между5 10 15 20 30 35 40 45 50 пластинами по краю расположен пружинный элемент 3, пластины 1 и 2 соединены по периметру герметичной эластичной манжетой 4, жидкий краситель 5 находится в пространстве 6 между пластинами 1 и 2 и является рабочим телом. При измерении малых абсолютных значений давлений в небольшом диапазоне изменения пружинный элемент 3 может отсутствовать (фиг.3),Датчик давления с измерительной функцией (фиг,2) содержит пластины 1 и 2 полусферической формы,. в центре которых с внутренней стороны выполнены углубления 7, на внешней поверхности пластины 1 нанесена шкала 8, проградуированная, например, в единицах давления. Углубления 7 в пластине могут быть выполнены любой формы (фиг.6), с целью линеаризации характеристик датчика, либо наоборот, введения функциональной зависимости между входной и выходной величинами. Датчик давления с постоянными магнитами в качестве упругого элемента (фиг.7) содержит вместо пружинного элемента 3 (фиг.1,2) постоянные магниты 9, расположенные в уступе по периметру верхней 1 и нижней 2 пластин, причем так, что одноименные. полюса магнитов двух пластин обращены друг к другу по всему периметру,,Цатчик давления (фиг.8) содержит эластичную герметическую манжету 4, соединяющую выступающие центральные части пластин со стороны их внутренней поверхности таким образом, что манжета 4 целиком расположена внутри датчика давления,Датчик давления (фиг. 1) работает следующим образом.Верхняя пластина 1 датчика давления неподвижна и является прозрачной. Через нее осуществляется считывание информации о давлении. Нижняя пластина 2 является приемником измеряемого и индицируемого давления. В отсутствии давления пружинный элемент 3, работающий на сжатие, и эластичная манжета 4 находятся в свободном состоянии и рабочее тело 5 - краситель - находятся в пространстве между пластинами 6 в случае, когда датчик выполняет лишь индикаторную функцию (фиг.1), либо сосредоточен в центре пространства 6 между пластинами в центральных углублениях 7, в варианте датчика давления, когда он выполняет индикаторную и измерительную функции (фиг.2), При действии давления на нижнюю пластину 2, направленного вверх относительно неподвижной верхней пластины 1, происходит перемещение навстречу ей нижней пластины 2 так, что под действием давления происходит деформация эластичной манжеты 4 и сжатие пружинного элемента Э (при измерении низких давлений в варианте датчика пружинный элемент 3 может отсутствовать). В результате этого расстояние между пластинами 1 и 2 уменьшается, вследствие чего краситель 5 выдавливается зэ пределы пластин 1 и 2 в эластичную манжету 4, а слой его между пластинами 1 и 2 становится тоньше(фиг.4). При этом, со стороны прозрачной верхней пластины 1 в отраженном от нижней пластины свете наблюдается посветление красителя (за счет уменьшения толщины его слоя между пластинами), что свидетельствует о приложении давления, В этом случае датчик работает как индикаторный элемент, по состоянию которого можно судить о наличии давления, либо превышении его над пороговой величиной, определяемой по определенной насыщенности цвета слоя красителя,В случае, когда датчик выполняет также измерительную функцию (фиг,2), краситель 5 сосредоточен в виде капли в центре углублений 7 пластин 1 и 2, а ноль давления (либо 25 начальное значение) определяется по исходкому диаметру раздавленной капли красителя 5, наблюдаемой со стороны прозрачной верхней пластины 1. При приложении давления.к нижней пластине 2 по направлению вверх происходит сжатие пружинного элементаЗ и деформация эластичной манжеты .4, а также уменьшение расстояния 6 между пластиками 1 и 2, за счет смещения вверх нижней пластины 2 относительно неподвижной верхней пластины 1, что приводит, в свою очередь, к раздавливанию капли красителя 5 и увеличению ее диаметра. Это наблюдается с внешней стороны прозрачной пластины 1, которая может быть выпуклой, что дает увеличение изображения капли и расширение угла ее обзора, Величина приложенного давления считывается по изменению диаметра капли относительно шкалы 8, накесенной на внешнюю поверхность верхней пластины 1, которая может быть проградуирована в единицах давления. Для обеспечения равномерности шкалы давления, либо обеспечения заданной функциональной зависимости (например, логарифмической) диаметра капли от прикладываемого давления, углубления 7 в пластинах 1 и 2 могут иметь профильную в плане форму (фиг.6).При прекращенйи действия давления на нижнюю пластину пружинный элемент 3 и эластичная манжета 4 распрямляются, и нижняя пластина 2 (фиг,1) занимает исходное положение относительно верхней пластины 1, зазор между ними приобретает первоначальную форму(ширину), краситель2003064 5 под действием сил поверхностного натяжения возвращается в пространство 6 между пластинами 1 и 2, слой его увеличивает толщину до первоначальной, в результате чего темнеет до исходного состояния. В измерительном варианте датчика(фиг.2) капля 5 под действием сил поверхностного натяжения уменьшает свой диаметр до первоначального. Вместо пружинного элемента 43 в датчике давления могут быть применейы кольцевые постоянные магниты 9, расположенные в уступах верхней и нижней пластин 2 по периметру и работающие на отталкивание за счет того, что обращекы друг к другу одноименными полюсами (фиг.7). В качес гве постоянных магнитов 9 может служить слой магнитного лака. Датчик, снабженный постоянными магнитами 9, может служить также для индикации напряженности магнитного поля, поскольку внешнее магнитФормула изобретений 1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий расположенные параллельно верхнюю и нижнюю пластины, между которыми расположено рабочее тело, отличающийся тем, что в нем в качестве рабочего тела использован жидкий краситель, верхняя пластина выполнена иэ п роз рачйьго материала, а нижняя пластина выполнена а отражающей внутренней пЬверхностью, белой или зеркальной, причем торцевые части обеих пластин соединены эластичной герметичной манжетой.2, Датчик давления по п,1, отличающийся тем, что в кем в верхней и нижней пластинах с внутренней стороны в центре выполнены углубления полусферической формы, краситель расположен в центре между пластинами в виде капли, частичйо ное поле, в которое помещается такой датчик, будет воздействовать на поле постоянных магнитов 9, В результате этого. происходит сжатие пластин и увеличение5 диаметра капли рабочего тела 5. При этомшкала 8 может быть проградуирована в единицах напряженности магниткого поля илимагнитной индукции,По сравнению с известными в данной10 обласаи решениями заявляемый датчикдавления обладает большими функциональнымивозможностями, вследствие универсальности может иметь более широкую область применения, более прост в изготовлении и15 эксплуатации, а следовательно, и более надежен.(56) Авторское свидетельство СССРЬ 1504522, кл. 6 01 1 11/00, 1987,Авторское свидетельство СССР20 М 1401298, кл. 6 01 1. 7/02, 1985. в углублениях, причем внешние поверхно-.сти пластин выполнены выпуклой формы, а 25,на верхней пластине нанесена шкала, проградуированная в единицах давления,3. Датчик давления по пп,1 и 2, отличающийся тем, что в нем краситель выполнен иэ не смачивающей материал пластин 30 жидкости.4. Датчик давления по пп,1 - 3, отличающийся тем, что в него введен пружинный элемент, расположенный между пластинами по их.периметру.5. Датчик давления по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в него введены кольцевые магниты, закрепленные на каждой пластина с внутренней стороны по их периферии, 40 причем магниты сориентированы одно именными полюсами навстречу друг другу, 20030642003064 оставитель А. Савельевехред М,Моргентал К еда ктор ктор 1 А. Козориз ильнягина каз 322 Тираж Подписно НПО "Поиск" РоспатентаЗОЗБ, Москва, Ж-ЗЬ, Раушская наб 4/б Гагарина,оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор