CS833188A3 - Pressure transmitter - Google Patents

Description

H SW-M £ l - 2 - i

Vynález se obecně týká tiskového snímače. Bií- * že specifikováno, týká se vynález oboustranného tlako-vého snímače., kterého může být použito jak pro měřenívysokých absolutních tlaků, tak i pro' měření nízkýchdiferenciálních tlaků. »

Dosud známé diferenciální tlakové snímače jsou.konstruovány tak, že využívají rozmanitých měřícíchprvků, mezi dnes nejobvyklejší diferenciální tlakovésnímače patří kapacitní tenzometry a odporové tenzo-metry fixované na rameni vychylovatelnem měřeným.tla-kem.

Jak je to zřejmé z obrázku 1, obsahují uvedenédiferenciální kapacitní, tenzometry tři diafragmy 2, · 4, -a _6. Diafragmy 2 a 6 jsou vystaveny tlakům P^ a P^,zatímco diafragma 4 není vystavena přímému účinku těch-to tlaků. Diafragma 4, je středovou diafřagmou a dia- fragmy 2 a .6 jsou vnějšími diafragmami. Mezi levou _ vnější diafřagmou 2. a vnitřní středovou· diafřagmou 4se nachází objem B. Mezi vnitřní středovou diafřagmou . 4 a pravou vnější diafřagmou 6 se nachází objem 10.

Oba tyto objemy S a 10 jsou naplněny dielektrickou te-kutinou. - 3

Uvedené membrány £, 4. a jakož i obe uvedenéobjemy 8 a 10.tvoří dva kondensátory, jejichž kapaci-ta se mění v závislosti na velikosti působících měře-ných tlaků v důsledků měnící se vzdálenosti mezi mem- bránami. Zapojením .uvedených, kondenzátořů do přísluš-ných elektronických obvodů se získá spolehlivý a přes-áný dif erenciální.,tlakový, snímač. Nevýhodou uvedenýchdiferenciálních kapacitních senzorů je, že se jimi ne-dosahuje takové přesnosti měření, jako s ostatními ty-py diferenciálních tlakových snímačů. Určitý problémzde může představovat i statický tlakový účinek (o tomviz SAMA standard PMC 31*1)·

Jinou obecně používanou technikou pro snímánídiferenciálních tlaků je technika, zahrnující použití . - .....-.......— - -odporových-tenzometrů-f-ve--kterých-je -měřící odpor------- uspořádán na ramení vychylovatelném působícími tlaky. . Příklad takového diferenciálního odporového tlakovéhosnímače je zobrazen na obrázku 2. .

Tento diferenciální tlakový snímač zahrnujerameno 12, které je spřaženo s diafragmou 14 zachycu-jící působící-tlak. Uvedená diafragma 14 předává sílu,,vytvořenou tlakovým rozdílem P^ - P^, rameni 12. Tato - 4 - sila se v rameni 12 konvertuje na jeho vnitřní pnutí,které se měří. odporovým měřícím prvkem tvořeným odpo-rovým tenzometrem 16. Nejčastěji' bývá odporový tenzo-metr. zapojen v konfiguraci Y/heatstoheovs můstku a uspo·řédán na rameni 12 tak, aby polovina uvedeného můstkubyía použita pro měřeni tlakového pnutí, přičemž dru-hé poloviny uvedeného můstku je využito pro měřenítažného pnutí.

Nevýhodou uvedených diferenciálních odporovýchtlakových snímačů je, že jejich výroba je obtížná anákladná.

Dalším typem tlakového snímače,, který je však pro měření diferenciálních tlaků používán jen zřídka, je tlakový snímač s plochou diafragmou. Tento tlakovýje snímač je tvořen plochou kotoučovou deskou, která/po-dél svého vnějšího obvodu pevně zajištěna. Snímacímprvkem je zde některý z běžných prvků schopných snímatpnutí uvedené ploché kotoučové desky. Tyto snímacíprvky mohou.být spojeny s uvedenou plochou diafragmou. . ... Tento typ- tlakového· rsnímače· 'je* velmi dobře\ znám a často používán ke snímání manometrického a abso--lutního tlaku, v případech, kdy se jedná o měření vy-’ - 5 - sokých-(obvykle vyšších než 7 MPa) tlaků (o tom vizpatent US 3 341 794 autore Stedmana a pstent US 3 456226 autore. Vička, jakož i patent US 3 505 634 autoraVon Vička).

Uvedené tlakové snímače pro měření menometric-kého a absolutního tlaku často.měří mnohem vyšší tla-ky než uvedené tlakové snímače pro měření diferenciál-ních tlaků. V důsledku fyzikální charakteristiky uvedenéploché diafragmy dochází při působení tlaku na tutomediafragmu ke vzniku vysoké zátěže disfragmy vzhledem k tomu, že působením uvedeného tlaku dochází spíše kroztahovaní této diafragmy než k jejímu ohýbání. To máze následek, -skutečnost, - Že -tlakový snímač-se - stává -ne- -lineárnějším v případech, kdy vzroste uvedené posunutíve vztahu k tlouštce diafragmy. Když se tento poměrposunutí/tlouštka, označovaný písmenem K (často uvá-děný jako faktor K) přiblíží přibližně hodnotě 0,1,stane se tlakový snímač pro přijatelné měření bez li-neární kompenzace příliš nelineárním. Důvodem, pročse takto měří pouze vysoké tlaky, je, že když se měřínižší tlaky, musí být pnutí v diafragmě udržováno naurčité úrovni k získání adekvátního výstupního signé-

I lu tlakového snímače. Toho může být dosaženo : 1) zmenšením tlouštky diafragmynebo 2) zvětšením poloměru diafragmy.

Oběma těmito způsoby se dosáhne’ zvýšení faktoruK diafragmy. Výsledkem toho je', že tento tlakový sní-mač zobrazuje vysoké nelínearity v případě, že je po-užit pro nižší tlaková rozmezí.

Kejobvyklejší uspořádání tlakových snímačů splochou disfragmou je zobrazeno na. obrázku 3. V tomtouspořádání jsou na jedné straně diafragmy 22 uspořádá-ny čtyři odporové tenzometry20 ke snímání tlakovýchradiálních pnutí ve středu diafragmy a tažných tangen-ciálních pnutí na vnějším okraji diafragmy. Tyto odpo-rové tenzometry jsou zapojeny do konfigurace Wheatsto-neova můstku tak, aby přilehlá ramena, můstku snímalapnutí opačných znamének, vzhledem k čemuž dochází navýstupu z tlakového snímače k additivnímu účinku avzrůstu výstupní-ho signálu.

Nevýhodou tohoto uspořádáni je, že odporové ten-zometry uspořádané na vnějším okraji diafragmy jsou vystaveny jiným nelinearitám, než jakým jsou vystave-ny odporové tenzometry uspořádané ve střední částidiafragmy. Tyto nelinearity mají sice opačné znaménko,ale oslišnou velikost, což má za následek nelineárnívýstupní signál z můstku závislý na faktoru K. „V poslední době .na sebe. keramické diafragmyse sitotiskovými a vypálenými silnovrstvými odporypřipoutaly pozornost tím, že by jich bylo možné použítjako tlakových snímačů ( o tom viz patent US 4 311 980autora Prudenziatiho), Tyto tlakové snímače s keramic-kou diafregmou a silnovrstvými odpory byly provedeny ..................J stejným způsobem jako.....dřivě jší tlakové snímače ..s, odpo- , ry uspořádanými v konfiguraci Urheatstoneova můstku..Je-li tlakový snímač použit pro měření nižších tlako- — ........... -vých -rozmez-í -a-má-li kovovou-nebo -křemíkovou-d-i-af-r ag-~- mu, musí být faktor K zvětšoak dosažení adekvátníhovýstupního signálu a stane se nelineárním.

Uvedené silnovrstvé odpory mění odpor v závis-losti na průměrném pnutí v celéíi ploše měřicího odpo-ru. Na rozdíl od tenkovrstvých odporových tenzometrůnebo lepených'fóliových tenzometrů jsou silnovrstvé .odporové tenzometry citlivé i na normálové pnutí. To-to normálové pnuti je pnuti produkované smerem osy Ξ a - 8 - tedy ve směru normály (kolmice) k povrchu diafragmy.Avšak právě tato citlivost uvedených silnovrstvýchodporových tenzometrů vůči uvedenému normálovému pnu-tí představuje další nevýhodu silnovrstvých odporovýchtenzometrů při měření diferenciálních tlaků.

Jestliže jsou odporové tenzometry uspořádánystejným způsobem jako tenkovrstvé odporové tenzometry,to znamená tak, že dva odporové tenzometry jsou uspo-řádány ve středu membrány a dva odporové tenzometryjsou uspořádány v blízkosti vnějšího' okraje diafragmyza účelem vytvoření maximálního výstupního signálu tla-kového snímače, potom se bude normálové pnutí měnit , podle toho, na kterou stranu diafragmy bude měřený tlakpůsobit. Jestliže se podaří centrovat tlakové rozmezí,které má být měřeno, okolo nuly, potom bude rezultují-cí výstupní signál výrazně vyšší, kdy bude tlak půso-bit na tu stranu diafragmy, na které jsou,uspořádányodporové tenzometry. V případě, že tlak přejde na dru-hou stranu diafragmy, potom výstupní signál klesne a stane se protó značně nelineárním (obrzézek 4 ukazuje e tento výsledek graficky). /1 »

Jednou z výhod použití obvodu Wheatstoneovamůstku spočívá v tom, že stejné účinky se vzájemně vy- ruší ε neovlivňují výstupní signál tlakového snímače.Jestliže však citlivost vůči normálovému pnutí neníne obou stranách diafragmy stejná, potom se to nepříz-nivě projeví na výstupním siřgnálu tlakového snímačea tento tlakový snímač měří nepřesně. Aby se odstraniltento nedostatek u tlakových snímačů se všemi odporo-vými tenzometry na jedné straně ..diafragmy, bylo by ne-zbytné kontrolovat nějákým způsobem citlivost na nor-málové pnutí. Předmětem vynálezu je tlakový snímač, jehož pod-stata spočívá v tom, že obsahuje : - diafragmu mající vrchní, a spodní povrch, určený pro.expozici tlakem, který má být mě-řen,..........- -........ - první pár odporových tenzometrů fixovaných nauvedeném vrchním povrchu diafragmy a ve zvo-lené radiální poloze uvedené diafragmy a . - druhý pér odporových tenzometrů fixovaných na - .uvedeném spodním povrchu dipfragmy a v pod- statě v uvedené radiální poloze diafragmy, 10 - přičemž nelineární odezvy uvedeného prvního ε druhéhopáru odporových' tenzometrů mají při vystavení diafragmytlaku opačná znaménka a v podstatě stejné velikosti. S výhodou se uvedená radiální poloha nacházív blízkosti středu uvedené diafragmy. Výhodně se uvedená zvolená radiální poloha na-chází v blízkosti vnějšího obvodu uvedené diafragmy. 3 výhodou jsou uvedený první a druhý pár odpo-rových tenzometrů v podstatě vzájemně'vyrovnány s majístejné plochy na vrchním a spodním povrchu diafragmy.

Jak: již bylo uvedeno výše, má tlakový snímačpodle vynálezu diaíragmu mající vrchní a spodní povrch.Odporové tenzometry jsou uspořádány jak na vrchním po-vrchu, tak i ne spodním povrchu kotoučové diafragmy. 1

Uvedené odporové tenzometry mohou být libovolného..zná-mého typu, jako například tenkovrstvé odporové tenzo-metry, lepené fóliové odporové tenzometry, polovodičo- 'vé tenzometry a silnovrstvé odporové tenzometry.

Uvedené odporové tenzometry jsou zapojeny dovhodného obvodu, jakým je například Wheatstoneův můstek. 11

Odporové tenzometry na vrchním a spodním povrchu dia-fragmy jsou umístěny v podstatě ve stejné radiálnípoloze a to buď v blízkosti střední části diafragmy nebo v blízkosti vnějšího obvodu kotoučové diafragmy. * * Tímto způsobem jsou oba soubory odporových tenzometrůvystaveny nelineárním podmínkám, které mají opačnéznaménko, avšak v podstatě stejnou velikost. V uvede- >ném můstkovém zapojení se tyto nelinearity vzájemněvyruší. Předmětem, vynálezu je tedy tlakový snímač,který obsahuje diafragmu určenou pro expozici tlakem. , Tato diafragma má středovou plochu,, a vně jší obvodovou........... ...... .....~ ; plochu a zahrnuje vrchní a spodní.povrch. Na uvedeném-

T vrchním povrchu se nachází první pár- odporových tenzo- - -.......— metrů,--zatímco- druhý- -pár-odporových -tenzometrů ;se- na- .......... < chází na uvedeném spodním povrchu. Oba uvedené páryodporových tenzometrů jsou uspořádány v praktickystejné radiální poloze diafragmy. ř* V následující části popisu bude vynález, blíže * objasněn s odkazy na připojené výkresy, na kterých : - obrázek 1 zobrazuje diferenciální tlakový kapacitní snímač, který je tvořendvěma krajními diafragmami vysta-venými působení měřených tlaků 12 - - obrázek 2 - obrázek 3 a středovou diafragmou, kterápřímému účinku měřených tiskůvystavena není; snímač je taktvořen dvěma kondenzátory sedvěma objemy, vymezenými uvede-nými membránami a vyplněnýmidielektrickou tekutinou; zobrazuje schematický řez dife-renciálním tlakovým odporovýmsnímačem, tvořeným dvěma dia-fragmsmi, které jsou vystavenyúčinku měřených tlaků; odporovýtenzometrický prvek je umístěnna vychylovatelném rameni, jehožjeden konec je pevně fixován, za-tímco jeho druhý konec je v kon-taktu s uvedenými diafragmami; zobrazuje tlakový snímač obsahu-jící plochou kotoučovitou dia-fragmu s tenzometrickými odpo-rovými- prvky uspořádanými -pouze-na jednom z povrchů uvedené, dia-fragmy a zapojenými do konfogura- - 13 - - obrázek 4 - obrázek 5 - obrázek 6 ce Wheatstoneova můstku;uvedené třisnímače jsou známými snímači;zobrazuje graf závislosti výstup-ního signálu tlakového snímače,tvořeného diafrsgmou, na kteréje uspořádán silnovrstvý odporo-vý tenzometrický prvek, na veli-kosti měřeného napětí na vstupuuvedeného tlakového snímače; grafilustruje nelineární odezvu tako-véhoto tlakového snímače; zobrazuje graf závislosti odchylkyod lineárního průběhu tangenciál-ního a radiálního pnutí tlakového snímače s...plochou .diafrsgmou. a...... tenzometrickým odporovým prvkemuspořádaným na jednom povrchu té-to diafragmy na poloměru uvedenédiafragmy; graf dobře ilustrujenelineární průběh jak tangenciál-ního, tak i radiálního pnutí; zobrazuje graf závislosti mikro-pnutí pro plochou diafragmu na - 14 - obrázek 7 poloměru této diafragmy a ilustru-je distribuci pnutí na obou površíchdiafragmy; křivka vymezená čtve-rečky zobrazuje průběh radiální-ho pnutí na vrchním povrchu dia-fragmy; křivka vymezená křížkyzobrazuje průběh tangenciálníhopnutí na vrchním povrchu diafragmy;křivka vymezená kosočtverečky.zobrazuje průběh radiálního pnu-tí na spodním povrchu diafragmya křivka vymezená trojúhelníkyzobrazuje průběh tangenciálníhopnutí na spodním povrchu uvedenédiafragmy;. zobrazuje graf závislosti odchyl-ky od lineárního průběhu pro tla-kový snímač s plochou diafregmoua tenzometrickými prvky uspořáda-nými pouze na jednom povrchu uve-dené diafragmy jednak v její stře-dové části a jednak v její obvo-dové části; vzhledem k tomu, ženelinearity středových a obvodo- - 15 - vých tenzometrických prvků majíodlišnou velikost, nedochází v za-pocení do V/heatstoneova můstku kjejich úplnému vzájemnému vyruše-ní; ... ., - obrázek 8a .. zobrazuje boční pohled na tlako-vý snímač podle vynálezu, majícíve středové části diafragmy ‘a naobou jejích površích uspořádanévždy dva odporové tenzometricképrvky; - obrázek 8b zobrazuje půdorysný pohled na tlakový snímač, podle vynálezu z ------ ---------------’ —------------ ---obrázku·-8a; - .....................- - obrázek 8c zobrazuje pohled zespodu na tlakový snímač podle vynálezu zobrázku 8a; ze všech tří obrázků

I je patrné, že se tenfcometricképrvky uspořádané na vrchním po-vrchu diafragmy a tenzometricképrvky uspořádané na spodním po-vrchu nachází ve stejné radiální - 16 - - obrázek - obrázek poloze diafragmy a jsou v podsta-tě ve vzájemném zákrytu; 9 zobrazuje graf závislosti odchyl-ky od lineárního průběhu pro tla- * kóvý snímač' podle vynálezu, tvo-řený diagragmou, na jejíbýžoboupovrších jsou v její středovéČásti uspořádány vždy dva tenzo-metrické prvky, které jsou v pod-statě ve vzájemném zákrytu.(sní-mač z obrázků 8a až 8c); z grafuje zřejmé, že zapojením obou párůdo konfigurace Wheatstoneova můst-ku dochází k vzájemnému vyrušenínelinearit obou párů tenzometric-kých prvků; 10a zobrazuje zobrazuje boční pohledna snímač podle vynálezu, majícív obvodové části diafragmy a neobou jejích povrcších uspořádané . . vždy dva odporové tenzometrické ., prvky; - 17 - - obrázek 10b zobrazuje půdorysný pohled na tla- kový snímač podle vynálezu z obráz- ku 10a; - obrázek 10c zobrazuje pohled zespodu na tla- kový snímač podle vynálezu z obráz-ku 10a; ze všech tří obrázků jepatrné, že se tenzometrické prvkyuspořádané na vrchním povrchu dia-,fregmy a tenzometrické prvky uspo-řádané na spodním povrchu diafrag-my nachází ve stejné radiální po-loze diafragmy a jsou v podstatěve vzájemném zákrytu; - obrázek 11 zobrazuje_graf .závislosti, .odchyl- ky od lineárního průběhu pro tla-.kový snímač podle vynálezu, tvo- řený diafragmou, na jejíž oboupovrších jsou v její stredové-obvo-dové části uspořádány vždy dvatenzometrické prvky, které jsouv podstatě ve vzájemném zákrytu(snímač z obrázků 10a až 10c)) ;z grafu je zřejmé, že zapojením

I - 18 - obou párů tenzometrických prvkůdo konfigurace Wheatstoneova můst-ku, dochází, k prsktickému vzájem-nému vyrušení nelinearit obou pá-rů tenzometrických prvků.

Ne obrázcích 8a až Sc a 10a až 10c jsou zobra-zeny tlakové snímače mající diefragmy s vrchními a spod-ními povrchy. Jak na. vrchním, tak i na spodním povrchudiafragmy je uspořádán vždy pár tenzometrických prvků;,oba páry jsou uspořádané v podstatě ve stejné radiál-'ní poloze diafragmy. Zapojením obou párů tenzometric-kých prvků do konfigurace můstku může být dosaženopřesného měření, tlaku, nebot nelineární odezvy oboupárů tenzometrických prvků mají stejnou velikost aopačné znaménko.

Prvním problémem, který musí být řešen, jestli-že má být dosazeno reálného použití tlakových snímačůs plochou diafragmou pro měřeni středních á nízkýchdiferenciálních tlaků, je. stanovení fyzikálního cha-rakteru vysoké nelineárity, která se uplatňuje v pří-padě, kdy je faktor K příliš vysoký. : '

- 19 ~

Vzhledem k tomu, že musí být dosaženo předemstanoveného výstupního signálu tlakového snímače amechanické rozměry snímače mohou být měněny pouze vurčitých mezích v závislosti na linearitě a požadova-ném výstupním-signálu snímače,· je-nezbytné najít ji-né řešení, které je nezávislé na uvedených mechanic-kých rozměrech.

Prvním krokem k nalezení řešení uvedeného pro-blému- je přesně stanovit, proč-tlakový snímač s plochoufiafragmou a jednopovrchovým uspořádáním tenzometric-kých prvků a zapojením do konfigurace Wheatstoneova _.můstku vykazuje neline ar i t.y.- · ·.·.— .......................................... 3ylo zjištěno, že, radiální a tangenciélníneli-riearity“mají_vztah"k pnutí v 1řbovolném"daném bodě.- - V důsledku toho je graf závislosti odchylky od lineár-ního průběhu na poloměru diafragmy (obrázek 5) velmipodobný grafu závislosti distribuce pnutí' na poloměrudiafragmy (obrázek 6). Z obrázku 5 je zřejmé, že kextrémním radiálním nelinearitám dochází mezi 50 a 70 %poloměru diafragmy přičemž tyto nelinearity jsoudůsledkem kalkulačních chyb způsobených velmi malým,pnutím v tomto rozmezí. V důsledku této skutečnostivykazuje radiální tenzometrický prvek jiné nelinearity, - 20, - než jaký vykazuje tangenciální tenzometrický prvek.

Když jsou tyto tenzometrické prvky zapojeny do konfi- gurace Whe&amp;tstoneova můstku, sčítají se uvedené hod- noty. Poněvadž hodnoty obou tenzometrických nelinearit jsou rozdílné co do velikosti, poskytují po sečtení určitou celkovou hodnotu, která může nabýt výrazné velikosti v závislosti na faktoru K (viz Obrázek 7). Cílem vynálezu je získat tlakový snímač, kterýby však byl v široké míře nezávislý na uvedeném fakto~; w ru K. K dosažení tohoto cíle však musí mít nelinearity _ , ,ř, uvedených tenzometrických prvků opačná znaménka avšak v podstatě stejnou velikost. Dalším studiem uvedených nelinearit bylo pozorováno, že pnutí má velmi podobnou. velikost směrem od vrchního, ke spodnímu.povrchu dia- .· fragmy,; znaménka tohoto pnutí jsou opačná. To je přes- ně situace, která splňuje výše požadovaná kritéria.

Tyto okolnosti vedou k novému uspořádání odpo-rových tenzometrických prvků na ploché diafragmě tla-kového snímače. Jestliže jedna polovina Wheatstoneovamůstku byla umístěna ve středu diafregmy a druhá polo-vina, pak. ve ste jné radiální poloze na druhé straně ,.diafragmy, jsou dva z těchto z tenzometrických prvkůvystaveny tlakovému pnutí a dva tahovému pnutí. Dvěma ' ' ' / 21 - nejvýhodnějšími polohami pro umístění uvedených tenzo-metrických prvků jsou polohy nacházející se v blízkos-ti středu diafragmy nebo v blízkosti vnějšího okrajediafragmy. V důsledku toho, že průměrné pnutí je vyšší vestřední Části diafragmy, dosáhne se v případě uvedené-ho umístění tenzometrických prvků ve střední části dia-fragmy také většího výstupního signálu tlakového sní-mače *

Jestliže jsou tenzometrické prvky umístěny vblízkosti, vnějšího obvodu diafragmy, jsou tyto tenzo-metrické prvky odolnější vůči Šumu. V uvedeném provedení tlakového snímače s plochoudisfragmou a konfiguraci Vřheatstoneova můstku může býtpoužito rozličných tenzometrických prvků, napříkladtenkovrstvé odporové tenzometry, lepené fóliové odporo-vé tenzometry, polovodičové tenzometry a silnovrstvéodporové tenzometry. Z-obrázků 8a až 8c je zřejmé, že diefragma 10a 'na svém vrchním povrchu 12b první pár odporových tenzo-metrů 14 a. Na spodním povrchu 16a je umístěn druhý pár - 22 - odporových tenzometrů 18a. Uvedené odporové tenzometry14a' a 18a mohou být spojeny do konfigurace Wheatstone-ova můstku a vytvořit.tak tlakový snímač pro měřenídiferenciálních tlaků. Z obrázku 9 je vidět,' jakým způsobem se nelineár-ní odezvy tenzometrických prvků umístěných na vrchním a spodním povrchu diafragmy 10a vzájemně vyruší, při-v podstatě čemž se získá/lineérní průběh výstupního signálu tlako-vého tesnímače a zajistí se tak přijatelná přesnostměření diferenciálních tlaků. Uvedené odporové tenzo-metry 14a a 18a jsou umístěny na vrchním a spodním po-vrchu diafragmy 10a v blízkosti jejího středu a v pod-statě ve stejné radiální poloze této diafragmy.

Na obrázku 10a je zobrazeno v bočním pohledudalší provedení tlakového snímače podle vynálezu. Naobrázcích 10b a 10c je tento tlakový snímač zobrazenz nadhledu a podhledu* Kotoučová diafragma 20a nese nasvém vrchním povrchu 22a první pér odporových tenzo-metrů 24, uspořádaných v blízkosti vnějšího okraje uve-dené diafragmy 20a·. Stejným způsobem je na spodním po-vrchu 26 diafragmy 20 a uspořádán-druhý pár odporo=-------- vých tenzometrů 28 a to ve stejné radiální poloze, v,jaké je na vrchním povrchu diafragmy 20a uspořádán - 23 - první pár odporových tenzometrů 24» 2 obrázku 11 je vidět, jakým způsobem se neli-neární odezvy tenzometrických prvků umístěných navrchním a spodním povrchu diafragmy 20a vzájemně vy-ruší, přičemž se získá v podstatě lineární průběh vý-stupního signálu tlakovéhosnímačea zajistí se takpřijatelná přesnost měření diferenciálních tlaků.

Celkový odpor, resp. celková změna odporu sil-·novrstvého měřícího "odporu tvořícího odporový tenzo-metr při působení měřených tlaků může být stanovenaz_následuj,ící rovnice :.....>...........................------------------· .......

dR/R = C E + C E + C E + E - E - E ve které 0χ znamená rezistivitní koeficient pro pnutí v podélném směru vzhle-dem k podélné ose měřícího odporu, ΐ - 24 - znamená rezistivitní koeficientpro pnutí v příčném směru vzhle-dem k" podélné ose měřícího odporu, X znamená rezistivitní koeficient z pro1pnutí v normálovém směru vzhle-dem- k podélné ose měřícího odpo-ru, E znamená pnutí v podélném směru X 1 vzhledem k podélné ose měřícíhoodporu, E znamená pnutí v příčném směru vzhledem k podélné ose měřícíhoodporu a E znamená pnutí v normálovém směru íi vzhledem k podélné ose měřícího ______________ odporu. ------------------...............

Jelikož se v daném případě výrazně uplatňuje irezistivitní koeficient pro pnutí v normálovém smě-ru vzhledem k podélné ose měřících odporů, mé tlakovýsnímač se všemi tenzometrickými prvky umístěnými na - 25 - / ! jedné straně ploché diafragmy rozdílné výstupní sig-nály a to podle toho, na kterou stranu diafregmy mě-řený tlak působí (pokud ovšem není citlivost vůči nor-málovému pnutí kontrolována).

Druhý problém, který byl již zmíněn v odstavciznámého stavu techniky, představuje citlivost silno-vrstvých odporových tenzometrických prvků vůči normá-lovému pnutí. Tato citlivost činí z tlakových snímačů,tvořených keramickou diafragmou ae silnovrstvými odpo-rovými tenzometrickými prvky,prostředek, který je jenobtížně použitelný pro měření diferenciálních tlaků.Navržené oboustranné umístění uvedených prvků a jejichzapojení do konfigurace tfheatstoneova můstku však ten-to problém téměř eliminuje právě v důsledku symetrie ........ uspořádání. tenzometrických ..prvků _na obou. stranách , dia-..

I I frsgmy a vzájemného vyrušení nelinearit těchto tenzo- metrických prvků.

Jestliže je měřené tlakové rozmezí vystředěnookolo nuly, potom nepředstavuje citlivost, na normálovépnutí žádný "problém, nebol polovina můstku je vždy vy-stavena přímému; tlaku. Proto již není zapotřebí'pečli-vé kontroly citlivosti vůči normálovému pnutí. - 26 -

Nejdůležitější výhodou tlakového snímače podle vynálezu je, že linearita tlakového snímače s plochouu diafragmou je nezávislá na poměru posunuti/tloštka (faktor K). Pro měření diferenciálního tlaku, to zna- mená, že nyní je možné zvýšit pnutí na vhodnou úroveň nezbytnou pro přijatelný'výstupní signál změnou roz- měrů ploché diafragwy aniž by došlo k nepříznivému ovlivnění linearity tlakového snímače. Přímým důsledkem této okolnosti je, že tlakovýsnímač s plochou diafragmou, jehož výroba je jednoduš-ší a lacinější, může být použit pro měření všech tla-kových rozmezí.

Další výhodou uspořádání podle vynálezu je, Žecitlivost silnovrstvých měřících odporů vůši normálo-vému pnutí již nepředstavuje problém v případech, kdyměřené tlakové rozmezí přesahuje nulu. To umožňuje po-užít tlakový snímač, tvořený keramickou membránou·-adiaf ragmou asilnovrstvými odporovými tenzometrickými prvky uspořá-danými na obou stranách peuvedené keramické membrádia-fragmy, k měření diferenciálních tlaků. Použití těchtotlakových snímačů jé,lacinější a· spolehlivější něž vpřípadě jiných tlakových snímačů.

Je samozřejmé,, že popsaná a zobrazená výhodná - 27 - provedení tlakového snímače podle, vynálezu mají pouzeilustrativní ε nikoliv omezující charakter, přičemžvlastní rozsah vynálezu je'vymezen pouze definicí před-mětu vynálezu.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Tlakový snímač, vyznačený tím, žeobsahuje : -diafragmu mající vrchní a spodní povrch, urče- ný pro expozici tlakem, který má být měřen, -první pár odporových tenzometrů fixovaných nauvedeném vrchním povrchu diafragmy a ve.zvolenéradiální poloze uvedené diafragmy a , -druhý pár odporových, tenzometrů fixovaných nauvedeném spodním povrchu diafragmy a v podsta-tě v uvedené radiální poloze diafragmy, přičemž nelineární odezvy uvedeného prvního a druhéhépáru odporových tenzometrů mají při vystavení diafragmytlaku opačná znaménka a v podstatě stejné velikosti»
2. 2. Tlakový snímač podle bodu 1, vyznačený tím, že II - uvedená radiální poloha se nachází v blízkosti středuuvedené diafragmy.
3. 3. Tlakový snímač podle bodu 1, vyznačený tím, žeuvedená zvolená radiální poloha se nachází v blízkos-ti vnějšího obvodu uvedené'diafragmy.
4. 4. Tlakový snímač podle bodu 1, vyznačený tím, žeuvedený první a druhý pár odporových tenzometrů jsouv podstatě vzájemně vyrovnány a mají stejné plochy navrchním.a spodním povrchu uvedené diafragmy.