RU2089864C1 - Емкостный датчик давления - Google Patents
Емкостный датчик давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2089864C1 RU2089864C1 RU94044246A RU94044246A RU2089864C1 RU 2089864 C1 RU2089864 C1 RU 2089864C1 RU 94044246 A RU94044246 A RU 94044246A RU 94044246 A RU94044246 A RU 94044246A RU 2089864 C1 RU2089864 C1 RU 2089864C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- pressure
- measurement
- sensor
- membrane
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Использование: для измерения давления на поверхности объектов в авиационной технике и машиностроении без дренирования исследуемой поверхности. Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Сущность измерения: конструкция датчика разработана на базе шести диэлектрических пленок. Первую мембрану 8 изготавливают из металла с глухими ячейками перфорации 9 для измерения высоких уровней давления, вторую мембрану - из диэлектрической пленки 15 для измерения низких уровней давлений. Оба чувствительных элемента от внешних электромагнитных помех защищены двумя сплошными 2,16 и двумя боковыми 4,12 экранами. Обкладки 5 и 13 конденсатора сформированы соответственно на второй пленке 3 и шестой пленке 15. По изменению емкости конденсатора судят о давлении. Изобретение позволяет измерять пульсации давления в области газо- и гидродинамики: одновременно низкие 0-50 Па и высокие уровни 50-10, 000 Па и выше. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений (пульсирующих и статических) в авиационной технике и машиностроении.
Известен емкостный матричный датчик давления, позволяющий измерить пульсацию давления в диапазоне 100-40000 Па при наличии статического давления 107 Па. Конструкция этого датчика содержит пять диэлектрических пленок. На первой пленке сформирован основной сплошной экран. Вторая пленка является изолятором между первой и третьей пленками. На одной из поверхностей третьей и пятой пленок сформированы обкладки конденсаторов с выводами и боковые экраны. Четвертая пленка перфорированная и расположена между третьей и пятой пленками.
Такое решение в указанной конструкции обеспечивает измерение давления на поверхности исследуемого объекта без дополнительной обработки поверхности изделий [1]
Недостатком датчика является отсутствие возможности одновременного измерения давления меньше 100 Па и больше 40000 Па, что препятствует его широкому применению в машиностроении и народном хозяйстве.
Недостатком датчика является отсутствие возможности одновременного измерения давления меньше 100 Па и больше 40000 Па, что препятствует его широкому применению в машиностроении и народном хозяйстве.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является емкостной матричный датчик давления. Конструкция тонкопленочного емкостного датчика давления содержит пять диэлектрических пленок. На одной из поверхностей первой и пятой диэлектрических пленок сформированы обкладки конденсатора с выводами и боковые экраны, а на обеих поверхностях треть диэлектрической пленки сформированы обкладки конденсатора с выводами и боковые экраны. Вторая и четвертая диэлектрические пленки перфорированные и расположены соответственно между первой-третьей и третьей, пятой диэлектрическими пленками. Перфорированные пленки предназначены для повышения чувствительности датчика [2]
Такое решение в указанной конструкции обеспечивает одновременное изменение в заданном участке двух одинаковых сигналов (пульсации или статического) и двух сигналов разного вида (пульсации и статического давления). Диапазон измерения пульсации давления ограничивается в пределах 10-10000 Па, при наличии статического давления 107 Па. Эта конструкция датчика позволяет измерить давление на поверхности изделий без дополнительной механической обработки.
Такое решение в указанной конструкции обеспечивает одновременное изменение в заданном участке двух одинаковых сигналов (пульсации или статического) и двух сигналов разного вида (пульсации и статического давления). Диапазон измерения пульсации давления ограничивается в пределах 10-10000 Па, при наличии статического давления 107 Па. Эта конструкция датчика позволяет измерить давление на поверхности изделий без дополнительной механической обработки.
Недостатком датчика является отсутствие возможности измерения пульсации давления меньше 10 Па и больше 10000 Па, что препятствует его широкому применению в авиационной технике и машиностроении.
Задача изобретения повышение нижнего и верхнего диапазонов давления в газо- и гидродинамике.
Техническим результатом является изменение схемы датчика за счет введения чувствительных элементов с более широким диапазоном измерения.
Технический результат достигается тем, что емкостной датчик давления, содержащий соединенные последовательно в пакет пять диэлектрических пленок, из которых первая нижняя пленка является основанием датчика, а также содержащий обкладки конденсатора с выводами и боковыми экранами, в него введена скрепленная с пятой пленой шестая диэлектрическая пленка со сплошным экраном на верхней поверхности, причем первая обкладка конденсатора с выводом и боковым экраном размещена на ее нижней поверхности, пятая пленка выполнена перфорированной, на нижней поверхности четвертой пленки, выполненной сплошной, сформирована введенная металлическая мембрана с глухими ячейками перфорации, на верхней поверхности второй пленки, выполненной сплошной, сформирована вторая обкладка конденсатора с выводом и боковым экраном, а на верхней поверхности первой нижней пленки сформирован введенный дополнительный сплошной экран.
На чертеже изображена конструкция датчика в сборе и отдельные узлы. Основанием датчика является первая нижняя диэлектрическая пленка 1 с первым сплошным экраном 2. На верхней поверхности второй диэлектрической пленки 3 сформирован боковой экран 4, обкладки конденсатора 5 с выводом 6 (сечение Г-Г, А-А). Третья диэлектрическая пленка 7 является изолятором. Первая мембрана датчика 8 с ячейками перфорации 9 из металла сформирована на нижней поверхности четвертой диэлектрической пленки 10 (сечение Г-Г, Б-Б). Пятая диэлектрическая пленка 11 перфорированная. Боковой экран 12 и обкладка конденсатора 13 с выводом 14 сформирована на нижней поверхности шестой диэлектрической пленки 15 (сечение Г-Г, В-В), на ее верхней поверхности сформирован второй сплошной основной экран 16. Второй мембраной датчика является шестая диэлектрическая пленка 15. Все слои между собой скрепляют клеем. Конструкцию датчика можно сформировать с одним или несколькими ЧЭ на одной подложке диэлектрической пленки. Для измерения низких уровней давления (0-50,0 Па) работает вторая мембрана, т.е. шестая диэлектрическая пленка 15. Под действием давления 0,1 Па при диаметре ячейки перфорации 6 мм, толщине ячейки перфорации δ1 равной толщине мембраны δ = δ2= 10 мкм модуле упругости полиимидной пленки 3•109 Па, коэффициенте Пуассона μ ≈ 0,25 прогиб мембраны составляет y ≈ 0,2 мкм. При увеличении нагрузки (давления) до 100 Па прогиб мембраны увеличивается в 10 раз, т.е. превышает толщину перфорированной пленки d1 почти в два раза. При этом ячейка перфорации упирается на поверхность первой мембраны датчика 8, которая предназначена для измерения высоких уровней пульсации давления (50-107 Па и выше). Для измерения больших значений пульсации давления первую мембрану изготавливают из металла. Число ячеек перфорации под мембраной от одной и больше. Диаметр ячейки перфорации первой мембраны от 0,5 до 6 мм. Толщину первой мембраны 8 выбирают в зависимости от уровня давления и условия обеспечения линейности градуировочной характеристики.
Диаметр ячейки перфорации под второй мембраной от 3 до 6 мм. Толщина мембраны равна толщине (8-10 мкм) перфорированной диэлектрической пленки. Первый и второй основные сплошные экраны 2, 16 защищают от внешних воздействий электромагнитных помех обкладки 5, 13, сверху и снизу. Боковые экраны 4, 12 также защищают датчик от проникновения помехи. Напряжение поляризации подается на первую мембрану.
Принцип работы датчика. При действии низких уровней давления (0-500 Па) на поверхность датчика через слои 15, 16, 13 вторая мембрана датчика изгибается внутрь ячейки перфорации пятой диэлектрической пленки 11. Далее с увеличением давления (больше 500 Па) под воздействием давления через шестую, пятую диэлектрическую пленки 15, 11 первая мембрана датчика 8 прогибает ячейки перфорации 9. При этом начальная емкость второго и первого ЧЭ изменяется пропорционально давлению на величину ΔC Выходное напряжение, снимаемое с выводов 6, 14, пропорционально напряжению поляризации, подаваемому на первую мембрану 8, и отношению ΔC/C По изменению емкости судят о давлении.
В стадии макетирования был изготовлен датчик с размерами обкладки 6 х 9 мм, с толщиной первой мембраны из диэлектрической пленки 20 мкм, второй мембраны 10 мкм. Толщина перфорированной пленки 1 10 мкм, диаметр перфорации 6 мкм. Под первой мембраной 8 была использована тоже перфорированная диэлектрическая пленка толщиной 40 мкм с диаметром ячейки перфорации 0,8 мм, числом ячеек перфорации несколько десятков штук.
В лабораторных условиях измерения показали, что второй ЧЭ чувствует изменение давления от 0,1 до 500 Па. Первый ЧЭ от 265 Па и выше. При прямой подаче давления на первый ЧЭ нижний порог чувствительности составляет 10 Па. Нижний на выходе датчика увеличивается примерно 4,5 раза при уровне пульсации давления 500 Па. Стабильность выходного напряжения первого и второго ЧЭ по времени (в течение 20 мин) практически одинаковая и отличается от начального значения не более примерно 0,3 0,5% Максимальный уровень задаваемого давления до 500 Па. Давление менялось синусоидальной частотой 40 Гц.
Такое конструктивное решение датчика позволяет повысить технико-экономическую эффективность проводимого эксперимента за счет расширения нижнего и верхнего диапазонов измерения давления, одновременно с одним датчиком, который оснащен двумя ЧЭ.
Claims (1)
- Емкостный датчик давления, содержащий соединенные последовательно в пакет пять диэлектрических пленок, из которых первая, нижняя, пленка является основанием датчика, а также содержащий обкладки конденсатора с выводами и боковыми экранами, отличающийся тем, что в него введена скрепленная с пятой пленкой шестая диэлектрическая пленка со сплошным экраном на верхней поверхности, причем первая обкладка конденсатора с выводом и боковым экраном размещена на ее нижней поверхности, пятая пленка выполнена перфорированной, на нижней поверхности четвертой пленки, выполненной сплошной, сформирована введенная металлическая мембрана с глухими ячейками перфорации, на верхней поверхности второй пленки, выполненной сплошной, сформирована вторая обкладка конденсатора с выводом и боковым экраном, а на верхней поверхности первой нижней пленки сформирован введенный дополнительный сплошной экран.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94044246A RU2089864C1 (ru) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | Емкостный датчик давления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94044246A RU2089864C1 (ru) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | Емкостный датчик давления |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94044246A RU94044246A (ru) | 1996-10-10 |
RU2089864C1 true RU2089864C1 (ru) | 1997-09-10 |
Family
ID=20163204
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94044246A RU2089864C1 (ru) | 1994-12-16 | 1994-12-16 | Емкостный датчик давления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2089864C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7127950B2 (en) | 2003-11-05 | 2006-10-31 | Innovative Scientific Solutions, Inc. | Method for determining a surface contact force |
RU2680855C1 (ru) * | 2018-05-15 | 2019-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные Энергетические Технологии" (ООО "АЭТ") | Высокочастотный тонкопленочный емкостной датчик давления |
-
1994
- 1994-12-16 RU RU94044246A patent/RU2089864C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельтство СССР N 1655193, кл. G 01 L 9/12, 1994. 2. Авторское свидетельство СССР N 1556296, кл. G 01 L 9/12, 1994. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7127950B2 (en) | 2003-11-05 | 2006-10-31 | Innovative Scientific Solutions, Inc. | Method for determining a surface contact force |
RU2680855C1 (ru) * | 2018-05-15 | 2019-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные Энергетические Технологии" (ООО "АЭТ") | Высокочастотный тонкопленочный емкостной датчик давления |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94044246A (ru) | 1996-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5233875A (en) | Stable capacitive pressure transducer system | |
US4879627A (en) | Differential capacitive pressure sensor with over-pressure protection | |
US4754365A (en) | Differential pressure transducer | |
US2999386A (en) | High precision diaphragm type instruments | |
Cho et al. | Internal stress compensation and scaling in ultrasensitive silicon pressure sensors | |
CA1239806A (en) | Capacitive sensing cell made of brittle material | |
Sherman et al. | A low cost monolithic accelerometer; product/technology update | |
JPS61500633A (ja) | 圧力変換器 | |
CA1273059A (en) | Particle analyzer for measuring the resistance and reactance of a particle | |
US20090158856A1 (en) | Capacitive strain gauge system and method | |
US4935841A (en) | Pressure sensor | |
GB2194341A (en) | Capacitive acceleration sensors | |
US8656785B1 (en) | Multi-diaphragm pressure sensors | |
US4741214A (en) | Capacitive transducer with static compensation | |
CN114323408A (zh) | 多量程多灵敏度压力mems芯片 | |
RU2089864C1 (ru) | Емкостный датчик давления | |
US4901197A (en) | Sensor for capacitively measuring pressure in a gas | |
RU2612733C2 (ru) | Устройство для измерения давления в аэродинамических трубах | |
RU2084848C1 (ru) | Емкостный датчик давления | |
GB2218812A (en) | A capacitive apparatus for measuring liquid volume and flow rate | |
US3395581A (en) | Pressure measuring apparatus | |
RU2018099C1 (ru) | Емкостный матричный датчик давления | |
JP3273768B2 (ja) | 荷重測定装置および荷重測定方法 | |
JPH10209516A (ja) | 圧電素子の状態検出方法および圧電素子装置 | |
JPH07260824A (ja) | 半導体式物理量センサ |