RU2816669C1 - Тензорезисторный датчик давления - Google Patents
Тензорезисторный датчик давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2816669C1 RU2816669C1 RU2024100394A RU2024100394A RU2816669C1 RU 2816669 C1 RU2816669 C1 RU 2816669C1 RU 2024100394 A RU2024100394 A RU 2024100394A RU 2024100394 A RU2024100394 A RU 2024100394A RU 2816669 C1 RU2816669 C1 RU 2816669C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridge
- elastic element
- cylinder
- protective casing
- pressure sensor
- Prior art date
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для создания датчиков давления. Датчик содержит упругий элемент в форме цилиндра, мост тензорезисторов и защитный кожух, который сдавливает упругий элемент. Упругий элемент и защитный кожух изготовлены из одного сплава. Мост тензорезисторов на изолирующей подложке выполнен в виде монолитной цепочки, в которой продольные и поперечные тензорезисторы чередуются между собой, и закреплен на цилиндре перпендикулярно его продольной оси. При подаче давления стенки цилиндра и мост тензорезисторов деформируются, и при подаче напряжения питания на выходной диагонали моста формируется сигнал, пропорциональный давлению. Технический результат - упрощение конструкции датчика, повышение надежности, снижение температурных погрешностей «нуля» и чувствительности. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к приборостроению, а конкретно к разработке тензорезисторных датчиков давления.
Известен датчик давления с упругим элементом (УЭ) в виде полого цилиндра, на наружной поверхности которого расположен мост тензорезисторов (TP) [1]. При подаче в цилиндр давления два TP, расположенные перпендикулярно его оси, испытывают деформацию растяжения a TP, расположенные вдоль образующей цилиндра-деформацию Рабочий коэффициент передачи у такого датчика составляет 0,7 мВ/В, поэтому при питании 10 В выходной сигнал составит 7 мВ, что в три раза меньше чем у датчика, в котором два TP испытывают деформацию а два других
Более близким по техническому решению является датчик, описанный в [2].
В этом датчике УЭ помимо давления дополнительно нагружен сжимающей силой. В этом случае рабочий коэффициент передачи в два раза выше и составляет 1,3 мВ/В, поэтому при питании 10 В выходной сигнал уже 13 мВ.
Датчик имеет следующие недостатки: он конструктивно сложен в изготовлении, так как требуется изготовление 4-х элементов, 2 из которых достаточно сложны. Мостовая схема выполнена из 4-х дискретных тензорезисторов и при ее формировании требуется выполнить 20 паек (8 - от TP к переходным клеммам, 8 - от клемм к узлам схемы, 4 - для замыкания узлов схемы). Эти пайки расположены внутри контура моста и, если хоть одна из них будет нестабильной (ненадежной), то выходной сигнал датчика будет ненадежным. Поэтому внутри контура моста к пайкам предъявляются особо высокие требования по стабильности. Все элементы датчика: основание, трубчатый УЭ, упорная гайка, защитный кожух в целях экономии обычно изготавливают из разных сплавов, что обуславливает дополнительные температурные погрешности «нуля» и выходного сигнала. Цель изобретения - упрощение конструкции датчика за счет уменьшения числа основных элементов в конструкции; повышение надежности путем устранения паек из контура моста, повышение точности измерений за счет снижения температурных погрешностей и снижение себестоимости за счет упрощения конструкции.
Поставленные цели достигаются тем, что предлагаемая конструкция датчика состоит не из 4-х, а из 2-х основных элементов: УЭ и защитного кожуха, снабженного монолитно с ним изготовленной гайкой. При наворачивании кожуха на УЭ он внутренним торцем давит на УЭ, вызывая его сжатие. При подаче измеряемого давления происходит дополнительное сжатие УЭ. Совместное действие этих факторов приводит к увеличению выходного сигнала. Цели достигаются также тем, что продольные и поперечные TP и четыре контактные площадки выполнены на изолирующей подложке из одного листа фольги в виде топологически замкнутой электрической цепи с 4-я контактными площадками, расположенными вне контура моста, что позволяет снизить количество паек внутри моста с 20 до «0» и этим существенно повысить надежность датчика. Наконец, изготовление УЭ и защитного кожуха из одного сплава позволяет снизить температурный дрейф «нуля» в 3 раза и температурные изменения чувствительности в 1,5 раза. Это обусловлено тем, что ТКЛР и ТКЕ у этих деталей одинаковые и при изменениях температуры их размеры и модули упругости изменяются синхронно на одну и ту же величину.
Описание и техническая сущность изобретения сводятся к следующему: при навинчивании кожуха на УЭ, он через фибровую прокладку упирается в УЭ и сдавливает его. При подаче измеряемого давления в полость цилиндра происходит дополнительное сжатие УЭ, при этом он и закрепленные на нем TP деформируются. В результате на выходе датчика формируется сигнал пропорциональный давлению. Предлагаемый датчик более простой по конструкции, более надежный в эксплуатации и его температурные погрешности меньше, чем у прототипа.
На Фиг. 1а показан внешний вид датчика и его продольный разрез. Датчик состоит из УЭ, моста TP, защитного кожуха и оканчивается разъемом.
На Фиг. 1б - расположение моста TP и переходной колодки на цилиндре.
На Фиг. 2 - мост TP из 4-х TP и 4-х контактных площадок на общей подложке.
На Фиг. 3-электрическая схема датчика, R1, R2, R3, R4 - сопротивления TP, (ч - ж)-клеммы питания моста, (к - с)-клеммы измерения.
Обозначения, принятые на фигурах:
1- цилиндрический УЭ; 2- мост TP; 3-защитный кожух; 4-гайка, монолитно связанная с кожухом; 5-внутренний торец кожуха; 6-полость в цилиндре, для давления; 7-продольные ТР; 8-поперечные ТР; 9-контактные площадки; 10-изолирующая подложка; 11-колодка для припайки выводов; 12-прокладка из фибры, 13-эластичное уплотнение; -длина подложки; В-ее ширина; D-наружный диаметр цилиндра; р-давление.
Работа датчика сводится к следующему: в исходном положении УЭ находится в сжатом состоянии, при подаче давления УЭ дополнительно нагружается силой сжатия, при этом стенки цилиндра и мост TP деформируется, и при подаче на мост напряжения питания на его выходной диагонали формируется электрический сигнал пропорциональный давлению.
Преимущества предлагаемого датчика заключаются в следующем: упрощается его конструкция, повышается надежность, снижаются температурные погрешности и снижается его стоимость.
Источники информации, принятые автором при экспертизе:
1. Авт. свид. СССР № 398846, М. Кл. G 01 L 9/04, 1972.
2. Авт. свид. СССР № 539236, М. Кл. G 01 L 9/04, 1976, БИ № 46.
Claims (3)
1. Датчик давления, содержащий упругий элемент в виде полого цилиндра, мост тензорезисторов и защитный кожух, отличающийся тем, что защитный кожух снабжен монолитно с ним связанной гайкой, и при ее навинчивании на упругий элемент кожух внутренним торцем давит на него, вызывая сжатие упругого элемента, дополнительное сжатие упругого элемента происходит при подаче в полость цилиндра измеряемого давления; суммарное сжатие упругого элемента обуславливает повышение выходного сигнала.
2. Датчик давления по п. 1, отличающийся тем, что продольные и поперечные тензорезисторы и контактные площадки расположены на изоляционной подложке в виде цепочки, в которой тензорезисторы чередуются между собой, образуя замкнутую мостовую электрическую цепь, при этом подложка расположена на наружной поверхности цилиндра в центральной части перпендикулярно его продольной оси и ее длина равна длине наружной окружности цилиндра.
3. Датчик давления по п. 1, отличающийся тем, что упругий элемент и защитный кожух изготовлены из одного сплава.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2816669C1 true RU2816669C1 (ru) | 2024-04-03 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU243919A1 (ru) * | Украинский научно исследовательский институт станков | Датчик давления | ||
SU539236A1 (ru) * | 1975-03-17 | 1976-12-15 | Предприятие П/Я А-1697 | Датчик давлени |
US4369659A (en) * | 1980-08-11 | 1983-01-25 | Bofors America, Inc. | Pressure transducer |
DE20205851U1 (de) * | 2002-04-15 | 2002-07-11 | Goldberg, Zinovi, Dipl.-Ing., 51149 Köln | Drucksensor |
RU2480723C1 (ru) * | 2012-03-05 | 2013-04-27 | Валерий Анатольевич Васильев | Датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы повышенной точности и надежности |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU243919A1 (ru) * | Украинский научно исследовательский институт станков | Датчик давления | ||
SU539236A1 (ru) * | 1975-03-17 | 1976-12-15 | Предприятие П/Я А-1697 | Датчик давлени |
US4369659A (en) * | 1980-08-11 | 1983-01-25 | Bofors America, Inc. | Pressure transducer |
DE20205851U1 (de) * | 2002-04-15 | 2002-07-11 | Goldberg, Zinovi, Dipl.-Ing., 51149 Köln | Drucksensor |
RU2480723C1 (ru) * | 2012-03-05 | 2013-04-27 | Валерий Анатольевич Васильев | Датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы повышенной точности и надежности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR20140065363A (ko) | 물리량을 측정하기 위한 측정 장치 | |
US5983729A (en) | Slender column force transducer | |
RU2816669C1 (ru) | Тензорезисторный датчик давления | |
US3242738A (en) | Pressure-responsive instruments | |
RU2795669C1 (ru) | Тензорезисторный датчик силы | |
US4884346A (en) | Apparatus for linear measurements | |
SU1714395A1 (ru) | Датчик давлени | |
SU1663462A1 (ru) | Устройство дл измерени давлени | |
SU1364924A1 (ru) | Устройство дл измерени давлени | |
SU1490515A1 (ru) | Устройство дл измерени давлени | |
SU732705A1 (ru) | Датчик разности давлений | |
CN103239217A (zh) | 防过载的脉搏跳动血压波强度传感器 | |
SU1553856A1 (ru) | Датчик давлени | |
RU2110766C1 (ru) | Устройство для измерения деформаций при повышенных температурах | |
CN114705356B (zh) | 一种电阻应变片式测力传感器的自校准方法 | |
US4261207A (en) | Fluid pressure-sensing device | |
RU2024829C1 (ru) | Датчик давления | |
JPS6217694Y2 (ru) | ||
SU1566236A1 (ru) | Датчик давлени | |
SU517818A1 (ru) | Датчик давлени | |
US3303702A (en) | Pressure transducers | |
SU1543262A1 (ru) | Трехкомпонентный динамометр дл измерени составл ющих усили резани | |
SU667834A1 (ru) | Силоизмерительный датчик | |
SU308317A1 (ru) | УСТРОЙСТВО дл ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ПРЕССОВАНИИ ТРУБ | |
EP0077329A1 (en) | Pressure transducer |