SU759876A1

SU759876A1 - Датчик давления

Info

Publication number: SU759876A1
Application number: SU782568182A
Authority: SU
Inventors: Boris Pivonenkov
Original assignee: Boris Pivonenkov
Priority date: 1978-01-29
Filing date: 1978-01-29
Publication date: 1980-08-30

Description

1

Устройство относится к измерительной технике, а именно к датчикам давления.

Известны датчики давления, содержащие мембранный упругий элемент с бор-5 тиком по периферии с расположенными на Мембране тензорезисторами [ΐ] .

Недостатком таких датчиков является нелинейность выходного сигнала. Наиболее близким по технической сущности данному изобретению является датчик,содержащий мембранный упругий элемент с бортиком по периферии, прикрепленным к корпусу и жестким центром с расположенными у границ борти- 15 ка и жесткого центра на гибкой части мембраны тензорезисторами [2] .

Недостатком известного устройства является невысокая точность вследствие гистерезиса и нелинейности, а 20 также узкий диапазон измерений.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых давлений при сохранении линейных градуировочных характеристик. 25

Поставленная цель достигается Тем, что в известный датчик давления, содержащий упругий элемент в виде мембраны с жестким центром и бортиком по периферии, прикрепленным к корпусу 30

2

датчика и тензорезисторы, расположенные у границ жесткого центра и бортика, снабжен упором, установленным с зазором относительно жесткого центра, и дополнительными тензореэи-. сторами, расположенными на расстоянии >0,2,5с|от границ бортика и· жесткого центра, где ό - расстояние между бортиком и жестким центром.

Введение в датчик упора позволяет расширить диапазон измеряемых давлений, которые мембрана выдерживает, оставаясь при этом в области упругих деформаций. При этом дополнительная тензосхема позволяет осуществлять измерения в расширенном диапазоне давлений от нуля до давлений, при которых упор ограничивает перемещения жесткого центра мембраны. Деформации в мембране вызваны воздействием на нее измеряемого давления и силы со стороны упора. Расположение тензорезисторов дополнительной тензосхемы в центральной области гибкой части мембраны обеспечивает ее нечувствительность к воздействию силы со -стороны упора на хлесткий центр мембраны, так как обусловленные этой сидой деформации в центре гибкой части близки к-нулю.

В результате чувствительность допол' '”' . - 3

759876

нитёльной тензосхемы к давлению не меняется после касания жестким центром упора, т.е. градуировочная кривая остается линейной в расширенном диапазоне давлений.

На фиг. 1 изображен датчик, общий щид; на фиг. 2 - часть мембранного чувствительного элемента с тензосхемой; на фиг.,За,б,в - узел крепления

' 'Датчика с мембраной й упором при нулевом, номинальном и превышающем номинальное давлениях; на фиг. 4- за висимости выходного сигнала обеих тензосхем от приложенного давления.

На фиг. 1 изображен мембранный

“ "'“датчик давления 1 с мембранным чувствительным элементом 2, крепящимся бортиком 3 к месту крепления к корпусу 4. Над жестким центром 5 мембраны с зазором расп'ологается 'упор 6.' Необходимый зазор выставляется посредством резьбового соединения упора 6 с кор- 20 пусом. Постоянство начального зазора и герметичность внутренней полости датчика достигается сваркой упора по периметру с корпусом. Сигнал с тензореэисторов 7-9 подается на регистри- 25 рующую аппаратуру. Тензорезистор 7 находится у границы бортика, а тензореэистор 8 - у границы жёсткого центра. Тензорезистор 9 находится в центральной _;области гибкой части мембраны -зд на расстоянии, большем 0,25 от ее границ (о/ - ширина гибкой части), т.е. от жесткого центра и от бортика.’

Датчик работает следующим образом.

При воздействии давления, меньшего

номинального, жесткий центр смещается, тензорезистор 7 испытывает деформацию сжатия, а 8 - растяжения.

• Моётовая тензосхема, образованная тенфипа 7 и 8, лежащими в смежных плечах, выдает сигнал Ц , про-40 порциональный давлению (для простоты остальные два тензорезиетора мосто' вой“"схемы не показаны). Тензорезистор 9 испытывает меньшие деформации, поэтому дополнительная тензосхема, об- 45 раэованная тензорезисторами типа 9,

т.е. лежащими в центральной области гибкой части мембраны, выдает сиг- . нал , меньший Ц ,. но тоже линейно связанный с давлением.

Для формирования мостовой доцол^; нительной схемы могут быть .использованы тангенциальные резисторы, обла------------д_аЮщие чувствительностью противоположного знака по сравнению с радиальным тензореэистором 9 они, как и ^5

' второй радиальный.тензорезистор мостовой дополнительнойсхемы не показаны на фиг. Ϊ...3/. При номинальном

•давлении происходит касание упора жестким центром. При дальнейшем уве- ¢0

. личении давления жесткий центр остается неподвижным·, так как его удерживает упор, но гибкая часть мембраны про'®.. - должает деформироваться (фиг. Зв) . /гак ~ · ......как" в данент касания возрастает жест- ^5

ти'З’еСзгп'Эг—

кость мембраны, и дальнейший прирост деформаций тензореэисторов 7 и 8 имеет один знак (сжатие), то выходной сигнал Ц , первой тензосхемы практически перестает зависеть от давления. Кривая и, испытывает в точке резкий перелом.

В то же время чувствительность дополнительной схемы остается конечной, так как при Р>Р_Моп в центральной области гибкой части мембраны достигаются максимальные деформации растяжения (ψΗΓ._χ Зв) . Смена знака деформации происходит Примерно в четверти ширины гибкой части мембраны от ее границ (у границы с бортиком - сжатие переходящее в максимальное растижение в центральной области гибкой части, переходящее в сжатие у границы с жест ким центром).

' Деформация мембраны вызвана воздействием давления и силы со стороны упора, приложенной к жесткому центру. В отсутствие давления при приложении силы к жесткому центру, мембрана испытывает деформации разных знаков у бортика жесткого центра , и величина деформаций меняет знак в центральной области гибкой части. Тензорезисторы, расположенные на линии нулевых деформаций, вознйкающих в мембране при воз действии силы на жесткий центр, нечувствительны к такому воздействию. Поэтому градуировочная характеристика дополнительной тензосхемы, тензорезисторы которой находятся на линии нулевых деформаций, возникающих в мем бране при приложении силы к жесткому центру, является линейной во всем диапазоне давлений. Точное расположение линии нулевых деформаций в мембране зависит от соотношения размеров жесткого центра и гибкой части и может быть найдено вдля любых конкретных размеров. В частности для очень большого и,очень малого жесткого центра линия нулевых деформаций находится в центре гибкой части.

Таким образом, описанный датчик позволяет проводить измерения в расширенном по сравнёнию с прототипом диапазоне давлений, Давая при этом линейный выходной сигнал. В диапазоне давлений, меньших (^^могут использоваться обе тензосхемы, при измерениях в расширенном диапазоне давлений от нуля до давлений, превышающих Ρ_Ηθ4 используется дополнительная тенэосхёма.

По сравнению с известными многодиапаЭонными датчиками давления предлагаемый не¹' требует наличия нескольких упругих элементов. Поэтому его себестоимость, особенно при использовании интегранного мембранного элемента, существенно ниже. По сравнению с прототипом заявляемый датчик обладает более широкими функциональными возможностями при той же стоимости и практически той же сложности.

759876

Claims

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий упругий элемент в виде мембраны с жестким центром'"», бортиком по периферии, прикрепленным к корпусу датчика и тенэореэисторами, расположенными у границ жесткого центра и бортика, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых давлений и повышения точности измерения, он снабжен упором, установленным с

зазором относительно жесткого центра и дополнительными тензореэисторами, расположенными на расстоянии 0,25ό от границ бортика и жесткого центра, где ό расстояние между бортиком и жестким центром.