Устройство для измерения давления

 

Изобретение может быть использовано для измерения давления с повышенной точностью в условиях воздействия термоудара и вибраций. С этой целью на стержневом упругом элементе с металлопленочными тензорезисторами, расположенными на противоположных плоских гранях, размещены терморезисторы 9,14, выполненные в виде меандра. Вследствие этого в случае наличия градиента температуры по поверхности упругого элемента в каждой мостовой измерительной цепи происходит компенсация температурной погрешности. Благодаря тому, что тензорезисторы 5-8 и 10-13 цепей 15,16 расположены по краям плоских граней идентично и их сигналы складываются, происходит компенсация погрешности от вибрации и изгиба стержневого упругого элемента. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А", (s)) 4 С 01 1- 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4212042/24-10 (22) 19. 03. 87 (46) 15. 10.89. Бюп. В 38 (71) Пензенский политехнический институт (72) В.А. Васильев, Е.П. Осадчий и А.И. Тихонов (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1364924, кл. G 01 L 9/04, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для измерения давления с повышенной точностью в условиях воздействия термоудара и вибраций. С этой

2 целью на стержневом упругом элементе с металлопленочными тензорезисторами, расположенными на противоположных плоских гранях, размещены терморезисторы 9, 14 выполненные в виде меанд- . ра. Вследствие этого в случае наличия градиента температуры по поверхности упругого элемента в каждой мостовой . измерительной цепи происходит компенсация температурной погрешности. Благодаря тому, что тензорезисторы 5-8 и 10-13 цепей 15, 16 расположены по краям плоских граней идентично и Их ; сигналы складываются, происходит компенсация погрешности от вибрации и изгиба стержневого упругого элемента. 4 ил.

1 >15081

Изобрет lllf(относится к изм(.р»тРггь ной O X >IIII(Р > (1 <1 11(. 11 f1O К уC 1 "р,(>I I ствам листаlflllfofllfol измерения;(а1<л<ция, Il .<о.<сот быть ис. 1осгьзола11о;I,III измере<<ия быстроперемеццых да> follвиях си.гг,ногo теплового воздействия и вибрац<и, «(апример при измореll »l давления пороховых г азов в топлив— но-энергетических с<гстемах дьчггателей внутреннего сгорания и т.п.

Целью изобре

На фиг. 1 изображена конструкция датчика давлений; ца Фиг. 2а — конструкция чу<3ствител ьцого элеме<гга, ца фиг. 20 — конструкция чуг<стг<ггтсль- 20 о ного элемента, повернутого ца 180 вокруг продольной оси; на Фиг. 3 иэмсрительцая схем» устройства; 1(а

Фиг, 4 — вид чуг<стлительцого элемента при изгибе. 25

Датчик давления (фиг. 1) содержит корпус 1, воспринимающую давление мембрану 2, штуцер 3, стержневой упругий элемент 4 с металлоплецочными тецэореэисторами lt терморезисторамг1, сфор- 30 мироваццыми ца противоположных плоских гранях А и Б. На грани A размещены тецзорезисторы 5-8 lf терморезистор 9 (Фиг. 2а), на гра1<и Б — тензорезисторы 10-13 и терморезистор 14 (Фиг. 2б).35

Тецзорезисторы 5, 7 и 10, 12 установлены в продольном направлении по краям граце111 А и Б, а тецзорезисторы 6, 8 и 11, 13 — в поперечном. Тецзорезистсры 5 — 8 и 10 — 13 образуют по Форме 40 квадраты, внутри которых размещены термореэисторы 9 и 14, имеющие <1>орму меацдра, ко гор< I. Ilf заполнена плс и(адь, . — 7 с>гра>ц1<<е II lfll>I т <. Il з орез<1с тора. 11< -7 и

10-13. Терморс ilf(ò(pbl 9 и 14 включены 45

l3 »лечи мостовых 11 lмерителг,ць<х цепей

15, 16, образованных тецзореэисторами 5-7 и 10-13. Терморезистор 9 включеll .Ioследoватслl>ío с тецзореэистором 7 ц герморезистор 14 — посЭ

50 ледовательцо с тецзсрезистором IZ.

Направление длицньгх сторон меа<ьдров термореэисторог< 9 и 14 совпадает с направлением тецзоре:3исторов 7 и 12 (они параллельны). Площадь, ограниченная тецзорезисT opàìè 5-8, равна цлощадll огра»>(<с 1<». и тецэс ре.>»(.торами 10 — 1 3. В;:<>. Il I мо то><1,<х и 3м< рительцых Ifel:ей 15 «3 тец 3ореэ<1 го1> ов 5 8 1(т<3p MOp(III(.t<П> I < ) 11 16 (и . < твцЗОрЕЗ»СтОрОВ 10 — 13 И ГСр 1<<1> <Игтора 14) подключены к источнику 17 »ив тания (Ф11г. 3) . Выход мостоцоц измерительной цепи 15 соединен с входом усилителя 18, а выход мостовой измерительной цепи 16 — с входом усилителя 19. Выходы усилителей 18 и 19 соединены с входами сумматора 20, выход которого подключен к измерительному прибору 21.

Датчик работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления на мембрану 2 (фиг. 1) давление преобразуется в силу, которая передается .. стержневому упругому элементу 3. Тензорезисторы 5-8 и 10-13 (фиг. 2а, б) испытывают деформацию: тецзореэисторы

5, 7 и 10, 12 — продольную, а тенэорезисторы 6, 8 и 11, 13 — поперечную.

Вследствие этого ца выходе мостовых измерительных цепей 15 и 16 (фиг. 3) появляется сигнал, пропорциональный измеряемому давлению, Сигнал с мостовой измерительной цепи 15 усиливается усилителем 19. Сигналы с усилителей 18 и 19 складываются в сумматоре

20. С выхода сумматора 20 сигнал подается на измерительный прибор 21.

При работе датчика в условиях действия нестационарных температур или при работе в условиях сильного теплового воздействия (когда температура измеряемой среды значительно отличается от температуры окружающей среды), т.е. в случае наличия градиента температур по поверхности упругого элемента, в каждой мостовой измерительной цепи благодаря наличию терморезисторов 9 и 14 происходит компенсацггя температурной погрешности. Неравномерность распределения температуры по поверхностям А и Б стержневого упругого элемента 3 (фиг. 1) учитывается при компенсации благодаря выгголнецию терморезисторов 9 и 14 в форме меандров, которыми заполнены площади, ограниченные тенэорезисторами 5-8 и 10-13.

При работе датчика в условиях действия вибраций, когда возникают напряжения изгиба, в устройстве происходит компенсация погрешностей от изгиба.

Компенсация происходит благодаря тоlfy, что тецзореэисторы 5-8 и 10-13 мостовых измерительных цепей 15, 16 (Фиг. 2 и 3) расположены по краях ветственн(, а сигнал((с )тих м()стовых измерительных пеней складываются .

Так например при и )гибе стержне—

Э 1

5 вого упругого элемента в плоскости, перпендикулярной граням А и Б (фиг.4), тензорезисторы 5 и 7 мостовой изме— рительной цепи 15 будут испытывать деформацию изгиба со знаком плюс, а, тензорезисторы 10 и 12 мостовой измерительной цепи 16 — со знаком минус.

Эти деформации и соответствующие им изменения сопротивлений тензорезисторов 5, 7 и 10, 1? равны по величине и противоположны по знаку. В каждой мостовой измерительной цепи в

I этом случае возникает погрешность, однако эта погрешность компенсируется в сумматоре 20 устройства, посколь- 20 ку возникающие погрешности равны и противоположны по знаку.

Аналогичным образом деформации изгиба компенсируются в других плоскостях.

Устройство имеет повышенную чувствительность, так как на измерительный прибор подается сигнал, равный сумме сигналов двух мостовых измерительных цепей.

Благодапя тому, что в устройстве уменьшается температурная погрешность, повышается чувствительность и значительно уменьшается влияние изгиба чувствительного элемента на выходной сигнал, повышается точность и стабильность.

Применение изобретения позволяет повысить точность, чувствительность и стабильность. При этом чувствительность повышается в 2 раза, точность

40 более чем в 1,5 раза.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1)1 () пл(chffh граней Л и fi If l(нти (но fl соот— ч1

h((()If); мемб1)а ну, c»(. )III IIc пну)() с» (в(1)— + 1IC f3ЫМ $ I(Р l ÃИМ ЭЛ Е; (Е Il ТОМ If;1 К() ТОР ОМ выполнены четыре взаимно перпендику— лярные и равные по площади гр IIIII, на одной II3 которых расположена первая измерительная мостовая цепь пз тензорезисторов, а на другой, ей параллельной, вторая мостовая измерительная цепь, при этом в обеих мостовых цепях два тензорезистора расположены по краям грани параллельно оси стержневого упругого элемента, а два других — перпендикулярно им и образуют на гранях равные квадраты, а также источник питания, измерительный прибор, первый и второй усилители, сум— матор, при этом выход первой мостовой измерительной цепи сосifffн(. н с входом первого усилителя, выход второй — с входом второго усилителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, подключенного к измерительному прибору, а вход второй измерительной мостовой цепи соединен с источником питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности и чувствительности в условиях воздействия термоудара If вибраций, в него введены два терморезистора, причем два тензорезистора второй мостовой цепи, расположенные по краям грани, образуют противоположные пле— чи моста, и в одни из плеч первой и второй измерительных мостовых цепей включено по одному упомянутому терморезистору, при этом каждый терморезистор выпопнен в форме меандра, расположен в площади квадрата, а длинные стороны меандра совпадают с направлением расположения тензорезисторов, в плечи которых терморезисторы включены, при этом вход первой мостовой измерительной цепи также соединен с источником питания, а вы.;од первого

Устройство для измерения давления, усилителя соединен с вторым входом включающее датчик давления, содержащий сумматора.

151 5081 щцг. l фиг 2

Редактор А. Маковская

Подписное

Тираж 789

Заказ 6270/42

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

3 дорф

Составитель О. Слюсарев

Техрсд Л.Олийнык

11 Ю

Корректор О. Ципле