Датчик давления

 

Использование: в измерительной технике, в частности емкостные датчики давления для медицины. Сущность изобретения: устройство содержит корпус 1 с подводящим штуцером 13, закрепленную в корпусе металлическую мембрану 7, являющуюся одной из обкладок конденсатора, и расположенный напротив нее с зазором неподвижный электрод 8, образующий другую обкладку конденсатора. Мембрана 7 по контуру защемлена между двумя упругими элементами 4, 5 с возможностью радиального и углового перемещения ее периферийной части, а сами упругие элементы выполнены в виде резиновых колец круглого поперечного сечения. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам для измерения малых давлений, и может быть использовано в различных областях науки и техники, в том числе в медицине.

Известны датчики давления, содержащие мембрану, образующую одну из обкладок электрического конденсатора, жестко защемленную между двумя корпусными деталями, и электрод, расположенный напротив мембраны, образующий другую обкладку конденсатора, а также электрические проводники для подключения мембраны и электрода к измерительной схеме [1] Недостатком указанных датчиков является сложность конструкции, возможный гистерезис из-за микроперемещений мембраны в месте ее защемления, а также погрешность измерений, связанная с температурой деформацией деталей вследствие их жесткого защемления и нелинейной зависимости емкости от давления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является датчик для измерения малых давлений, содержащий мембрану, которая защемлена между корпусом и ситалловым электродом, имеющим сферическую поверхность с нанесенными на нее последовательно слоями хрома и моноокиси кремния [2] Однако известный датчик также имеет сложную конструкцию и технологию изготовления его отдельных элементов, например электрода. Жесткое защемление мембраны между корпусом и электродом не исключает микроперемещений ее периферийной части при увеличении давления и температуры среды и невозврат в исходное положение при их уменьшении из-за наличия внешнего трения между мембраной и опорными поверхностями корпуса и электроды.

Тем самым создается гистерезис, снижаются точность и стабильность показаний датчика, его чувствительность.

Цель изобретения за счет ликвидации гистерезиса повысить чувствительность, точность и стабильность показаний датчика, а также упростить его конструкцию и технологию изготовления.

Это достигается тем, что в датчике давления, содержащем корпус с подводящим штуцером, закрепленную в корпусе металлическую мембрану и расположенный напротив нее с зазором неподвижный электpод, в нем мембрана по контуру защемлена между двумя введенными упругими элементами с возможностью радиального и углового перемещения ее периферийной части, а сами упругие элементы выполнены в виде резиновых колец круглого поперечного сечения.

На чертеже показан датчик давления, общий вид.

Датчик давления содержит цилиндрический корпус 1 в виде стакана с днищем и крышку 2, выполненные из электроизоляционного материала, скрепляемые между собой винтами 3. Между корпусом 1 и крышкой 2 последовательно размещены три упругих элемента 4, 5, 6, выполненные в виде резиновых колец круглого поперечного сечения. Тонкая упругая мембрана 7 из электропроводящего материала является одной из обкладок электрического конденсатора и размещена между двумя введенными внутрь корпуса упругими элементами 4 и 5 с возможностью радиального и углового перемещения периферийной части. Электрод 8, расположенный напротив мембраны с зазором, образующий другую обкладку конденсатора, прикреплен через электроизоляционную прокладку 9 к жесткому металлическому экрану 10, периферийная часть которого размещена между двумя упругими элементами 5 и 6. Токосъем с мембраны 7, электрода 8 и экрана 10 осуществляется электрическими проводниками 11, присоединенными к штепсельному разъему 12 для подключения к измерительной схеме.

На корпусе 1 размещен штуцер 13 для подвода давления измеряемой среды под мембрану 7, а в крышке 2 и экране 10 выполнены отверстия 14 для сообщения с атмосферой. До постановки крышки 2 упругий элемент 6 выступает из стакана корпуса 1, а при заворачивании винтов 3 упругие элементы 4, 5, 6 получают предварительное сжатие в осевом направлении, тем самым обеспечивая упругое защемление мембраны 7 и экрана 10 герметизацию полости под мембраной.

Датчик давления работает следующим образом.

Под действием давления измеряемой среды, подаваемого через штуцер 13 в корпус 1 под мембрану 7, последняя прогибается и расстояние между ней и электродом 8 уменьшается, что приводит к изменению электрической емкости датчика, которое фиксируется измерительной схемой (не показана), к которой датчик подключен через штепсельный разъем 12. При увеличении давления прогиб мембраны 7 увеличивается, ее периферийная часть в защемлении в силу упругости элементов 4, 5 проворачивается вместе с поперечными сечениями последних. При уменьшении давления до нуля происходит поворот поперечных сечений упругих элементов 4 и 5 в обратном направлении и мембрана 7 возвращается в исходном положении. При измерении температуры окружающей или измеряемой среды мембрана изменяет свои размеры в радиальном направлении, поворачивая поперечные сечения упругих элементов 4 и 5, но не деформируясь в осевом направлении.

Размещение мембраны между двумя упругими элементами исключает внешнее трение в месте ее защемления из-за отсутствия перемещения мембраны между этими элементами в силу наличия их предварительного сжатия в осевом направлении. Это исключает гистерезис в измерениях, повышает точность, чувствительность и стабильность показаний датчика. При малых угловых перемещениях поперечных сечений упругих элементов 4, 5, имеющих место при работе датчика, внутреннее трение в них гистерезиса не дает.

Крепление электрода 8 к металлическому экрану 10, размещенному между двумя упругими элементами, обеспечивает постоянство его положения и защиту датчика от внешних электрических полей, что также повышает точность измерений. Конструкция датчика при этом упрощается в силу применения однотипных деталей простой формы, упрощается технология изготовления и сборки.

Формула изобретения

1. Датчик давления, содержащий корпус с подводящим штуцером, закрепленную в корпусе металлическую мембрану и расположенный напротив нее с зазором неподвижный электрод, отличающийся тем, что мембрана по контуру защемлена между двумя введенными упругими элементами с возможностью радиального и углового перемещения ее периферийной части.

2. Датчик давления по п.1, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде резиновых колец круглого поперечного сечения.

РИСУНКИ

Рисунок 1