Тензорезисторный датчик давления

 

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано в различных областях исследования аэродинамики для измерения давления. Датчик состоит из гнезда (2), выполненного в виде болта с внутренним отверстием, в который по резьбе (4) ввинчивается корпус датчика (6). В корпусе установлена мембрана (8) с наклеенным на ней тензорезистором (10) . Сигнал с тензорезистора снимается с помощью контактов (12), установленных в контактной площадке (7), а также через контакты (5), установленные в гнезде датчика (2). Технический результат - повышение точности измерения и увеличение диапазона измеряемого давления при более совершенной конструкции датчика давления. 1 ил.

Изобретение относится к авиационной промышленности и может быть использовано в различных областях исследований аэродинамических процессов для измерения давления набегающего воздушного потока.

Существует тензометрический датчик давления, состоящий из корпуса с установленной в нем мембраной, связанной посредством штока с жестко закрепленной с двух концов балкой, на которой размещены тензорезисторы, соединенные в мостовую измерительную схему. Данный датчик измеряет давление воздушного потока, действующего на мембрану, за счет изменения сопротивления тензорезисторов, наклеенных на балку, соединенную с мембраной посредством штока.

Недостатком данного устройства является то, что давление воздуха измеряется недостаточно точно, и, кроме того, конструкция самого датчика не удовлетворяет требованиям для установки его на летательный аппарат.

Задачей данного изобретения является - повышение точности и диапазона измеряемого давления, а также создание более усовершенствованной конструкции датчика для исследования набегающего воздушного потока на летательный аппарат.

Предлагаемый тензорезисторный датчик давления в качестве чувствительного элемента содержит мембрану, выполненную в виде тонкой кремниевой пластинки с наклеенным на ее внутреннюю поверхность тензорезистором. Тензорезистор представляет собой тонкую проволочку (d = 0,02 мм) из констаитана, свернутую змейкой и наклеенную на упругую кремниевую мембрану клеем БФ-4 (ТУ МХП 346-53). Предлагаемый в качестве материала для изготовления тензорезистора констаитан имеет относительно малый температурный коэффициент сопротивления β = (2 - 3) • 10⁵. Следовательно, тензочувствительность проволоки мало меняется при увеличении температуры. Кроме того, предварительным отжигом можно существенно изменить температурный коэффициент сопротивления констаитановой проволоки. Таким образом использование констаитановой проволоки в качестве чувствительного элемента в тензорезисторном датчике позволит измерить статические и динамические деформации при температуре от -80 до +70^oC.

Мембрана датчика представляет собой кремниевую пластину с наклеенным на ее поверхность тензорезистором. К выводам тензорезистора точечной сваркой присоединяются медные пружинчатые проводники. На нижней поверхности основы в местах сварки проводников подклеивается дополнительная полоска стекловолокна, обеспечивающая надежность изоляции тензорезистора после его монтажа на мембрану.

Принцип работы тензорезисторных преобразователей основан на том, что измеряемая механическая величина (сила, момент, давление и др.) воздействуют на упругий элемент устройства (стержень, балка, мембрана и др.), снабженный наклеенным на него тензорезистором, и преобразуется в электрический сигнал. Явление изменения сопротивления проводников при их механической деформации называется прямым тензоэффектом.

На чертеже представлен тензорезисторный датчик давления.

Датчик состоит из гнезда 2, закрепленного на исследуемом объекте с помощью болта с внутренним отверстием с резьбой 4, для увеличения жесткости крепления используется упорная шайба 3. Гнездо датчика имеет пружинчатые контакты 5, крепление которых изолировано от металлического материала гнезда. Сигнал с контактов 5 снимается с помощью винилпластовых проводов малого сечения, проведенных через отверстие в нижней части гнезда и закрепленных на контактах с помощью пайки. В гнезде предусмотрена резьба 4 для ввинчивания корпуса датчика 6. Ввинчивание корпуса датчика в гнездо осуществляется с помощью спиральной отвертки с применением авиационного герметика. Применение герметика обусловлено необходимостью герметизации датчика, а также предупреждение самовыкручивания датчика из гнезда. В верхнюю часть корпуса датчика вклеивается кремниевая мембрана 8 по всей ее окружности. На внутреннюю часть мембраны наклеивается тензорезистор 10. Установка мембраны с наклеенным на нее тензорезистором должна обеспечивать остаточную деформацию тензорезисторов. Это необходимо для того, чтобы обеспечить деформацию мембраны, а также тензорезистора как при давлении воздушного потока, так и при разряжении.

В нижнюю часть корпуса датчика 6 вклеивается контактная площадка 7. Контактная площадка 7 выполнена из непроводящего материала с установленными в ее корпусе контактами 12. Медные проводники от тензорезистора крепятся к контактам 12 с помощью точечной сварки. Гнездо-болт 2 вкручивается по резьбе 13 в корпус летательного аппарата 1. Для того чтобы избежать выкручивания на болт накручивается контровочная гайка 9. Закручивание гнезда осуществляется при помощи пазов 14, а корпус датчика - пазов 11. Сигнал с тензорезистора поступает на измерительный мост 15 и затем - на схему измерения 16.

При давлении воздушного потока или разряжении на поверхности датчика будет деформироваться мембрана, а следовательно, и тензорезистор, изменение сопротивления которого вызывает разбаланс измерительного моста, одним плечом которого является тензорезистор. Изменение сопротивления тензорезистора пропорционально изменению величины давления на мембрану датчика.

Формула изобретения

Тензорезисторный датчик давления, содержащий корпус с установленной в ней мембраной, на которой размещен тензорезистор, отличающийся тем, что в нем на гибкую мембрану наклеивается один тензорезистор, выводы которого через контакты подключены в одно из плеч мостовой измерительной схемы, кроме того, конструктивно датчик разделен на гнездо, выполненное в виде болта с внешней резьбой, предназначенной для закрепления на плоскости летательного аппарата, с внутренним отверстием, в которое ввинчивается корпус датчика с мембраной, мембрана датчика с наклеенным на нее тензорезистором имеет остаточную деформацию.

РИСУНКИ

Рисунок 1