Способ измерения давления и датчик давления (варианты), измерительный преобразователь угла прогиба пластинки, измерительный преобразователь относительного угла прогиба пластинки
Владельцы патента RU 2371687:
Куликов Николай Дмитриевич (RU)
Предложенная группа изобретений относится к измерительной технике, в частности к измерителям давления с скомпенсированной погрешностью. Данные изобретения обеспечивают такой технический результат как уменьшение погрешности измерения давления, обусловленной гистерезисом материала пластинки и гистерезисом материала корпуса в области закрепления пластинки. Предложенный способ измерения давления содержит этапы, на которых подают первое давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку с одной стороны пластинки, подают второе давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на пластинку с другой стороны пластинки, или поддерживают с другой стороны пластинки вакуум, измеряют параметры пластинки, включая измерение величины относительного угла прогиба, затем на основе измеренных параметров вычисляют измеряемую величину давления в виде функции измеренных параметров, определенной с условием минимизации влияния на результат вычисления измеряемой величины давления момента силы в области закрепления пластинки. Указанный способ реализован при помощи соответствующего датчика давления и измерительного преобразователя прогиба пластинки (чувствительного элемента). 12 н. и 45 з.п. ф-лы, 28 ил.
Текст описания приведен в факсимильном виде.
1. Способ измерения давления, содержащий этапы, на которых подают первое давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку с одной стороны пластинки, подают второе давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на пластинку с другой стороны пластинки, или поддерживают с другой стороны пластинки вакуум, измеряют параметры пластинки, включая измерение величины относительного угла прогиба, затем на основе измеренных параметров вычисляют измеряемую величину давления в виде функции измеренных параметров, определенной с условием минимизации влияния на результат вычисления измеряемой величины давления момента силы в области закрепления пластинки, выраженного через величину относительного угла прогиба пластинки.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют пластинку относительно небольшой толщины - мембрану.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют величину относительного угла прогиба в средней или периферийной области пластинки.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют величину относительного угла прогиба по отношению к величине угла прогиба пластинки в форме, которую принимает идеально упругая пластинка при ее прогибе с условием закрепления ее краев на шарнирах, причем величину прогиба идеально упругой пластинки выбирают равной величине прогиба пластинки в заданной части области измерения относительного угла прогиба пластинки.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что измеряют величину относительного угла прогиба по отношению к величине угла прогиба пластинки в параболической форме.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что измеряют величину относительную угла прогиба по отношению к величине угла прогиба пластинки в сферической форме.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеряют величину относительного угла прогиба по отношению к величине угла прогиба пластинки в форме, которую принимает идеально упругая пластинка при ее прогибе с условием жесткого закрепления ее краев, причем величину прогиба идеально упругой пластинки выбирают равной величине прогиба пластинки в заданной части области измерения относительного угла прогиба пластинки.
8. Способ измерения давления, содержащий этапы, на которых подают первое давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку с одной стороны пластинки, подают второе давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на пластинку с другой стороны пластинки, или поддерживают с другой стороны пластинки вакуум, измеряют параметры пластинки, включая величину угла прогиба в средней области пластинки и величину угла прогиба в периферийной области пластинки, из части величины угла прогиба пластинки в периферийной области вычитают величину угла прогиба в средней области пластинки, затем на основе измеренных параметров вычисляют измеряемую величину давления в виде функции измеренных параметров, определенной с условием минимизации влияния на результат вычисления измеряемой величины давления момента силы в области закрепления пластинки, выраженного через разность, которая получена вычитанием из части величины угла прогиба пластинки в периферийной области величины угла прогиба в средней области пластинки.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют пластинку относительно небольшой толщины - мембрану.
10. Способ измерения давления, содержащий этапы, на которых подают первое давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку с одной стороны пластинки, подают второе давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на пластинку с другой стороны пластинки, или поддерживают с другой стороны пластинки вакуум, измеряют параметры пластинки, включая величину кривизны в центральной области пластинки и величину кривизны в периферийной области пластинки, вычитают из величины кривизны в периферийной области пластинки величину практически равную величине кривизны пластинки в центральной области пластинки, затем на основе измеренных параметров вычисляют измеряемую величину давления в виде функции измеренных параметров, определенной с условием минимизации влияния на результат вычисления измеряемой величины давления момента силы в области закрепления пластинки, выраженного через разность, которая получена вычитанием из величины кривизны в периферийной области пластинки величины, практически равной величине кривизны в центральной области пластинки.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что используют пластинку относительно небольшой толщины - мембрану.
12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что для измерения величины кривизны в центральной области пластинки используют первый измерительный преобразователь кривизны пластинки, для измерения величины кривизны в периферийной области пластинки используют второй измерительный преобразователь кривизны пластинки, из величины выходного сигнала второго измерительного преобразователя вычитают величину выходного сигнала первого измерительного преобразователя, момент силы в области закрепления пластинки выражают через результат вычитания.
13. Способ измерения давления, содержащий этапы, на которых подают первое давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку с одной стороны пластинки, подают второе давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на пластинку с другой стороны пластинки, или поддерживают с другой стороны пластинки вакуум, измеряют параметры пластинки, включая величину прогиба и величину угла прогиба, затем вычисляют измеряемую величину давления в виде функции измеренных параметров, определенной с условием минимизации влияния на результат вычисления измеряемой величины давления момента силы в области закрепления пластинки, выраженного через величину прогиба и величину угла прогиба пластинки.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что используют пластинку относительно небольшой толщины - мембрану.
15. Способ по п.13, отличающийся тем, что измеряют величину прогиба в центральной или периферийной области пластинки.
16. Способ по п.13, отличающийся тем, что измеряют величину угла прогиба в средней или периферийной области пластинки.
17. Способ по любому из пп.13-16, отличающийся тем, что для измерения величины прогиба используют измерительный преобразователь величины прогиба пластинки, для измерения угла прогиба пластинки используют измерительный преобразователь угла прогиба пластинки, из величины выходного сигнала измерительного преобразователя величины прогиба пластинки вычитают величину выходного сигнала измерительного преобразователя угла прогиба пластинки, момент силы в области закрепления пластинки выражают через результат вычитания.
18. Способ измерения давления, содержащий этапы, на которых подают первое давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку с одной стороны пластинки, подают второе давление на жидкую или газообразную среду, воздействующую на пластинку с другой стороны пластинки, или поддерживают с другой стороны пластинки вакуум, измеряют параметры пластинки, включая величину угла прогиба и величину кривизны, затем вычисляют измеряемую величину давления в виде функции измеренных параметров, определенной с условием минимизации влияния на результат вычисления измеряемой величины давления момента силы в области закрепления пластинки, выраженного через величину угла прогиба пластинки и величину кривизны пластинки.
19. Способ по п.18, отличающийся тем, что используют пластинку относительно небольшой толщины - мембрану.
20. Способ по п.18, отличающийся тем, что измеряют величину угла прогиба пластинки в средней области, а величину кривизны пластинки в периферийной области пластинки.
21. Способ по п.18, отличающийся тем, что измеряют величину угла прогиба в периферийной области пластинки, а величину кривизны в центральной области пластинки.
22. Способ по любому из пп.18-21, отличающийся тем, что для измерения величины угла прогиба используют измерительный преобразователь угла прогиба пластинки, для измерения кривизны пластинки используют измерительный преобразователь кривизны пластинки, из величины выходного сигнала измерительного преобразователя угла прогиба пластинки вычитают величину выходного сигнала измерительного преобразователя кривизны пластинки, момент силы в области закрепления пластинки выражают через результат вычитания.
23. Датчик давления, содержащий закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку, две не сообщающиеся между собой полости, расположенные с разных сторон пластинки, при этом, по меньшей мере, одна полость заполнена жидкой или газообразной средой, причем жидкая или газообразная среда способна воспринимать давление и воздействовать силой давления на пластинку, по меньшей мере, один измерительный преобразователь геометрического параметра пластинки, измерительный преобразователь относительного угла прогиба пластинки и вычислительное устройство.
24. Датчик давления по п.23, отличающийся тем, что пластинка выполнена относительно небольшой толщины, в виде мембраны.
25. Датчик давления по п.23 или 24, отличающийся тем, что вычислительное устройство выполнено на основе аналоговых или цифровых элементов или на основе комбинации аналоговых и цифровых элементов.
26. Датчик давления, содержащий закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку, две не сообщающиеся между собой полости, расположенные с разных сторон пластинки, при этом, по меньшей мере, одна полость заполнена жидкой или газообразной средой, причем жидкая или газообразная среда способна воспринимать давление и воздействовать силой давления на пластинку, первый измерительный преобразователь угла прогиба пластинки, второй измерительный преобразователь угла прогиба пластинки, причем совокупность величин параметров чувствительных элементов первого измерительного преобразователя угла прогиба связана с величиной угла прогиба в средней области пластинки, а совокупность величин параметров чувствительных элементов второго измерительного преобразователя угла прогиба связана с величиной угла прогиба в периферийной области пластинки, вычислительное устройство.
27. Датчик давления по п.26, отличающийся тем, что пластинка выполнена относительно небольшой толщины, в виде мембраны.
28. Датчик давления по п.26 или 27, отличающийся тем, что вычислительное устройство выполнено на основе аналоговых или цифровых элементов или на основе комбинации аналоговых и цифровых элементов.
29. Датчик давления по п.28, отличающийся тем, что измерительный преобразователь угла прогиба пластинки выполнен на основе чувствительных элементов емкостного типа.
30. Датчик давления, содержащий закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку, две не сообщающиеся между собой полости, расположенные с разных сторон пластинки, при этом, по меньшей мере, одна полость заполнена жидкой или газообразной средой, причем жидкая или газообразная среда способна воспринимать давление и воздействовать силой давления на пластинку, первый измерительный преобразователь кривизны пластинки, второй измерительный преобразователь кривизны пластинки, причем совокупность величин параметров чувствительных элементов первого измерительного преобразователя кривизны пластинки связана с величиной кривизны в центральной области пластинки, а совокупность величин параметров чувствительных элементов второго измерительного преобразователя кривизны пластинки связана с величиной кривизны в периферийной области пластинки, вычислительное устройство.
31. Датчик давления по п.30, отличающийся тем, что пластинка выполнена относительно небольшой толщины, в виде мембраны.
32. Датчик давления по п.30 или 31, отличающийся тем, что вычислительное устройство выполнено на основе аналоговых или цифровых элементов или на основе комбинации аналоговых и цифровых элементов.
33. Датчик давления, содержащий закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку, две не сообщающиеся между собой полости, расположенные с разных сторон пластинки, при этом, по меньшей мере, одна полость заполнена жидкой или газообразной средой, причем жидкая или газообразная среда способна воспринимать давление и воздействовать силой давления на пластинку, измерительный преобразователь величины прогиба пластинки, измерительный преобразователь угла прогиба пластинки и вычислительное устройство.
34. Датчик давления по п.33, отличающийся тем, что пластинка выполнена относительно небольшой толщины, в виде мембраны.
35. Датчик давления по п.33 или 34, отличающийся тем, что вычислительное устройство выполнено на основе аналоговых или цифровых элементов или на основе комбинации аналоговых и цифровых элементов.
36. Датчик давления по п.35, отличающийся тем, что измерительный преобразователь угла прогиба пластинки выполнен на основе чувствительных элементов емкостного типа.
37. Датчик давления, содержащий закрепленную в корпусе упругую прогибаемую пластинку, две не сообщающиеся между собой полости, расположенные с разных сторон пластинки, при этом, по меньшей мере, одна полость заполнена жидкой или газообразной средой, причем жидкая или газообразная среда способна воспринимать давление и воздействовать силой давления на пластинку, измерительный преобразователь угла прогиба пластинки, измерительный преобразователь кривизны пластинки и вычислительное устройство.
38. Датчик давления по п.37, отличающийся тем, что пластинка выполнена относительно небольшой толщины, в виде мембраны.
39. Датчик давления по п.37 или 38, отличающийся тем, что вычислительное устройство выполнено на основе аналоговых или цифровых элементов или на основе комбинации аналоговых и цифровых элементов.
40. Датчик давления по п.39, отличающийся тем, что измерительный преобразователь угла прогиба пластинки выполнен на основе чувствительных элементов емкостного типа.
41. Измерительный преобразователь угла прогиба пластинки, содержащий диэлектрическое основание, расположенные на диэлектрическом основании неподвижный электрод первой измерительной части и неподвижный электрод второй измерительной части, имеющие плоскую обращенную к пластинке поверхность, причем поверхность электродов параллельна срединной плоскости пластинки, соответствующие неподвижным электродам подвижные электроды первой и второй измерительных частей, связанные с поверхностью пластинки и расположенные, в целом, противоположно по отношению к соответствующим неподвижным электродам, каждый из электродов имеет форму неразделенной геометрической фигуры или разделен на электрически соединенные между собой части в форме нескольких геометрических фигур, геометрические фигуры соответствующих электродов первой и второй измерительных частей, по существу, взаимно дополняют друг друга до образования огибающей геометрической фигуры, имеющей постоянную высоту в направлениях к центру пластинки, при этом средние кривые статического момента площади взаимно дополняющих геометрических фигур электродов первой и второй измерительных частей не совпадают между собой, причем каждая из средних кривых равноудалена от внешней границы огибающей фигуры и разделяет геометрическую фигуру или геометрические фигуры электрода на две части с равными величинами статического момента площади относительно этой кривой, вычисленного в полярных координатах с центром координат в центре пластинки, неподвижные и подвижные электроды первой измерительной части образуют первый конденсатор, неподвижные и подвижные электроды второй измерительной части образуют второй конденсатор, емкости конденсаторов характеризуют величину угла прогиба пластинки в области, ограниченной огибающей фигурой электродов измерительных частей.
42. Измерительный преобразователь по п.41, отличающийся тем, что неподвижные электроды первой и второй измерительных частей объединены в общий электрод, причем емкости конденсаторов образованы подвижными электродами соответствующих измерительных частей относительно общего электрода.
43. Измерительный преобразователь по п.41, отличающийся тем, что подвижные электроды первой и второй измерительных частей объединены в общий электрод, причем емкости конденсаторов образованы неподвижными электродами соответствующих измерительных частей относительно общего электрода.
44. Измерительный преобразователь по п.43, отличающийся тем, что общий электрод образован электропроводящей поверхностью пластинки.
45. Измерительный преобразователь по п.41, отличающийся тем, что геометрические фигуры электродов первой измерительной части имеют суммарную площадь, равную суммарной площади геометрических фигур электродов второй измерительной части.
46. Измерительный преобразователь по любому из пп.41-45, отличающийся тем, что содержит второе диэлектрическое основание, расположенное с противоположной стороны пластинки, расположенные на диэлектрическом основании неподвижные электроды третьей и четвертой измерительных частей и соответствующие неподвижным электродам подвижные электроды, связанные с поверхностью пластинки, причем электроды имеют форму геометрических фигур, полученных зеркальным отражением относительно срединной плоскости пластинки соответствующих электродов первой и второй измерительных частей, причем неподвижные и подвижные электроды третьей измерительной части образуют третий конденсатор, а неподвижные и подвижные электроды четвертой измерительной части образуют четвертый конденсатор, емкости которых совместно с емкостями конденсаторов первой и второй измерительных частей характеризуют величину угла прогиба пластинки.
47. Измерительный преобразователь по п.46, отличающийся тем, что подвижные электроды измерительных частей объединены в общий электрод, образованный электропроводящей пластинкой.
48. Измерительный преобразователь относительного угла прогиба пластинки, содержащий диэлектрическое основание, расположенные на диэлектрическом основании неподвижный электрод первой измерительной части и неподвижный электрод второй измерительной части, имеющие обращенную к пластинке вогнутую поверхность, причем вогнутая поверхность электродов образована поверхностью прогиба идеально упругой пластинки, соответствующие неподвижным электродам подвижные электроды первой и второй измерительных частей, связанные с поверхностью пластинки и расположенные, в целом, противоположно по отношению к соответствующим неподвижным электродам, каждый из электродов имеет форму неразделенной геометрической фигуры или разделен на электрически соединенные между собой части в форме нескольких геометрических фигур, геометрические фигуры соответствующих электродов первой и второй измерительных частей, по существу, взаимно дополняют друг друга до образования огибающей геометрической фигуры, имеющей постоянную высоту в направлениях к центру пластинки, при этом средние кривые статического момента площади взаимно дополняющих геометрических фигур электродов первой и второй измерительных частей не совпадают между собой, причем каждая из средних кривых равноудалена от внешней границы огибающей фигуры и разделяет геометрическую фигуру или геометрические фигуры электрода на две части с равными величинами статического момента площади относительно этой кривой, вычисленного в полярных координатах с центром координат в центре пластинки, неподвижные и подвижные электроды первой измерительной части образуют первый конденсатор, неподвижные и подвижные электроды второй измерительной части образуют второй конденсатор, емкости конденсаторов характеризуют величину угла прогиба пластинки в области, ограниченной огибающей фигурой электродов измерительных частей.
49. Измерительный преобразователь по п.48, отличающийся тем, что обращенная в сторону пластинки вогнутая поверхность неподвижных электродов измерительных частей образована поверхностью прогиба идеально упругой пластинки с условием закрепления ее краев на шарнирах.
50. Измерительный преобразователь по п.49, отличающийся тем, что обращенная в сторону пластинки поверхность неподвижных электродов имеет параболическую форму.
51. Измерительный преобразователь по п.49, отличающийся тем, что обращенная в сторону пластинки поверхность неподвижных электродов имеет сферическую форму.
52. Измерительный преобразователь по п.48, отличающийся тем, что обращенная в сторону пластинки вогнутая поверхность неподвижных электродов образована поверхностью прогиба идеально упругой пластинки с условием жесткого закрепления ее краев.
53. Измерительный преобразователь по п.48, отличающийся тем, что неподвижные электроды первой и второй измерительных частей объединены в общий электрод, причем емкости конденсаторов образованы подвижными электродами соответствующих измерительных частей относительно общего электрода.
54. Измерительный преобразователь по п.48, отличающийся тем, что подвижные электроды первой и второй измерительных частей объединены в общий электрод, причем емкости первого и второго конденсаторов образованы неподвижными электродами соответствующих измерительных частей относительно общего электрода.
55. Измерительный преобразователь по п.54, отличающийся тем, что общий подвижный электрод образован электропроводящей поверхностью пластинки.
56. Измерительный преобразователь по любому из пп.48-55, отличающийся тем, что содержит второе диэлектрическое основание, расположенное с противоположной стороны пластинки, расположенные на диэлектрическом основании неподвижные электроды третьей и четвертой измерительных частей и соответствующие неподвижным электродам подвижные электроды, связанные с поверхностью пластинки, причем электроды имеют форму геометрических фигур, полученных зеркальным отражением относительно срединной плоскости пластинки соответствующих электродов первой и второй измерительных частей, причем неподвижные и подвижные электроды третьей измерительной части образуют третий конденсатор, неподвижные и подвижные электроды четвертой измерительной части образуют четвертый конденсатор, емкости которых совместно с емкостями конденсаторов первой и второй измерительных частей характеризуют величину относительного угла прогиба пластинки.
57. Измерительный преобразователь по п.56, отличающийся тем, что подвижные электроды измерительных частей объединены в общий электрод, образованный электропроводящей пластинкой.
