Датчик разности давлений
Владельцы патента RU 2395793:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тензорезистивным датчикам давления, и предназначено для измерения разности давления жидкости и газов. Техническим результатом изобретения является повышение стабильности датчика разности давлений. Датчик разности давления содержит корпус, в котором выполнены две полости, заполненные малосжимаемой электроизоляционной жидкостью. Каждая полость загерметизирована воспринимающей давление профилированной мембраной, расположенной с зазором относительно корпуса. Между полостями в корпусе герметично закреплен полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент. В датчик разности давлений введен второй полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, установленный между полостями встречно первому полупроводниковому тензорезистивному чувствительному элементу, а также сильфоны и пружины сжатия, предохраняющие чувствительные элементы от разрушения. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тензорезистивным датчикам давления, и предназначено для измерения разности давлений жидкости и газов.
Известен датчик разности давлений (см., например, патент РФ №2098785, кл. G01L 13/02, 1996), содержащий корпус с двумя полостями, заполненными малосжимаемой электроизоляционной жидкостью и загерметизированными воспринимающими давление профилированными мембранами, полупроводниковый чувствительный элемент, установленный между полостями, два сильфона, герметично закрепленные между полостями.
В этом датчике в процессе измерения гофры сильфона, подпружиненные пружиной сжатия, сжаты до упора, при этом изменения геометрических размеров сильфона не происходит, эффективная площадь его остается постоянной, т.е. остается постоянным объем полостей, что увеличивает точность измерения.
Известен датчик разности давлений (см., например, патент РФ №2325623, кл. G01L 13/02, 1996), содержащий корпус, в котором выполнены две полости, заполненные электроизоляционной жидкостью, при этом полости загерметизированы воспринимающими давление профилированными мембранами, расположенными с зазором относительно корпуса, а между полостями в корпусе герметично закреплены полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент и мембрана, два диска, расположенные по обеим сторонам мембраны, и пружины, которые прижимают диски к мембране.
Этот датчик является наиболее близким к предложенному.
В известном датчике мембрана, закрепленная между полостями в корпусе, при увеличении разности давлений перемещается, не позволяя разности давлений превысить допустимую величину, так как при определенной разности давлений одна из профилированных мембран ложится на корпус, предотвращая дальнейшее увеличение разности давлений между полостями, что исключает разрушение чувствительного элемента.
Однако известный датчик разности давлений обеспечивает измерение с ограниченным уровнем стабильности, который зависит в основном от стабильности характеристик полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента.
Предлагаемое изобретение направлено на повышение стабильности датчика разности давлений.
Для этого в датчик разности давлений, содержащий корпус, в котором выполнены две полости, заполненные малосжимаемой электроизоляционной жидкостью, при этом каждая полость загерметизирована воспринимающей давление профилированной мембраной, расположенной с зазором относительно корпуса, между полостями в корпусе герметично закреплен полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, введен второй полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, установленный между полостями встречно первому полупроводниковому тензорезистивному чувствительному элементу относительно измеряемых давлений.
На чертеже представлена схема предложенного датчика разности давлений.
Датчик разности давлений содержит корпус 1, в котором выполнены две полости 2, 3, два полупроводниковых тензорезистивных чувствительных элемента 4 и 5, установленные между полостями 2 и 3, соединенные с полостями профилированные мембраны 6 и 7; воспринимающие давление сильфоны 8, 9 и пружины сжатия 10, 11, предохраняющие чувствительные элементы от разрушения при превышении рабочего давления величины предельно-допустимого давления, разъем 12 для вывода выходного электрического сигнала S1 с полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента 5 и разъем 13 для вывода выходного электрического сигнала S2 с полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента 4, соединительные провода 14.
Работает датчик следующим образом.
При воздействии давления P1 на мембрану 7 и давления Р2 на мембрану 6 (в случае, если величина разности давлений ΔР=P1-Р2 не превышает предельно-допустимого рабочего давления) разность давлений между полостями 3 и 2, равная ΔР, воздействует на полупроводниковые тензорезистивные элементы 5 и 4, вырабатывающие электрические сигналы S1 и S2, пропорциональные величине ΔР. Сигнал S1 возрастает при увеличении ΔР, а сигнал S2 уменьшается при увеличении ΔР.
Из-за нестабильности полупроводниковых тензорезистивных чувствительных элементов происходит изменение сигналов S1 и S2 на ΔS1 и ΔS2, что соответствует относительной погрешности нестабильности
и 
Эта погрешность при совместной работе двух полупроводниковых тензорезистивных чувствительных элементов уменьшается за счет использования сигналов с обоих полупроводниковых тензорезистивных чувствительных элементов с преобразованием их в разность S, равную (S1-S2).
Величина разности сигналов (S1-S2) возрастает до двух раз по сравнению с сигналами S1 и S2 из-за того, что сигнал S1 возрастает, a S2 уменьшается.
Погрешность нестабильности для разности сигналов равна 
.
Эта погрешность при достаточно близких значениях характеристик стабильности с разбросом до 20% снижается в 5410 раз по сравнению с аналогичной погрешностью для каждого отдельного полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента, поскольку разность (ΔS1-ΔS2) меньше каждого ΔS1 и ΔS2, a S больше S1 и S2.
Датчик с двумя полупроводниковыми тензорезистивными чувствительными элементами имеет возможность работать совместно как со встроенной электронной схемой вычисления разности сигналов, так и с различными вариантами автономных вычислительных систем, обеспечивая при этом повышенную стабильность измерения разности давлений.
Датчик разности давлений, содержащий корпус с двумя полостями, заполненными электроизоляционной жидкостью, каждая полость загерметизирована профилированной мембраной, расположенной с зазором относительно корпуса, между полостями герметично закреплен полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, отличающийся тем, что введен второй полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, установленный между полостями встречно первому полупроводниковому тензорезистивному чувствительному элементу, а также сильфоны и пружины сжатия, предохраняющие чувствительные элементы от разрушения.
