Патент ссср 417699

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4l7699

Союз Советское

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 31.1.1972 (№ 1741646/18-10) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 28.11. I 974. Бю,плетень ¹ 8

Дата опубликования описания 10.ЧП.1974

М. Кл. G OIL 7/02

G 011 11/00

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оо делан изобретений

- и открытий

УДК 531.787.23 (088.8) Авторы изобретения С. л1. Заседателев, Л. В. Беликов, О. А. Сафонов и А. А. Осветимский

Заявитель

ДАТЧИК ПРОИЗВОДНОЙ ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области информационно-измерительных приборов или датчиков первичной информации для систем автоматического регулирования и может использоваться для систем автоматического регулирования давления.

Известен датчик производной давления, содержащий герметичный корпус, разделенный упругим чувствительным элементом на две полости — динамическую, сообщающуюся с измеряемым давлением непосредственно, и статическую, сообщающуюся с измеряемым давлением через капилляр. Перемещение жесткого центра упругого чувствительного элемента преобразуется в перемещение стрелки либо в электрический сигнал посредством какоголибо преобразователя.

Быстродействие датчика ограничивается чувствительностью упругого элемента. Наиболее чувствительные упругие элементы, рассчитанные на измерение давления в диапазоне до 10 мм вод. ст., не позволяют сделать постоянную времени датчика меньше нескольких секунд при измерении скорости изменения давления (или производной давления) порядка нескольких миллиметров вод, ст. в сек.

Площадь упругого элемента, обладающего такой чувствительностью, превышает 00 смс.

Г1ри этом прогиб упругого элемента вызывает зна пггсльнос изменение объема статической полости, ч-о приводит к дополнительному увеличению постоянной времени.

Увеличение объема статической полости позволяет уменьшить относительное изменение объема при прогибе упругого элемента и исключить связанное с этим дополнительное увеличение постоянной времени. Для этого объем статической полости должен быть более

1000 см, в результате чего размеры и вес

IO прибора черезвычайно велики и ограничивают его применение в системах регулирования давления. Одна из погрешностей прибора обусловлена гистерезнсом упругого элемента благодаря неупругим деформациям в местах

15 заделки мембраны в корпус. При соединении упругого элемента с помощью пайки и сварки погрешность за счет гистерезиса достигает нескольких процентов. Гистерезис наблюдается даже при изготовлении упругого элемен2о та заодно целое с корпусом из любого поликристаллического материала в результате потерь на трение между кристаллами. Гистерезис отсутствует только в случае, если упругий элемент изготовлен заодно целое с кор25 пусом из монокристалла. Капилляр датчика делают, как правило, из стекла и вклеивают в отверстие в корпусе, что усложняет конструкцию датчика. Таким образом, недостатками известного датчика являются значитель39 пая погрешность. недостаточчос быстродействие и относительная сложность конструкции, которая вызывает большие размеры и вес прибора.

Целью изобретения является увеличение точности и быстродействия и упрощение конструкции.

Для этого упругий чувствительный эл мент предлагаемого датчика выполнен в виде полупроводниковой монокриста Iëичсской пластиныы с выемкой в центральной части в форме усеченного конуса, няд которой размещен преобразователь.

В утолщенной части монокристаллической пластины может быть выполнен капилляп, соединяющий динамическую и статическую полостии.

На чертеже показана принципиальная схема описываемого датчика.

Датчик содержит корпус 1, разделенный пластиной 2 на динамическую А и статическую Б полости. Полость А соединена с измеряемым давлением непосредственно, а полость

Б — капилляром 3. Упругий чувствительный элемент выполнен заодно целое с массивным опорным основанием 5 путем вытравливания в монокристаллической кремниевой пластине

2 выемки в форме усеченного конуса. Капилляр 3 представляет собой канал в опорном основании 5, а преобразователь деформации упругого элемента 4 в электрический сигнал— тепзометрический мост из диффузионных или эпитаксиальных резисторов б, нанесенных на упругий элемент 4.

Упругий элемент 4 с опорным основанием 5 выполнен из монокристалла методом анизотронного травления, позволяющего получать мембрану площадью в несколько квадратных миллиметров, рассчитанную на перепад M в порядка долей мм вод. ст.

Работает датчик следующим образом.

Измеряемое .iявлс пис поступает в ди я,|Hческую полость А непосредственно, а в статическую полость Б — через капилляр 5. Благодаря этому измсне пия давления в статической полости запаздывают относительно пз»с4 нений давления в;динамической полости Л, и между полостями образуется перепад давлений, пропорциональный производной давления в динамической полости, измеряемый упругим элементом 4.

Применение столь высокочувствительного упругого элемента (порядка долей мм вод. ст.) позволяет уменьшить постоянную времени до нескольких десятых долей секунды. Бла10 годаря тому, что площадь упругого элемента

4 очень мала, относительное изменение объема статической полости оказывается пренебрежимо малым при величине объема статической полости менее см . Следовательно, габариты и вес датчика значительно уменьшаются, приблизительно во столько же раз, во сколько уменьшаются размеры статической полости.

Изготовление упругого элемента заодно це20 лое с опорным основанием 5 из монок ристалла обеспечивает идеальную заделку краев упругого элемента, исключающую гистерезис и связанную с ним погрепгиость, в результате чсго увеличивается точность измерений, а вы25> полнение капилпара в виде канала упрощает конструкцию.

Предмет изобретения

50 1. Датчик производной давления, содержащий герметичный корпус, разделенный упругим чувствительным элементом на две полости — динамическую и статическую, и преобразователь деформации чувствительного эле35 мента в электрический сигнал, о т л и ч а ющи и с я тем, что, с целью увеличения точности и быстродействия и упрощения конструкции, в нем упругий чувствительный элемент выполнен в виде полупроводниковой моно40 кристаллической пластины с выемкой в центральной части в форме усеченного конуса, над которой размещен преобразователь.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что в утолщенной части монокристаллической

4з пласти выполнен капилляр.

417699

Составитель О. Полев

Корректор В. Брыксина

Гекред 3. Тараненко

Рс IJKTop T. Горячева

Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1568/8 Изд. № 1314 Тираж 760

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5