Датчик давления

 

(72) Авторы изобретения

Б.И.Пивоненков, Б.И.Бережнюк, А.А.Кузьмук .В.Суровиков

1.. ;- 1

1 "

7 (7l ) Заявитель ; К (л. у, !

«=Сд: и (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике.

По основному авт. св. 9 759876

Ф известен датчик давления, содержащий упругий элемент в виде мембраны с жестким центром и буртиком по периферии, прикрепленный к корпусу датчика, и упор, установленный с зазором относительно жесткого центра. На мембране расположены две измерительные схемы. Одна схема состоит из тензореэисторсв, расположенных у границ жесткого центра и буртика, осуществляет измерения при малых давлениях, пока мембрана не касается упора. Вторая дополнительная тензосхема, содержит тензорезисторы, расположенные на расстоянии

> 0,25d от границ буртика и жесткого центра, где 3 — расстояние между буртиком и жестким центром. Дополнительная тензосхема позволяет осуществлять измерения в расширенном диапазоне давлений, включая давления, при которых упор ограничивает перемещения жесткого центра(1).

Недостаточная точность работы датчика давления обусловлена наличием нелинейности градуировочной характеристики дополнительной схемы и трудностью ее линеариэации при настройке.

Целью изобретения является иовышение точности измерений путем умень. шения нелинейности градуировочной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном датчике давления, один иэ дополнительных тензорезисторов выполнен составным из двух ориентированных в радиальном направ.лении теизорезисторов, расположенных на гибкой части мембраны. Один из них

Ъ расположен у границы с жестким центром,, а другой — у границы с буртиком

871О01

На фиг. 1 изображен мембранный дат1чик давления, общий вид, на фиг. 2 мембранный чувствительный элемент.

Датчик давления содержит упор 1 и мембранный чувствительный элемент 2.

Мембранный чувствительный элемент

2 имеет жесткий центр 3 и буртик

4, у границ которых на гибкой части мембраны расположена основная мостовая тензосхема, образованная тензорезисторами 5-8. Одинаково ориентированные тензорезисторы, лежащие у границ жесткого центра 3 и буртика

4, расположены в смежных плечах моста.

Три тензорезистора 9, 10, 11 дополнительной тензосхемы расположены в центральной области гибкой части мембраны, а одно плечо моста образовано последовательно соединенными и одинаково ориентированными тензорезисторами 12 и 13, один из которых (12) расположен у границы жесткого центра 3, а другой (13) — у границы буртика 4 .

Датчик работает следующим образом, При воздействии давления, меньшего, чем номинальное, мембрана деформируется, но не касается упора. При этом с тензосхем поступают выходные сигналы, пропорциональные давлению.

При больших давлениях упор ограничивает перемещения жесткого центра мем браны, и чувствительность основной тензосхемы резко падает. Чувствительность тензорезисторов 9, 10, 11 мало меняется после касания мембраны жестким центром, поскольку они расположены в центральной области гибкой части мембраны, где деформации, обусловленные воздействием силы со стороны упора, малы. Однако некоторое остаточное изменение чувствительности имеет место, например, из-за неточного их расположения. Каждый тензорезистор

12, 13 резко меняет свою чувствительность после соприкасания жесткого центра и упора. Однако сопротивление составного тензорезистора (12 и 13) меняется линейно. Это вызвано нечувствительностью составного тензорезистора к силе, воздействующей на мембрану со стороны упора. Под действием этой силы тензорезисторы 12 и

13 подвергаются равным деформациям противоположных знаков, а их изменения (при равенстве величин сопротивлений резисторов) равны:Io величине и противоположны знаку, так что величина сопротивления составноro резистора не меняется. Поэтому мостовая схема (см. фиг. 21 обладает градуировочной характеристикой, близкой к линейной в расширенном диапазоне давлений, включая давления, при которых упор ограничивает перемещения жесткого центра мембраны.

Остаточная нелинейность градуировочной характеристики (неодинаковость

10 чувствительности до и после касания мембраны упором) устраняется в рассматриваемом случае изменением величины сопротивления одного из тензорезисторов 12 или 13 за счет измене15 ния его геометрических размеров, например, путем обработки его лучом лазера. Так в случае, если чувствительность датчика при малых давлениях больше, то для линеаризации гра20 дуировочной характеристики достаточно увеличить тензореэистор 12 на величину

qadiú @ @

25 где Д1 — изменение сопротивления тензорезистора, 1 — сопротивление тензорезистора 12.

Ь - изменение наклона градуировочной характеристики при переходе от мапых к большим давлениям, Й » — чувствительность основной

Ч схемы при малых давлениях.

Таким образом, предлагаемый датчик позволяет проводить подстройку величины нелинейности градуировачной характеристики в расширенном диапазоне давлений, что повышает точность измерений.

Формула изобретения

Датчик давления по авт.св. У 759876, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, один из дополнительных тензорезисторов выполнен составным из двух ориен50 тированных в радиальном направлении тензорезисторов, причем один из них расположен у границы с жестким центром, а другой — у границы с буртиком.

55 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Авторское свидетельство СССР

Ю 759876, кл. G 01 1 9/06, 09.01.78.