Датчики давления: виды, устройство, принцип действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Работа 1

В работе 1 рассматривается датчик давления. Датчик давления включает в себя тонкий диск из эластичного материала, пронизанный заполненными малосжимаемой жидкостью каналами, соединенными с измерителем давления. Измеритель давления расположен внутри датчика. По периметру диска выполнена воздушная полость, минимальный размер которой определяется по формуле:

I min? с* t3,

где I min -минимальный размер воздушной полости; с -скорость деформации фунта в неизмеряемом направлении; t3. - необходимое время задержки воздействия. Технический результат - повышение точности измерений за счет задержки времени воздействия на чувствительный элемент боковых составляющих давления. 1ил.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения давления в грунте при прохождении по нему сейсмовзрывных волн, вызванных подземными ядерными взрывами или крупномасштабными взрывами зарядов ВВ.

В настоящее время известны жидкостные устройства для измерения давлений в грунте. В этих устройствах давление на чувствительный элемент (измеритель давления) передается через жидкость.

Для измерения давления в грунте при производстве взрывов применяют устройство для измерения давления по авт. св. №572570 кл. Е2С 39/00. Это устройство включает эластичную оболочку, заполненную жидкостью и герметично соединенную с жестким основанием, в котором установлен датчик давления. Чувствительный элемент датчика сообщается непосредственно с внутренней полостью оболочки.

Устройство помещается в приборную скважину, которая затем заполняется грунтоцементной смесью, после затвердевания приобретающей свойства, близкие к свойствам окружающего грунта. Устройство позволяет измерять давление на разных глубинах скважины без ориентации чувствительного элемента, что не дает точного представления о характере распределения давлений в грунте в зависимости от направления на источник взрыва и является основным недостатком данного устройства.

Устройство для измерения давления в грунте по авт. св. №899943 кл. Е21С 39/00 позволяет измерять давление в грунте с заданной фиксированной ориентацией чувствительного элемента. Это устройство включает жесткое в виде диска с полостью основание, закрытое резиновой мембраной. На основании установлен датчик давления, а полость основания между датчиком и мембраной заполнена жидкостью. С основанием жестко соединен цилиндрический корпус, в котором размещается датчик давления.К корпусу со стороны противоположной основанию прикреплен кронштейн с жестко установленными на нем двумя пружинящими скобами, расположенными под углом 120° относительно друг друга. Скобы, подсоединенные к основанию, обеспечивают устойчивое ориентированное положение устройства после установки в скважине с помощью электромагнитного отцепа. После установки устройства в скважину заливают грунтоцементный раствор, который со всех сторон плотно прилегает к устройству и стенкам скважины и после затвердевания приобретает свойства, близкие к свойствам окружающего грунта.

Одним из недостатков, присущих данному устройству, является концентрация напряжений вокруг устройства, регистрируемая совместно с полезным сигналом и приводящая к существенным погрешностям измерения.

При наличии значительных пластических деформаций в грунте в плоскости датчика концентрация напряжений в данном устройстве может достигать максимальных значений (в песке +70...100% и -30...50%) и не зависит от траектории нагружения. Это явление обусловлено возникновением на устройстве жестких грунтовых ядер возникающих под действием сил трения грунта об устройство из-за различия деформаций грунта и датчика, особенно большого в радиальном направлении.

Кроме этого, существенное влияние на результат измерения оказывает величина неизмеряемых составляющих давления, воздействующих на боковую поверхность датчика.

Известно устройство для измерения давления грунта по авт. св. №168032 кл. G 01 L 45 1/02, содержащее корпус с жестким кольцевым основанием, по периметру которого установлен упругий элемент, а измеритель давления расположен внутри датчика.

Данному устройству также присущи недостатки устройства по авт. св. 899943 кл. Е21С 39/00.

Упругий элемент не обеспечивает разделение по времени воздействия на чувствительный элемент измеряемых и не измеряемых составляющих давления.

В качестве прототипа выбран датчик давления по авт. св. №301584 кл. G 01 L 11/00, в котором снижено влияние концентрации напряжений и, следовательно, уменьшена погрешность измерения.

Этот датчик содержит тонкий слой из эластичного материала, например, резины, пронизанный каналами, заполненными малосжимаемой жидкостью и соединенными с измерителем давления.

Погрешность выходного сигнала такого датчика, вызванная влиянием напряжений, действующих в плоскости эластичной поверхности датчика, определяется отношением площади поперечного сечения датчика к площади воспринимаемой поверхности датчика. Величину ее можно сделать достаточно малой, варьируя этим отношением. Такие же условия относятся и к жидкости, заполняющей датчик. Вместе с этим при использовании датчика для измерения динамических давлений, что отвечает назначению предлагаемого датчика, на эти условия (отношение площадей поперечного сечения и воспринимающей поверхности жидкости) накладываются ограничения, связанные вязкими свойствами жидкости, трением ее о стенки каналов (полости), поэтому за счет выбора отношения погрешность выходного сигнала сделать достаточно малой невозможно.

Основным недостатком данного датчика является невозможность разделения по времени воздействия на чувствительный элемент измеряемых и неизмеряемых составляющих давления, т.е. задержки времени воздействия на чувствительный элемент боковых составляющих.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет разделения по времени воздействия на чувствительный элемент измеряемых и неизмеряемых составляющих давления, т.е. задержки времени воздействия на чувствительный элемент боковых составляющих. Это достигается тем, что в тонком эластичном диске, пронизанном заполненными малосжимаемой жидкостью каналами, соединенными с измерителем давления, который расположен внутри датчика, по периметру диска выполнена воздушная полость, минимальный размер которой определяется по формуле

lmin.>C*t3.,

где lmin - минимальный размер воздушной полости;

с - скорость деформации грунта в неизмеряемом направлении;

t3. - необходимое время задержки воздействия.

Существенным отличительным признаком от существующих устройств в известных технических решениях является:

- по периметру датчика выполнена воздушная полость, что обеспечивает разделение по времени воздействия измеряемых и неизмеряемых составляющих давления.

На чертеже показан предлагаемый датчик давления.

Датчик давления включает дисковидный корпус 1, выполненный из эластичного материала, например, резины, внутреннюю полость, заполненную малосжимаемой жидкостью 2, например, глицерином, заливаемой через отверстие, закрываемое винтом 3; измерителя давления 4, соединенного с жидкостью. Корпус 1 выполнен совместно с воздушной полостью 5, ограничивающей датчик по периметру.

Для измерения давления в грунте датчик помещается в среду таким образом, чтобы нормаль к его плоскости совпадала с направлением на источник взрыва или с другим, необходимым для измерения направлением. Напряженное состояние датчика, помещенного в контролируемую среду или на ее контакте с жесткой границей, описывается шаровым тензором напряжений, так как давление жидкости, заполняющей (полость), согласно закону Паскаля направлено во все стороны одинаково. При этом значение этого давления отражает нормальное к плоскости датчика напряжение контролируемой среды.

При взрыве возникающие в грунте давления воздействуют на датчик, при этом происходит задержка времени воздействия на чувствительный элемент боковых составляющих давления, что повышает точность измерения.

Проведенные в полевых условиях экспериментальные исследования разработанных датчиков показали их высокую надежность в работе и полностью подтвердили положительный эффект, сформулированный в формуле изобретения, заключающийся в повышении в среднем на 15% точности измерений за счет разделения по времени воздействия на чувствительный элемент измеряемых и неизмеряемых составляющих давления, т.е. задержки времени воздействия на чувствительный элемент боковых составляющих давления.

Датчик давления, содержащий корпус в виде диска из эластичного материала с внутренней полостью, заполненной малосжимаемой жидкостью, внутри которой расположен преобразователь давления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в корпусе датчика выполнена кольцевая воздушная полость постоянного сечения, минимальный диаметр которой определяется по формуле dmin>c*t3, где: с - скорость деформации грунта в неизмеряемом направлении; t3 - заданное время задержки воздействия.

Работа 2

В работе 2 рассматривается датчик давления. Использование: как датчик давления масла в системе смазки двигателя внутреннего сгорания транспортного средства. Сущность: датчик давления состоит из металлического электропроводного основания 1, изоляционного колпачка 2 и чувствительного механизма, содержащего нормальнозамкнутую группу электрических контактов 3, 4.На установочной части 6 основания 1 размещены вдоль оси датчика последовательно мембрана 8 чувствительного механизма и край неподвижного контакта 3.На мембране 8 установлен толкатель10, взаимодействующий через отверстие в тарельчатом неподвижном контакте 3 с подвижным контактом 4.Внутренняя поверхность стенки колпачка 2 выполнена со ступенчатым переходом 13, воздействующим на край неподвижного контакта 3. Колпачок 2 снабжен кольцевым наружным фланцем 14, а установочная часть 6 основания 1 снабжена кольцевой канавкой 15, в которой расположена часть стенки колпачка 2 с наружным фланцем 14, при этом эластичный уплотнитель 16 расположен между торцом фланца 14 колпачка 2 и дном канавки 15 в кольцевом зазоре. Эластичный уплотнитель 16 сжимается при осевом давлении на фланец 14 колпачка, установочная часть 6 снабжена краевым ободком 17, отогнутым к оси датчика с упором в поверхность 18 фланца 14, обращенную от установочной части 6, формируя осевое давление и фиксируя конструкцию в единый узел. Технический результат заключается в повышении надежности герметизации датчика давления. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к конструкции измерительных приборов, а именно приборов для измерения критического давления, и может использоваться как датчик давления масла в системе смазки двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.

Наиболее близким по технической сущности является датчик давления, описанный в свидетельстве на полезную модель РФ №19579 (опубл. 10.09.2001 г.), состоящий из металлического электропроводного основания, изоляционного колпачка и чувствительного механизма, реагирующего на повышенное давление и содержащего нормальнозамкнутую группу электрических контактов. Основание образовано резьбовой частью для закрепления на двигателе и более широкой установочной частью, соединенными последовательно и снабженными внутренним осевым сквозным каналом, сообщающимся через расширяющийся переход с открытой полостью установочной части. Установочная часть выполнена в виде стакана с низким бортом, ступенчато утоньшающимся от днища, в ее полости на уровне первой ступени борта размещены вдоль оси датчика последовательно мембрана чувствительного механизма и край неподвижного контакта. Колпачок снабжен кольцевым наружным фланцем, расположенным со сдвигом относительно торца стенки колпачка, при этом цилиндрическая аксиальная поверхность фланца расположена смежно поверхности второй ступени борта установочной части, а торец стенки колпачка установлен на неподвижном контакте около его края. Таким образом, между фланцем колпачка, его стенкой, второй ступенью борта установочной части, радиальной поверхностью перехода между ступенями борта установочной части и поверхностью неподвижного контакта образован кольцевой зазор, в котором установлен эластичный уплотнитель, сжимаемый при осевом воздействии на фланец колпачка. Края борта установочной части отогнуты к оси датчика с упором в поверхность фланца, обращенную из полости установочной части, фиксируя конструкцию в единый узел и герметизируя полость колпачка. Неподвижный контакт выполнен тарельчатым и установлен с образованием зазора между его центральной частью и плоской мембраной, в зазоре расположен толкатель, проходящий через отверстие в неподвижном контакте и примыкающий к мембране одним торцом. Другим торцом толкатель воздействует на подвижный контакт, прилегающий к неподвижному контакту с подпружиниванием электропроводящей пружиной относительно выводной клеммы, размещенной на внутренней поверхности торца колпачка с выходом наружу.

Недостатком описанного решения датчика давления является низкая надежность его герметизации, поскольку уплотнение колпачка относительно основания осуществляется по противолежащим поверхностям, одной из которых является поверхность фланца колпачка с нормальными условиями уплотнения, а другая поверхность не может быть однозначно определена, поскольку состоит из радиальной поверхности перехода между ступенями борта установочной части и поверхности неподвижного контакта, поджатого через мембрану ко дну установочной части. В идеальном случае высота первой ступени (расстояние от дна установочной части до радиальной поверхности перехода между ступенями борта установочной части) должна быть равна суммарной толщине мембраны и края неподвижного контакта с учетом факта давления при поджимании колпачка к основанию, при этом радиальная поверхность перехода между ступенями борта установочной части и поверхность неподвижного контакта должны располагаться в одной плоскости и обеспечивать хорошие условия уплотнения. Однако, поскольку неизбежен разброс допусков на каждый указанный размер, упомянутые поверхности фактически расположены в разных плоскостях, что приводит к перекосу уплотнителя и, как следствие, к ненадежности герметизации. В результате образуются несколько путей утечки масла, находящегося под давлением в масляной магистрали двигателя, как через исправный датчик, так и в случае разрушения мембраны. В первом случае, при исправном датчике, утечка происходит через стык мембраны с днищем установочной части, стык мембраны и неподвижного контакта с первой ступенью борта установочной части, стык уплотнителя с радиальной поверхностью перехода между ступенями борта установочной части, стык фланца колпачка со второй ступенью установочной части и стык краев бортов установочной части, отогнутых к оси датчика, с фланцем. При разрушении мембраны образуется дополнительный путь утечки масла через стык мембраны с неподвижным контактом, стык неподвижного контакта с первой ступенью борта установочной части, стык уплотнителя с радиальной поверхностью перехода между ступенями борта установочной части, стык фланца колпачка со второй ступенью установочной части и стык краев бортов установочной части, отогнутых к оси датчика, с фланцем. Помимо ускоренного расхода масла его попадание на горячий выпускной коллектор может вызвать задымление и даже возгорание.

Задачей изобретения является повышение надежности герметизации датчика давления.

Указанная задача в датчике давления, состоящем из металлического электропроводного основания, изоляционного колпачка и чувствительного механизма, содержащего нормальнозамкнутую группу электрических контактов, где основание образовано резьбовой частью и установочной частью, соединенными последовательно и снабженными внутренним осевым сквозным каналом, на установочной части размещены вдоль оси датчика последовательно мембрана чувствительного механизма и край неподвижного контакта, на мембране установлен толкатель, взаимодействующий через отверстие в тарельчатом неподвижном контакте с подвижным контактом, подпружиненным к неподвижному контакту электропроводящей пружиной относительно выводной клеммы, размещенной в торце колпачка с выходом наружу, часть стенки колпачка установлена на неподвижном контакте, колпачок снабжен кольцевым наружным фланцем, между торцом фланца колпачка и установочной частью основания образован кольцевой зазор, в котором установлен эластичный уплотнитель, сжимаемый при осевом давлении на фланец колпачка, краевой ободок установочной части отогнут к оси датчика с упором в поверхность фланца, обращенную от установочной части, формируя осевое давление и фиксируя конструкцию в единый узел, решается тем, что внутренняя поверхность стенки колпачка выполнена со ступенчатым переходом, воздействующим на край неподвижного контакта, установочная часть основания снабжена кольцевой канавкой, в которой расположена часть стенки колпачка с наружным фланцем, при этом эластичный уплотнитель расположен между торцом фланца колпачка и дном канавки. Край мембраны может быть снабжен электропроводящей накладкой.

На неподвижном контакте может быть выполнен краевой борт, прилегающий к установочной части основания с образованием электрического соединения.

Мембрана расположена, в частности, в кольцевом выступе основания, прилегающем к неподвижному контакту с образованием электрического соединения.

Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию "новизна". В то же время, совокупность отличительных признаков, приводящая к решению поставленной задачи, явным образом не следует из уровня техники, поэтому заявляемое техническое решение соответствует условию "изобретательский уровень".

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показан датчик давления с осевым разрезом; на фиг.2, 3 представлены варианты выполнения электрического соединения неподвижного контакта с основанием: на фиг.2. краевой борт неподвижного контакта прилегает к основанию, на фиг.З кольцевой выступ основания прилегает к неподвижному контакту.

Датчик давления, состоит из металлического электропроводного основания 1, изоляционного колпачка 2 и чувствительного механизма, содержащего нормальнозамкнутую группу электрических контактов 3, 4. Основание 1 образовано резьбовой частью 5, выполненной снаружи и предназначенной для установки датчика на двигатель, и установочной частью 6, соединенными последовательно и снабженными внутренним осевым сквозным каналом 7 с расширением, направленным в полость датчика. На установочной части 6 размещены вдоль оси датчика последовательно мембрана 8 чувствительного механизма, как правило, эластичная, и край неподвижного контакта 3. Край мембраны 8, как правило, снабжен электропроводящей накладкой 9. В другом случае на неподвижном контакте 3 может быть выполнен краевой борт, прилегающий к установочной части 6 основания с образованием электрического соединения (фиг.2). Также возможно расположение мембраны 8 в кольцевом выступе основания 1, прилегающем к неподвижному контакту 3 с образованием электрического соединения (фиг.З). На мембране 8 установлен толкатель 10, взаимодействующий через отверстие в тарельчатом неподвижном контакте 3 с подвижным контактом 4. Подвижный контакт 4 подпружинен к неподвижному контакту 3 электропроводящей цилиндрической пружиной 11 относительно выводной клеммы 12, размещенной в торце колпачка 2 с выходом наружу. Внутренняя поверхность стенки колпачка 2 выполнена со ступенчатым переходом 13, воздействующим на край неподвижного контакта 3. Колпачок 2 снабжен кольцевым наружным фланцем 14, а установочная часть 6 основания 1 снабжена кольцевой канавкой 15, в которой расположена часть стенки колпачка 2 с наружным фланцем 14, при этом эластичный уплотнитель 16 расположен между торцом фланца 14 колпачка 2 и дном канавки 15 в кольцевом зазоре. Эластичный уплотнитель 16 сжимается при осевом давлении на фланец 14 колпачка. Установочная часть 6 снабжена краевым ободком 17, отогнутым к оси датчика с упором в поверхность 18 фланца 14, обращенную от установочной части 6, формируя осевое давление и фиксируя конструкцию в единый узел. Датчик установлен на двигателе посредством резьбовой части 5 основания 1, при этом сквозной канал 7 основания 1 сообщается с масляной магистралью. В исходном состоянии при неработающем двигателе давление в масляной магистрали отсутствует. Сигнализация об отсутствии давления подключена через электрическую цепь корпус двигателя (масса) -основание 1 датчика - неподвижный контакт 3 - подвижный контакт 4 - пружина 11-выводная клемма 12 - устройство сигнализации - выключатель зажигания - "плюс" аккумулятора. При запуске двигателя масляный насос создает в магистрали давление, которое через масло в канале 7 основания 1 датчика воздействует на мембрану 8, выгибая ее в сторону колпачка 2 и смещая одновременно толкатель 10 вдоль оси датчика. Вместе с толкателем 10 смещается подвижный контакт 4, его электрическая связь с неподвижным контактом 3 разрывается, отключая сигнализацию об отсутствии давления в масляной магистрали системы смазки двигателя. При падении давления в масляной магистрали, например в случае отказа масляного насоса, контакты 3, 4 датчика давления вновь соединяются, замыкая цепь питания устройства сигнализации.

Герметизация датчика в данной конструкции обеспечена надежно, поскольку уплотняемые поверхности торца фланца колпачка и дна канавки определены однозначно.

Формула изобретения

1. Датчик давления, состоящий из металлического электропроводного основания, изоляционного колпачка и чувствительного механизма, содержащего нормально замкнутую группу электрических контактов, основание образовано резьбовой частью и установочной частью, соединенными последовательно и снабженными внутренним осевым сквозным каналом, на установочной части размещены вдоль оси датчика последовательно мембрана чувствительного механизма и край неподвижного контакта, на мембране установлен толкатель, взаимодействующий через отверстие в тарельчатом неподвижном контакте с подвижным контактом, подпружиненным к неподвижному контакту электропроводящей пружиной относительно выводной клеммы, размещенной в торце колпачка с выходом наружу, часть стенки колпачка установлена на неподвижном контакте, колпачок снабжен кольцевым наружным фланцем, между торцом фланца колпачка и установочной частью основания образован кольцевой зазор, в котором установлен эластичный уплотнитель, сжимаемый при осевом давлении на фланец колпачка, краевой ободок установочной части отогнут к оси датчика с упором в поверхность фланца, обращенную от установочной части, формируя осевое давление и фиксируя конструкцию в единый узел, отличающийся тем, что внутренняя поверхность стенки колпачка выполнена со ступенчатым переходом, воздействующим на край неподвижного контакта, установочная часть основания снабжена кольцевой канавкой, в которой расположена часть стенки колпачка с наружным фланцем, при этом эластичный уплотнитель расположен между торцом фланца колпачка и дном канавки.

2. Датчик давления по п.1, отличающийся тем, что край мембраны снабжен электропроводящей накладкой.

3. Датчик давления по п.1, отличающийся тем, что на неподвижном контакте выполнен краевой борт, прилегающий к установочной части основания с образованием электрического соединения.

4. Датчик давления по п.1, отличающийся тем, что мембрана расположена в кольцевом выступе основания, прилегающем к неподвижному контакту с образованием электрического соединения.

Работа 3

В работе 3 рассматривается датчик давления. Использование: изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к датчикам давления, устанавливаемым на борту летательных аппаратов. Сущность: датчик давления содержит корпус с мембраной, кожух, электроразъем, емкостный преобразователь.В состав емкостного преобразователя включены чувствительный к давлению и нечувствительный к давлению конденсаторы, образованные четырьмя электродами.Подвижный электрод закреплен на штоке мембраны, воспринимающей давление. Неподвижный электрод чувствительного к давлению конденсатора имеет одинаковую конфигурацию с неподвижным электродом эталонного конденсатора.Они расположены на основаниях, соединенных с корпусом, на установочных выступах его центрального стержня имея электрический контакт друг с другом. Система выводов, обеспечивающих контакт обкладок конденсаторов с электроразъемом, включает в себя совокупность жестких стержней, пропущенных в электроразъеме через стеклянные втулки и изогнутые пластины, привариваемые к жестким стержням. Электроразъем, имеющий форму диска, приваренного к корпусу, установлен с зазором по отношению к внешним поверхностям оснований, в котором расположен гибкий трехлепестковый элемент, исключающий передачу температурных деформаций электроразъема и кожуха на элементы датчика. Технический результат: повышение эксплуатационной надежности. 7 ил.

Изобретение относится к области авиационного приборостроения, а именно к датчикам давления, устанавливаемым на борту летательных аппаратов.

Оно может быть использовано в составе самолетных бортовых систем и других комплексах измерения давления, требования к надежности которых соизмеримы с требованиями аэрокосмической техники.

Датчик давления, разработанный ОАО «ДИМЭС» (заявитель), был защищен положительным решением по заявке №2001135570/28(037090) с приоритетом от 21.12.2001 г. и нашел применение в составе самолетных бортовых систем, удовлетворяя совокупности предъявляемых к нему требований.

Емкостный датчик давления (заявка №2001135570) содержит корпус с мембраной, кожух, электроразъем, емкостный преобразователь, состоящий из чувствительного к давлению измерительного и нечувствительного к давлению эталонного конденсаторов, образованных четырьмя изолированными электродами.

Подвижный электрод закреплен на штоке мембраны, а токопроводы обеспечивают электрическую связь между электродами и электроразъемом.

Однако в процессе испытаний и эксплуатации в составе аэрокосмической техники датчика давления стало очевидно, что при изменении температуры окружающей среды, вызывающей изменение размеров наиболее протяженной детали - кожуха датчика, в его показания вносится погрешность, появление которой невозможно предвидеть заранее.

Вместе с тем при воздействии вибрационных нагрузок возникает дополнительная погрешность, связанная с суммарной массой кожуха и электроразъема. И даже введение дополнительных элементов в электронную схему в полной мере проблемы не решало.

Источником указанных погрешностей была признана жесткая механическая связь стапелированных узлов емкостного преобразователя с электроразъемом и кожухом, которая приводила и к отбраковке некоторой части полностью собранных датчиков.

Для устранения выявленных недостатков в конструкцию датчика были внесены существенные изменения, позволяющие уменьшить влияние на показания датчика давления колебаний температуры окружающей среды и воздействия вибрационных нагрузок.

При сборке протяженных элементов (заявка №2001135570) неизбежны технологические отклонения от строгой вертикали, что вызывает неравномерный натяг, обуславливающий неравномерность напряжений элементов конструкции.

Дополнительным источником суммарной погрешности являлись жесткие токопроводы электродов, соединенные с жесткими выводами электроразъема.

Целью изобретения является устранение перечисленных недостатков, обеспечивающее повышение эксплуатационной надежности датчиков давления при одновременном уменьшении процента брака.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлен продольный разрез датчика по выводу электрода эталонного конденсатора. На фиг.2 показан вид на торец датчика со стороны электроразъема. На фиг.З изображено сечение того же датчика по выводам электродов чувствительного к давлению конденсатора. На фиг.4 изображена конструкция усовершенствованного основания (вид сверху). На фиг.5 изображена конструкция усовершенствованного основания (поперечный разрез). На фиг.6 показан вид сверху на гибкий трехлепестковый элемент. На фиг.7 показано устройство сопряженного с датчиком вторичного преобразователя (схема), размещенного на печатной плате, закрепляемой на корпусе датчика.

Датчик давления содержит корпус с мембраной 1, сваренный по противолежащему мембране торцу со штуцером 2, обеспечивающим подачу в подмембранную полость датчика измеряемого давления, и с кожухом 3, являющимся внешним корпусным элементом датчика. Основания 4 и 5 в процессе сборки последовательно привариваются друг к другу, что обеспечивает возможность автономного контроля электрических параметров сначала чувствительного к давлению конденсатора, а затем и нечувствительного к давлению (эталонного) конденсатора.

Чувствительный к давлению конденсатор содержит в своем составе две обкладки. Подвижную обкладку образует торец цилиндрического кольцевого элемента (электрода) 7, закрепленного при помощи стеклянного кольца 8 и переходной металлической втулки 9 на выступе, расположенном в центре мембраны корпуса 1. Неподвижная обкладка чувствительного к давлению конденсатора образована торцем электрода 10.

На противолежащем выступе центрального стержня 11 установлена обкладка нечувствительного к давлению конденсатора, образованная торцем электрода 12, повторяющего по своей форме и размерам электрод 10. Между обкладками 10 и 12 имеется электрическая связь, тогда как контакта с корпусными элементами они не имеют. На выступе основания 5 при помощи ранее упомянутых элементов конструкции 8 и 9 установлен электрод 13, идентичный электроду 7, образующий вместе с электродом 12 своими противолежащими поверхностями эталонный конденсатор.

Система выводов, обеспечивающая контакт обкладок конденсаторов с электроразъемом 6, включает в себя: токопровод 14, выполненный в виде изогнутой гибкой пластины, приваренный к жесткому выводу 15 электроразъема (см. фиг.З); токопровод 16 - в виде изогнутой гибкой пластины, приваренный к выводу 17 (см. фиг.З), и токопровод 18 в виде изогнутой гибкой пластины, приваренный к выводу 19 (см. фиг.1).

Через остеклованные отверстия электроразъема 6 выведены проволочные выводы 15, 17 и 19 (см. фиг.1, 2, 3), к которым и подключается схема преобразования сигнала (см. фиг.7), выполненная на плате 22. Размещение токопроводов 14, 16и 18в прорезях металлических элементов 4 и 5 гарантирует надежное экранирование их друг от друга, исключающее образование нежелательных емкостных связей между упомянутыми проводниками.

Емкостный датчик давления работает следующим образом.

Измеряемое давление через штуцер 2 подается во внутреннюю полость корпуса 1 и воздействует на мембрану, прогиб которой и вызывает перемещение ее центра, что приводит к изменению зазора между обкладками электродов 7 и 10. В этот момент емкость (Сх) измерительного, т.е. чувствительного к давлению конденсатора, изменяется, тогда как емкость (Со) эталонного, т.е. нечувствительного к давлению конденсатора, образованного электродами 12 и 13, сохраняется неизменной.

В конструкции датчика давления в отличие от прототипа изменено крепление обкладок эталонного 12 и измерительного 10 конденсаторов, электрически связанных центральным стержнем 11.

В результате более чем на треть уменьшилась высота элементов конструкции, что привело к минимизации воздействия вибрационных нагрузок, наряду с этим снижена масса и уменьшена общая высота датчика, при этом исключена дополнительная электрическая связь, которая осуществлялась в прототипе через токопроводы между обкладками эталонного и измерительного конденсаторов, что делает датчик более надежным.

Элементы электродов измерительного и эталонного конденсаторов представляют собой независимые сборочные единицы (7, 8, 9, 11, 4, 13), и их изготовление осуществляется отдельно от корпусных деталей. В процессе изготовления их подвергают химической обработке и проверке геометрических и электрических параметров.

Эталонный и измерительный конденсаторы собираются независимо друг от друга путем последовательного присоединения к корпусу 1 сначала основания 4, а затем основания 5 с закрепленными на их выступах электродами и выполненными калиброванными зазорами между ними, что дает возможность точной подготовки параметров конденсатора и, соответственно, их отношения, упрощая тем самым электронную схему вторичного преобразователя, что позволяет снизить себестоимость и повысить надежность датчика в целом.

При изменении температуры окружающей среды в условиях одновременного воздействия вибрационных нагрузок температурные деформации кожуха 3, жестко связанного с электроразъемом 6, не оказывают существенного влияния на положение обкладок конденсаторов.

Это обусловлено тем, что механическая связь между электроразъемом 6, основаниями 4, 5 и корпусом с мембраной 1 осуществляется при помощи гибкого трехлепесткового элемента 21 (см. фиг.1, 6), призванного гасить вибрационные нагрузки.

Обкладки конденсаторов связаны с электроразъемом 6 системой выводов 15,17, 19, в составе которых использованы изогнутые пластины 14, 16, 18, гибкость которых исключает передачу деформаций корпуса на обкладки конденсаторов.

Устройство формирования выходного сигнала емкостного датчика (вторичный преобразователь) содержит первый и второй усилители Y1 и Y2. Эталонный и измерительный конденсаторы Со и Сх соответственно подключены к входу первого усилителя Y1. Конденсатор Со включен в обратную связь усилителя Y1, при этом на конденсатор Со попеременно подаются через ключи КЗ, К4 напряжение общей точки и опорное напряжение Uonop., а на конденсатор Сх - через ключи К5, Кб напряжение общей точки и напряжение обратной связи 11вых., которое в то же время является выходным напряжением. Напряжение ошибки с Y1 через ключи К1, К2 подается на усилитель Y2.

В момент подачи на Со, Сх напряжения общей точки по выходу Y1 выделяется начальное напряжение, которое через ключ К1 поступает на инвертирующий вход Y2, а в момент подачи на Со, Сх опорного напряжения Uonop. и напряжения обратной связи 11вых. на выходе Y1 появляется напряжение ошибки, которое через ключ К1 поступает на неинвертирующий вход усилителя Y2 и корректирует его выходное напряжение в каждом усилителе. В результате на выходе Y2 поддерживается напряжение, определяемое формулой

ивых=-иопор.Со/Сх

Недостатком известных конструкций является необходимость экранированного кабеля между общей точкой соединений конденсаторов Со, Сх, первичного преобразователя и входом Y1 вторичного преобразователя. Кроме того, точки подпайки этого кабеля требуют тщательного экранирования для получения стабильного выходного сигнала.

Для снижения влияния внешних электромагнитных помех и общего уменьшения линий связи вторичного преобразователя первый усилитель Y1 размещается непосредственно в корпусе датчика (печатная плата, на которой смонтирован Y1, распаивается непосредственно на контакты электроразъема, фиг.2), что обеспечивает минимальную длину связи между первичным и вторичным преобразователями, надежное экранирование всего усилителя Y1 и позволяет отказаться от экранированного кабеля.

Предложенное техническое решение позволяет создать датчик, отличающийся необходимой точностью измерения давления с использованием в составе его конструкции унифицированных элементов, характеризующийся повышенным уровнем виброударостойкости и термостойкости.

Формула изобретения Датчик давления, содержащий корпус с мембраной, кожух, электроразъем, емкостный преобразователь, состоящий из чувствительного к давлению измерительного и нечувствительного к давлению эталонного конденсаторов, образованных четырьмя изолированными электродами, где подвижный электрод закреплен на штоке мембраны, и токопроводы, обеспечивающие электрическую связь между электродами и электроразъемом, отличающийся тем, что в нем неподвижные электроды измерительного и эталонного конденсаторов имеют одинаковую конфигурацию, размещены в основаниях, соединенных с корпусом, на установочных выступах его центрального стержня, закрепленного при помощи стеклянного кольца, имея надежный электрический контакт друг с другом, а система токопроводов, обеспечивающих связь между электродами и электроразъемом, включает в себя совокупность жестких стержней, пропущенных в электроразъеме через стеклянные втулки и изогнутые пластины, привариваемые к жестким стержням, исключающие влияние температуры и вибрации на положение электродов в процессе эксплуатации датчика, а электроразъем, имеющий форму металлического диска, приваренного к кожуху, установлен с зазором по отношению к основанию с установочным выступом для второго электрода эталонного конденсатора, в котором расположен гибкий трехлепестковый элемент, исключающий передачу температурных деформаций электроразъема и кожуха на основания.

Список литературы

датчик давление измерение

1. А.с.1840407 СССР, МПК G01L 11/00. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ/В.В. Гуров (Россия), В.И. Чекалин (Россия), Л.Н. Феофанов (Россия), Э.А.Чекалина (Россия). - 3166621/28; Заявлено 01.04.1987; Опубл. 20.11.2006 Бюл. № 32. - С.2.

2. Пат. 2269756 Ru, МПК G01L 19/12. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ / П.Н Хвостов (Россия), Г.Г. Павловский (Россия). - 2004124583/28; Заявлено 12.08.2004; Опубл. 10.02.2006 Бюл. № 4.- С.5.

3. Пат. 2285249Ru, МПК G01L 19/12. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ / С.В Гадяцкий (Россия), Е. П. Емцев (Россия),А.В. Заворотный(Россия),Р.Х. Мухомодьяров,Г.А. Савельев. - 2004121451/28; Заявлено 10.01.2006; Опубл. 10.10.2006 Бюл. № 28.- С.5.

Размещено на Allbest.ru