Датчик гидростатического давления
Патент 1273988
Авторы
Классы МПК
Датчик гидростатического давления
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к измерительной технике и повышает чувствительность датчика. Чувствительный элемент 1 датчика выполнен из кристалла теллура трубчатой формы,на торцах которого установлены герметичные заглушки 4. В исследуемой среде под действием разности давлений в полости 5 и среде чувствительный элемент 1 деформируется. Относительное изменение сопротивления элемента характеризует давление среды. 2 нл. (Л С кэ со со у/////////л 00 00 Фиг.1
СОКИ СОВЕТСКИХ
С
РЕСПУБЛИК (59 4 G 01 L 9/08
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3912333/24-10 (22) 09.04.85 (46) 30.11.86. Бюл. У 44 .(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомолй и Институт прикладных проблем механики и математики АН УССР (72) С.С. Варшава, Б.И. Сыдир и.В.Ф. Чекурин (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
В 672524, кл. G Ol L 9/04, 1978.
Авторское свидетельство СССР
_#_I 302589, кл. G 01 В 7/16, 1970.
„.SUÄÄ 1273988 А1 (54) ДАТЧИК ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и повышает чувствительность датчика. Чувствительный элемент 1 датчика выполнен из кристалла теллура трубчатой формы,на торцах которого установлены герметичные заглушки 4. В исследуемой среде под действием разности давлений в полости 5 и среде чувствительный элемент 1 деформируется ° Относительное изменение сопротивления элемента 1 характеризует давление среды. 2 ил.
1273988 где К =
Г—
f которое
1 ° га внутренний радиус трубчатого кристалла; его внешний радиус, 1 в — — раз больше чем иэ1-К
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений в жидких и газовых средах.
Целью изобретения является повышение чувствительности датчика.
На фиг. 1 изображен датчик, общий вид; на фиг. 2 — градуировочная характеристика датчика.
Датчик (фиг. 1) содержит чувствительный элемент 1, к концам которого присоединены омические контакты
2 и токовыноды 3. Торцы чувствительного элемента 1 закрыты герметическими заглушками 4 и образуют вместе с чувствительным элементом 1 замкнутую полость 5.
Датчик работает следующим образом.
Производится его предварительная градуировка на установке высокого давления УВД-15000. Отградуированный датчик подключают токовыводами 3 к регистрирующему прибору, например цифровому универсальному вольтметру
В7-1б, и измеряют его начальное сопротивление. Помещают датчик н исследуемую среду. Под действием разности давлений во внешней среде и в полости 5 происходит деформация 30 чувствительного элемента 1, в результате чего изменяется сопротивление чувствительного элемента 1 между контактами 2, которое регистрируется измерительным прибором. Вычисля-! ют относительное изменение сопротивления чувствительного элемента 1, по которому из градуироночной зарактеристики (фиг.2) находят давление среды. 4О
Рассмотрим более детально работу датчика. При воздействии гидростати1еского давления на полый чувствительный элемент, который одновременно является и воспринимающим элемен- 45 том, в нем возникает сложно-напряженное состояние, которое может быть представлено в виде гидростатического сжатия
1 б = — — -- Р
1 К2 меряемое давление, и одноосных напряжений1 и ь
Г
1 r 1 r — 7. =- --- .- -.P
1 К г 8 1 К (2) которые увеличиваются по абсолютной . неличине от наружной поверхности трубки к внутренней. В таком датчике происходит увеличение чувствительнос1 ти за счет увеличения в — -- раз
1-К
"давления воспринимающего чунствитель" ного элемента по сравнению с измеряемым давлением. Это увеличение чувствительности связано с уменьшением чувствительного элемента. Однако напряжения, и Т@ также принодят к приращению сопротивления чувствительного элемента, которое, суммируясь с приращением, вызванным гидростатической частью тензора внутренних напряжений, дает повьппение чувствительности, что установлено экспериментально. Этот эффект возможен только в анизотропных телах, в том числе в полупроводниках, в которых особенности зонного строения обеспечивают суммирование эффектов пьезосопротивления, вызванных гидростатическим сжатием и одноосным растяжением (теллур). Проведенные эксперименты подтвердили возникновение этого эффекта (фиг. 2). Так для К = 0,67 чувствительность увеличивалась более чем в
10 раз а за счет снижения жесткос L ти она может увеличиться в l (1-К ) в 2 раза.
Таким образом, положительный эффект от использования изобретения достигается за счет применения нитевидного кристалла теллура трубчатой формы, обладающего сильной анизотропией электрических и пьезоэлектрических свойств, выбора полупроводникового материала, обладающего высокой пьезочунствительностью, суммирования эффектов, вызванных гидростатическим давлением и одноосными растяжениями.
Установим связь между К и верхним пределом .измеряемого давления
Р.. На внутренней поверхности трубчатого кристалла напряжения радиальное(б 3 и тангенциальное(о ) соотГ 9 ветственно равны
Б = — -- Р °
8 1-К
1273988 4 отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, полупроводниковый чувствительный элемент выполнен из кристалла теллура, имеющего трубчатую форму, на торцах которого установлены герметичные заглушки, при этом отношение внутреннего радиуса r трубчатого кристалла к,внешнему радиусу r опреде1О. ляется из соотношения
Согласно 3-й теории прочности наибольшие касательные напряжения не должны превышать 67, откуда б@ — б„c (63 14 или с учетом (3)
1+К
Р ГЯ) (s)
1-К (Б7 -Р
KC и (67 +P„ отсюда
Формула изобретения где (57 — предел прочности материала чувствительного элемента;
P — верхний предел измеряемого и давления.
Датчик гидростатического давления, содержащий полупроводниковый чувствительный элемент, к которому прикреплены контакты с токовыводами, дЯ вЂ” 4
Составитель В. Казаков
Редактор А. Гулько Техред И.Попович
Корректор А, ТЯско
Заказ 6482/50
Тираж 778 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4