Тензорезисторный датчик давления

Тензорезисторный датчик давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения избыточных давлений. Цель изобретения - уменьшение нелинейности датчика. Упругий элемент состоит из кольцевой части 1. цилиндрических оболочек 2 и 3 диска 4. На цилиндрической поверхности кольцевого подрезисторного выступа 6 размещены тензорезисторы 8 и 9, а на поверхности выступа 7 - тензорезисторы 10 и 11. При подаче давления во внутреннюю полость упругого элемента меридиональное сечение кольцевой части 3 повернется на угол р относительно точки 0. Так как тензорезисторы попарно размещены по разные стороны от оси X, тензорезисторы 8 и 9 испытывают деформацию растяжения, а тензорезисторы 10 и 11 -сжатия. Это позволяет реализовать измерительную мостовую схему с четырьмя активными тензорезисторами. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 1 9/04

ГОСУДАРСТВЕН<ЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 /Ю 2

70 (21) 4779801/10 (22) 08.01.90 (46) 23.08.92. Бюл. М 31 (71) Одесский политехнический институт (72) В.Е.Морозовский, А.Ю.Хусаинов, В.Ф.Семенюк и А.И.Кравченко (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 536407, кл. G 01 1 9/04, 1975.

Авторское свидетельство СССР

М 438893, кл. G 01 (9/04, 1972. (54) ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения избыточных давлений. Цель изобретения — уменьшение нелинейности датчика. Упругий элемент состоит из коль... 12,, 1756781 А1 цевой части 1, цилиндрических оболочек 2 и

3 диска 4. На цилиндрической поверхности кольцевого подрезисторного выступа 6 размещены тензорезисторы 8 и 9, а на поверхности выступа 7 — тензореэисторы 10 и 11, При подаче давления во внутреннюю полость упругого элемента меридиональное сечение кольцевой части 3 повернется на угол р относительно точки О. Так как тенэорезисторы попарно размещены по разные стороны от оси Х, тензорезисторы 8 и 9 испытывают деформацию растяжения, а тенэорезисторы 10 и 11- сжатия. Это позволяет реализовать измерительную мостовую схему с четырьмя активными тензореэисторами. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1756781

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения с высокой точность|о избыточных давлений.

Известен тензорезисторный датчик давления, содержащий корпус, на который опирается кольцо с размещенными на его . поверхностях тензореэисторами, поджатыми к этим поверхностям силовоспринимающим элементом, выполненным в виде разрезного стакана, снабженного на внутренней поверхности сгонной муфтой.

Недостатком датчика является малый коэффициент передачи и неизбежное трение тензорезисторов о торцовые поверхности изоляторов.

Известен тензореэисторный датчик давления, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде двух образованных коническими оболочками мембран, на цилиндрических участках которых размещены круглонавитые тенэорезисторы, а мембраны разнесены друг относительно друга по высоте и соединены между собой цилиндрическими участками.

Недостаток датчика Заключается в сложности геометрических форм мембран и ярковыраженной нелинейностй датчика, обусловленйой деформируемостью цилиндрических частей коническими участками, изменяющими угол наклона в процессе работы.

Целью изобретения является уменьшение нелинейности датчика, Цель достигается тем, что упругий элемент датчика выполнен в виде кольца с кольцевыми подреэисторными выступами, размещенными с каждой стороны его внешней цилиндрической поверхности; при этом основание подводящего штуцера соединено с первым торцом кольца соосно с ним установленной цилиндрической оболочкой, а empoA торец кольца снабжен диском, расположенным íà его отверстии, причем на втором торце кольца выполнена кольцевая проточка с образованием перемычки у первого его торца, а кольцевые проволочные тензорезисторы размещены на внешней цилиндрической поверхности кольцевых подреэисторйых выступов, при этом средний диаметр перемычки меньше среднего диаметра цилийдрической оболочки.

С целью повышения точности между кольцом и кольцевыми подрезисторными выступами размещены столбики, равномерНо расположенные по окружности, причем каждый из них соединен одним своим торцом с торцом кольца, а другим торцом через радиальную перемычку с кольцевым подрезисторным выступом.

С целью повышения линейности на втором торце кольца равномерно по окружности выполнены радиальные канавки с образованием ребер.

На фиг. 1 дана исходная конструкция датчика; на фиг, 2 — представлена конструкция датчика для измерения средних давлений; на фиг. 3 — разрез А-A на фиг. 2; на фиг. 4 — конструкция датчика для измерения малых давлений; на фиг. 5 — разрез Б-Б

10 рованное состояние упругого элемента осесимметричное, для анализа работы датчика достаточно рассмотреть плоскую задачу в меридиональном сечении, представленном на фиг. 1. При подаче давления Р во внут30 раннюю полость упругого элемента на кольцевую изгибэемую часть действует сила Гр, обусловленная давлением на донную часть, и сила Гз, обусловленная давлением на торец кольцевой изгибаемой части. Под дей35 ствием этих силовых . факторов меридиональное сечение кольцевой иэгибаемой части повернется на угол р относител ь н о точ ки О. П ри этом радиал ьн ые перемещения в зоне размещения тензорезисторов определяется следующим образом:

U1 =-P Y, (1) где j = 8,9,10,11.

Так как тензорезисторы попарно разме40 щены по разные стороны от ос» Х, при работе датчика тензорезисторы 8 и 9 испытывают приращение деформации растяжения, э тензорезисторы 10 и 11 — сжатия, Это позволяет реализовать измерительную

50 мостовую схему с четырьмя активными тенэорезисторами и обеспечить высокий коэффициент передачи датчика (м В/В), определяемый зависимостью

Кл = 250S Z,L, (2) где Я вЂ” коэффициент тензочувствительности материала тенэарезистороя, Из зависимостей (1)-(2) следует, что для получения высокого сигнала датчика при минимальном угле поворота (p) меридиона фиг. 4.

Упругий элемент, будучи цельным, состоит из кольцевой части 1, цилиндрических оболочек 2 и 3, диска 4, подводящего штуце15 ра 5, кольцевйх подреэисторных выступов 6 и 7, Нэ цилиндрической поверхности кольцевого подрезисторного выступа 6 размещены тензореэисторы 8 и 9, а на цилиндрической поверхности кольцевого

20 подрезисторного выступа 7- тенэорезисторы 10 и 11. От внешней среды рабочая зона тензореэисторов герметизируется кожухом

12 и крышкой 13.

Ввиду того, что напряженно-деформи5 1756781, 6 нального сечения кольцевой части, что бу- цевую часть рядом радиальных ребер, полдетобуславливать повышение точности из- ученных в результате выполнения с кругомерений, следует подрезисторные выступы вой симметрией на кольцевой изгибаемой располагать на возможно большем рассто- части радиальных канавок. Конструкция упянии по ординате от центра поворота. Уве-. 5 ругого элемента такой модификации предличением толщины кольца эта задача ставлена на фиг, 3. Он включает все решается только при увеличении давленйя. условно-составные части упругого элемента

При средних и малых давлениях наибо- датчика, представленного на фиг. 2, а на лее рациональном является увеличение рас- . внешнем торце eio изгибаемой кольцевой стояния У1 эа счет установки дискретных 10 части выполнен ряд радиальных канавок элементов между подрезисторными высту- . шириной д и глубиной Ь h, с образованием пами и кольцевой изгибаемой частью упру- ребер, что обеспечивает поведение кольцегого элемента; - .. -::- . - - вой части 3 (фиг. 2), как кольца при любой

Путь реализации этого технического ре- толщине Ь» (фиг. 3). шения представлен в датчике, показанном 15 .. Техническим преимуществом предлагайа фиг, 2. Здесь как и в исходной конструк- емого устройства по сравнению с прототиции упругий элемент, будучи цельным, пом является уменьшение нелинейности включает в себя следующие составные час- датчика и повышение точности измеренйй. ти: кольцевую часть 1, цилиндрические обо- . Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я лочки 2 и 3, диск 4, подводящий штуцер 5, 20 1. Тензорезисторный датчик давления, кольцевые подрезисторные выступы 6 и 7 содержащий корпус, установленные в нем . радиальные перемычки 14 и 15, столбики 16 упругий элемент с кольцевыми проволочныи 17, тенэорезисторы 18 и 19, размещенные ми тензорезисторамй и подводящий штуцер на цилиндрической поверхности кольцово-- .. c основанием, отл и ча ю щи и с я тем, что, го подрезисторного выступа 7, а тензорези- 25 с целью уменьшения нелинейности датчика, сторы 20 и 21 — на цилиндрической .в нем упругий элемейт выйолнен в виде поверхности кольцевого подрезисторного кольца с кольцевыми йодрезисторными вывыступа 6. От внешней среды рабочая зона ступами, размещенными с каждой стороны тензорезисторов герметизируется кожухом: его внешней цилийдрической поверхности, " 22 и крышкой 23.: .. : "-: 30 при этом основание подводящего штуцера

При работе датчика по причинам, ука- соединено с первйм торцом кольца соосно эанным при анализе датчика исходной кон-.; c ним установленной цилиндрической oGoструкции меридиональное сечение лочкой, а второй торец кольца снабжен ди ..- поворачивается на угол ф, но при этом ском, расположенным на его отверстии, радиальные перемещения U будут больше, 35 причем на втором торце кольца выполнена а следовательно, будет больше и коэффици- кольцевая йроточка с образованием пере., ент передачи датчика Кд, так как резко воз- мычки у первого его торца, а кольцевые прорастает У1, а из гиб на я жесткость волочные тензорезисторы размещены на совокупности . кольцевая часть 3 и подреэи- внешней цилиндрической поверхностй сторные выступы 6 и 7 возрастает незначи- 40 кольцевых подрезисторных выступов, при тельно ввиду круговой дискретности связей этом средний диаметр перемычки меньше между кольцевой частью и подрезисторны- среднего диаметра цйлйндрической оболочми выступами через столбики и радиальные ки, перемычки. Получение такой конструктив- . 2. Датчик пои. 1, отл ич à ю щи йс я ной модификации упругого элемента осуще- 45 тем, что, с целью повышения точности, в нем ствляется из тела вращения сквозным между кольцом и кольцевыми подрезисторсверлением ряда отверстий диаметра d, что ными выступами размещейы столбики, равобеспечивает высокую технологичность уп- номерно расположенные по окружности, pyror0 элемента. Для малых давлений высо- причем каждый из них соединен одним свота кОльца(й», фиг. 2) должна уменьшаться и 50 имторцомсторцомкольца,адругимторцом оно может преобразоваться в кольцевую через радиальную перемычку- с кольцевым пластину, деформирование которой сопро- . подрезисторным вйступом. вождается большими прогибами, что нега- . 3. Датчик по пп. 1 и 2, о т л и ч а ютивно сказывается на таком показателе шийся тем, что, с целью повышения качества датчика, как линейность, Для ней- 55 линейности, в нем на втором торце кольца тралиэации этого негативного явления равномерно ito окружности выполнены рапредлагается ужесточить изгибаемую коль- диальные канавки с образованием ребер.

1756781

1756781

94с. //

Составитель 4. Хусаинов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т. Палий

Редактор Н. Гунько

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3083 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5