датчик разности давлений

Классы МПК:G01L13/02 с помощью упруго деформируемых элементов или поршней в качестве чувствительных элементов 
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-01-29
публикация патента:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тензорезистивным датчикам давления, и предназначено для измерения разности давления жидкости и газов. Техническим результатом изобретения является повышение стабильности датчика разности давлений. Датчик разности давления содержит корпус, в котором выполнены две полости, заполненные малосжимаемой электроизоляционной жидкостью. Каждая полость загерметизирована воспринимающей давление профилированной мембраной, расположенной с зазором относительно корпуса. Между полостями в корпусе герметично закреплен полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент. В датчик разности давлений введен второй полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, установленный между полостями встречно первому полупроводниковому тензорезистивному чувствительному элементу, а также сильфоны и пружины сжатия, предохраняющие чувствительные элементы от разрушения. 1 ил. датчик разности давлений, патент № 2395793

датчик разности давлений, патент № 2395793

Формула изобретения

Датчик разности давлений, содержащий корпус с двумя полостями, заполненными электроизоляционной жидкостью, каждая полость загерметизирована профилированной мембраной, расположенной с зазором относительно корпуса, между полостями герметично закреплен полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, отличающийся тем, что введен второй полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, установленный между полостями встречно первому полупроводниковому тензорезистивному чувствительному элементу, а также сильфоны и пружины сжатия, предохраняющие чувствительные элементы от разрушения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тензорезистивным датчикам давления, и предназначено для измерения разности давлений жидкости и газов.

Известен датчик разности давлений (см., например, патент РФ № 2098785, кл. G01L 13/02, 1996), содержащий корпус с двумя полостями, заполненными малосжимаемой электроизоляционной жидкостью и загерметизированными воспринимающими давление профилированными мембранами, полупроводниковый чувствительный элемент, установленный между полостями, два сильфона, герметично закрепленные между полостями.

В этом датчике в процессе измерения гофры сильфона, подпружиненные пружиной сжатия, сжаты до упора, при этом изменения геометрических размеров сильфона не происходит, эффективная площадь его остается постоянной, т.е. остается постоянным объем полостей, что увеличивает точность измерения.

Известен датчик разности давлений (см., например, патент РФ № 2325623, кл. G01L 13/02, 1996), содержащий корпус, в котором выполнены две полости, заполненные электроизоляционной жидкостью, при этом полости загерметизированы воспринимающими давление профилированными мембранами, расположенными с зазором относительно корпуса, а между полостями в корпусе герметично закреплены полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент и мембрана, два диска, расположенные по обеим сторонам мембраны, и пружины, которые прижимают диски к мембране.

Этот датчик является наиболее близким к предложенному.

В известном датчике мембрана, закрепленная между полостями в корпусе, при увеличении разности давлений перемещается, не позволяя разности давлений превысить допустимую величину, так как при определенной разности давлений одна из профилированных мембран ложится на корпус, предотвращая дальнейшее увеличение разности давлений между полостями, что исключает разрушение чувствительного элемента.

Однако известный датчик разности давлений обеспечивает измерение с ограниченным уровнем стабильности, который зависит в основном от стабильности характеристик полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение стабильности датчика разности давлений.

Для этого в датчик разности давлений, содержащий корпус, в котором выполнены две полости, заполненные малосжимаемой электроизоляционной жидкостью, при этом каждая полость загерметизирована воспринимающей давление профилированной мембраной, расположенной с зазором относительно корпуса, между полостями в корпусе герметично закреплен полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, введен второй полупроводниковый тензорезистивный чувствительный элемент, установленный между полостями встречно первому полупроводниковому тензорезистивному чувствительному элементу относительно измеряемых давлений.

На чертеже представлена схема предложенного датчика разности давлений.

Датчик разности давлений содержит корпус 1, в котором выполнены две полости 2, 3, два полупроводниковых тензорезистивных чувствительных элемента 4 и 5, установленные между полостями 2 и 3, соединенные с полостями профилированные мембраны 6 и 7; воспринимающие давление сильфоны 8, 9 и пружины сжатия 10, 11, предохраняющие чувствительные элементы от разрушения при превышении рабочего давления величины предельно-допустимого давления, разъем 12 для вывода выходного электрического сигнала S1 с полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента 5 и разъем 13 для вывода выходного электрического сигнала S2 с полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента 4, соединительные провода 14.

Работает датчик следующим образом.

При воздействии давления P1 на мембрану 7 и давления Р2 на мембрану 6 (в случае, если величина разности давлений датчик разности давлений, патент № 2395793 Р=P12 не превышает предельно-допустимого рабочего давления) разность давлений между полостями 3 и 2, равная датчик разности давлений, патент № 2395793 Р, воздействует на полупроводниковые тензорезистивные элементы 5 и 4, вырабатывающие электрические сигналы S1 и S 2, пропорциональные величине датчик разности давлений, патент № 2395793 Р. Сигнал S1 возрастает при увеличении датчик разности давлений, патент № 2395793 Р, а сигнал S2 уменьшается при увеличении датчик разности давлений, патент № 2395793 Р.

Из-за нестабильности полупроводниковых тензорезистивных чувствительных элементов происходит изменение сигналов S1 и S2 на датчик разности давлений, патент № 2395793 S1 и датчик разности давлений, патент № 2395793 S2, что соответствует относительной погрешности нестабильности

датчик разности давлений, патент № 2395793 и датчик разности давлений, патент № 2395793

Эта погрешность при совместной работе двух полупроводниковых тензорезистивных чувствительных элементов уменьшается за счет использования сигналов с обоих полупроводниковых тензорезистивных чувствительных элементов с преобразованием их в разность S, равную (S1-S2).

Величина разности сигналов (S1-S2) возрастает до двух раз по сравнению с сигналами S1 и S2 из-за того, что сигнал S1 возрастает, a S2 уменьшается.

Погрешность нестабильности для разности сигналов равна датчик разности давлений, патент № 2395793 .

Эта погрешность при достаточно близких значениях характеристик стабильности с разбросом до 20% снижается в 5410 раз по сравнению с аналогичной погрешностью для каждого отдельного полупроводникового тензорезистивного чувствительного элемента, поскольку разность (датчик разности давлений, патент № 2395793 S1-датчик разности давлений, патент № 2395793 S2) меньше каждого датчик разности давлений, патент № 2395793 S1 и датчик разности давлений, патент № 2395793 S2, a S больше S1 и S2 .

Датчик с двумя полупроводниковыми тензорезистивными чувствительными элементами имеет возможность работать совместно как со встроенной электронной схемой вычисления разности сигналов, так и с различными вариантами автономных вычислительных систем, обеспечивая при этом повышенную стабильность измерения разности давлений.

Класс G01L13/02 с помощью упруго деформируемых элементов или поршней в качестве чувствительных элементов 

плотномер гидростатический скважинный -  патент 2483284 (27.05.2013)
датчик давления из спеченной керамики, форма которой близка заданной -  патент 2452929 (10.06.2012)
распределенные оптические датчики давления и температуры -  патент 2436054 (10.12.2011)
способ измерения изменения давления в трубопроводе транспортировки жидкости и устройство для его осуществления -  патент 2426080 (10.08.2011)
обнаружение повреждения датчика давления -  патент 2407997 (27.12.2010)
способ измерения давления и датчик давления (варианты), измерительный преобразователь угла прогиба пластинки, измерительный преобразователь относительного угла прогиба пластинки -  патент 2371687 (27.10.2009)
встроенное кольцевое устройство для измерения давления -  патент 2369848 (10.10.2009)
датчик разности давлений -  патент 2333467 (10.09.2008)
датчик разности давлений -  патент 2325623 (27.05.2008)
датчик разности давлений -  патент 2324912 (20.05.2008)