ДАТЧИК ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к технике полупроводниковых приборов, в частности, к изготовлению тензодатчиков механических величин с использованием тензочувствительных полупроводниковых резисторов.
Наиболее близким по технической сущности является датчик давления, включающий соединенную с опорой первую мембрану, принимающую давление, которая соединена толкателем со второй мембраной, также соединенной с опорой через жесткую компенсационную мембрану. Деформация второй мембраны превращается тензочувствительными полупроводниковыми резисторами (тензорезисторами), расположенными на второй мембране, в электрический сигнал, регистрируемый измерительной аппаратурой. Между двумя мембранами выполнена замкнутая полость.
(DE 10131688, G01L 9/00, G01L 9/04, опубл. 2002.07.04)
Однако известный датчик давления не может использоваться как датчик избыточного давления, поскольку измеряет давление относительно давления в замкнутой полости между двумя мембранами. При выполнении отверстия, соединяющего полость между мембранами с окружающей атмосферой, приводит к попаданию в указанную полость агрессивных веществ (газов, паров, масел, жидкостей), которые в результате коррозии чувствительных элементов мембран со временем могут привести к значительным изменениям параметров датчика давления.
Задачей и техническим результатом полезной модели является создание датчика избыточного давления с двумя мембранами, обладающей повышенным временем работы в агрессивных средах.
Технический результат достигается тем, что датчик избыточного давления, включает опору (1) мембран, первую мембрану (2), принимающую давление, толкатель (3), соединяющий первую мембрану (2) со второй мембраной (4), на которой расположены тензорезисторы (5), а также полость (6) между мембранами, причем опора (1) мембран выполнена из двух сваренных между собой элементов: первого опорного кольца (7), соединенного с первой мембраной (2), и второго опорного кольца (8), соединенного со второй мембраной (4), а полость (6) соединена с окружающей атмосферой через неплотности сварного соединения (9) первого и второго опорных колец (7, 8).
Кроме того, первая и вторая мембраны (2, 4) выполнены в виде дисковых мембран с жестким центром; первое опорное кольцо (7) выполнено в виде диска с отверстием для прохода толкателя (3) и снабжено кольцевым выступом (10) для соединения с первой мембраной (2) по ее периферии; между плоскостями первой мембраны (2) и первого опорного кольца (7) выполнен зазор (11); неплотности сварного соединения первого и второго опорных колец (7, 8) образованы выполнением прерывистого сварного шва; площадь первой мембраны (2) больше площади второй мембраны (4).
Полезная модель быть проиллюстрировано рисунком мембран на опоре из двух элементов (фиг.1, вид сбоку), а также рисунком датчика избыточного давления, включающего мембраны на опоре из двух элементов (фиг.2, вид сбоку), где:
1 - опора мембран;
2 - первая мембрана;
3 - толкатель;
4 - вторая мембрана;
5 - тензодатчик (тензочувствительный полупроводниковый резистор);
6 - полость между мембранами;
7 - первое опорное кольцо;
8 - второе опорное кольцо;
9 - сварное соединение опорных колец (7, 8);
10 - кольцевой выступ первого опорного кольца;
11 - зазор между плоскостями первой мембраны (2) и первого опорного кольца (7).
При наличии в датчике давления по полезной модели двух мембран (2, 4) с жестким центром на опоре (1), которые имеют разную площадь и которые соединены толкателем (3), имеет место эффект усиления (мультипликации) давления, что позволяет использовать датчик для измерения малых давлений. Выполнение опоры (1) мембран из двух сваренных между собой элементов: первого и второго опорных колец (7, 8), сварное соединение которых имеет неплотности (сквозные отверстия, непровар, отсутствие части сварного шва и т.п.), позволяет создать канал (каналы), соединяющий (-щие) полость (6) между мембранами, с окружающей атмосферой. Наличие соединения полости (6) с окружающей атмосферой, позволяет использовать датчик по полезной модели как датчик избыточного давления. Неплотности сварного соединения (9) - сварного шва, имеющие малый размер, работают как фильтр, препятствуя попаданию в полость (6) частиц агрессивных веществ из окружающей атмосферы, что увеличивает время надежной работы датчика избыточного давления по полезной модели.
Мембраны по полезной модели и элементы опоры (1) изготавливают преимущественно токарной обработкой из нержавеющей стали типа 03X11H10M2T или титанового сплава ВТ 22 с высоким модулем упругости.
Пример 1. Был изготовлен датчик по полезной модели, мембраны которого (2, 4), толкатель (3) и элементы опоры (7, 8) были выполнены из стали 03X11H10M2T. Первая дисковая мембрана (2) диаметром 20 мм была выполнена с жестким центром путем проточки кольцевой канавки шириной 2,5 мм и внешним диаметром 18 мм. Первая мембрана по периферии соединялась сваркой кольцевым выступом (10) первого опорного кольца (7), выполненного в виде диска с центральным отверстием для прохода толкателя (3). Между плоскостями первой мембраной (2) и первого опорного кольца (7) был выполнен зазор (11) для ограничения хода мембраны. Вторая дисковая мембрана (4) диаметром 10 мм была выполнена с жестким центром путем проточки кольцевой канавки с внешним диаметром 7 мм и внутренним диаметром 3 мм. Данная мембрана соединялась сваркой с толкателем (3) и по периферии - со вторым опорным кольцом (8). Соединение опорных колец (7, 8) осуществляли лазерной сваркой. Неплотности сварного соединения (9) осуществляли формированием прерывистого (пунктирного) сварного шва путем прерывания лазерного луча. На 5 мм сварного шва величина непровара составила 1 мм (величина зазора в 20 мкм между свариваемыми элементами задается требованиями под сварку). После соединения первой мембраны (2) с толкателем (3) на поверхность второй мембраны (4) известными способами наносили тензорезисторы (5) и соединяли их в измерительный мост Уитстона.
Испытания датчика избыточного давления по полезной модели в магистралях, эксплуатирующихся в агрессивной атмосфере, содержащей частицы масла и пыли при температурах до 130°С, показали стабильную работу датчика в течение 1500 часов.