Емкостный датчик давления

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для измерения давления с повышенной точностью в широком диапазоне температур.
Известен емкостный датчик давления, содержащий основной и боковой экраны, контактные площадки, обкладки конденсаторов, скрепленные между собой через нижнее кольцо жесткости, отверстия для связи с атмосферой. [Патент RU 2051347 С1 «Способ изготовления емкостных датчиков давления», опубликовано 27.12.1995].
Известен емкостный датчик давления, снабженный двумя плоскими дисками, образующими обкладки конденсатора, один из которых прикреплен с помощью штока к центру мембраны, а другой закреплен на торце стержня параллельно первому диску с зазором не более 0,1% длины волны, а крышка выполнена в виде чашеобразной мембраны с плоским дном и высотой, равной длине штока, и изготовлена из легированной стали, имеющей модуль упругости, не изменяющийся от температуры среды. [Патент RU 2177146 С1 «Датчик давления», опубликовано 20.12.2001 Бюл. №35].
Недостатками известных технических решений являются погрешность, обусловленная низкой устойчивостью к вибрациям, ударам, малая виброустойчивость, при которой возможен обрыв как самого токопровода подвижного диска, так и в местах его крепления, а также необходимость применения сложных технологических процессов изготовления емкостного узла.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности к полезной модели является емкостный датчик давления, содержащий корпус, который выполнен в виде штуцера, состоящего из двух жестко соединенных частей. К штуцеру жестко прикреплен неподвижный электрод через прокладку, которая создает начальный емкостный зазор. Неподвижный электрод выполнен в виде металлокерамической обкладки, в которой расположены два токопровода в одной плоскости со сформированным на обкладке электродом (планарное расположение). Металлокерамическая обкладка жестко соединена с токопроводами и корпусом [Полезная модель RU 97527 U «Емкостный датчик давления», опубликовано 10.09.2010 Бюл. №25] (прототип).
Недостатком данного устройства является низкая точность, обусловленная высокой погрешностью, вызванная наличием паразитных емкостей между обкладками рабочего конденсатора и корпусом датчика при его установке на рабочий объект, а также подключении параллельно другого датчика.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение точности измерения за счет исключения погрешности от влияния паразитных емкостей в широком диапазоне температур.
Указанный технический результат достигается тем, что в емкостном датчике давления, содержащем корпус, два плоских диска, выполненных в виде двух электродов, образующих обкладки конденсатора, при этом один из электродов подвижный и прикреплен с помощью штока к центру мембраны, другой электрод - неподвижный, выполнен в виде металлокерамической обкладки, в которой расположены два токопровода в одной плоскости со сформированным на обкладках электродом (планарное расположение), прокладку, создающую первоначальный емкостный зазор, согласно предлагаемой полезной модели неподвижный электрод жестко соединен через прокладку с мембраной, выполненной с утолщенной периферийной частью, на поверхности которой и на неподвижном металлокерамическом электроде дополнительно сформированы обкладки компенсационного конденсатора, разделенные на две симметричные части и подключенные к внешней схеме при помощи двух токопроводов.
Введение в конструкцию компенсационного конденсатора в совокупности с основными признаками позволит компенсировать паразитные емкости при подключении датчика на объект, или при подключении параллельно другого датчика, а также при изменении первоначального зазора между обкладками рабочего конденсатора и компенсационного конденсатора, вызванного изменением от температуры толщины прокладки, обеспечивающей начальный емкостный зазор.
На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого емкостного датчика давления, на фиг. 2 - электрическая схема емкостного датчика давления.
Емкостный датчика давления содержит корпус 1, мембрану 2 с утолщенной периферийной частью 3 с размещенными на ней обкладкой 4 компенсационного конденсатора, подвижный диск 5 с размещенной обкладкой 6 рабочего конденсатора, прокладку 7, неподвижный металлокерамический диск 8 с размещенной на ней обкладкой 9 и токопроводами 10 рабочего конденсатора, а также обкладкой 11 и токопроводами 12 компенсационного конденсатора.
Обкладка 9 разделена на две симметричные части и подключается к внешней схеме при помощи токопроводов 10. Обкладка 11 разделена на две симметричные части и подключается к внешней схеме при помощи токопроводов 12.
Емкостный датчика давления работает следующим образом.
При действии измеряемого давления на мембрану 2, последняя деформируется, что приводит к перемещению закрепленного на штоке мембраны подвижного диска в сторону металлокерамического диска, и следствие этого, к изменению первоначального зазора. В результате рабочая емкость конденсатора (Ср), образованная обкладками 6 и 9, увеличивается.
Компенсационная емкость конденсатора Ск, образованная обкладками 4 и 11, остается при этом неизменной. По отношению величины емкости рабочего конденсатора Ср к величине емкости компенсационного конденсатора Ск (эквивалентной емкости  судят об измеряемом давлении.
При подключении датчика на объект, или при подключении параллельно другого датчика, а также при изменении первоначального зазора между обкладками рабочего конденсатора и компенсационного конденсатора, вызванного изменением от температуры толщины прокладки, обеспечивающей начальный емкостный зазор, возникают паразитные емкости. При этом возникающие паразитные емкости компенсируются емкостями рабочего (Ср) и компенсационного конденсаторов (Ск), изменяющихся одинаково, и при делении Ср на Ск эквивалентная емкость Сэкв компенсируется и не влияет на выходной сигнал.
Таким образом, данное техническое решение емкостного датчика давления позволяет повысить точность измерения давления в широком диапазоне температур за счет исключения погрешности от влияния паразитных емкостей.