ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к приборостроению, в частности к измерительным малогабаритным датчикам давления для систем пневмогидравлики, и может быть использована при их конструировании и производстве.
Простейший датчик давления представляет собой первичный преобразователь (механический, емкостной, тензометрический или иной), расположенный в корпусе с соответствующим выходом для указателя величины давления. Корпус состоит из различных по конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного фланцевого или резьбового соединения датчика с объектом. В более сложном варианте датчик в полости корпуса включает также измерительную плату для создания унифицированного выходного сигнала. При этом электрическая схема, расположенная на измерительной плате, представляет собой источник тепла внутри корпуса. Ее расположение относительно оси корпуса (чаще всего цилиндрического) может быть различным. При конструировании обычно исходят из требования уменьшения погрешности датчика, увеличения точности измерения в обоснованных эксплуатацией пределах.
Известен малогабаритный датчик, содержащий чувствительный элемент, размещенный в корпусе, который частично расположен в накидной гайке для крепления к объекту измерения (пат. RU №2040782, G01L 19/06, от 20.11.1984). При этом корпус выполнен в виде коленчатой четырехсекционной трубчатой конструкции, каждая последующая секция которой расположена перпендикулярно предыдущей, причем три секции расположены на минимальном расстоянии от накидной гайки, а четвертая секция расположена перпендикулярно продольной оси накидной гайки и направлена в сторону от нее. За счет отсутствия измерительной платы датчик имеет небольшую высоту, но значительный размер по горизонтали. Резьбовое крепление не относится к виброустойчивым.
В тоже время известен датчик давления, имеющий в корпусе измерительную плату, которая ориентирована параллельно оси цилиндрического корпуса (заяв. WO №2011047919. G01L 9/00, от 19.10.2009). Несмотря на то, что датчик предназначен для контроля давления тормозных приборов детали корпуса соединяются использованием замков за счет трения. А это не совсем надежно при вибрациях транспортных средств. Кроме того, измерительная плата расположена непосредственно над измерительным преобразователем, что может изменять его температуру при работе электрической схемы.
В ряде других технических решений измерительная плата расположена параллельно измерительному преобразователю. Так известен датчик давления, в котором измерительная плата крепится на выступах дополнительных втулок корпуса (пат. US №6298730, G01L 9/00, от 10.12.1998). При этом в выступ посадочного фланца через герметизирующую прокладку завальцовывается верхняя часть корпуса со штекерным разъемом. Входной отросток фланца при установке датчика входит в соответствующее отверстие на объекте с измеряемым давлением. Сам фланец с двумя отверстиями под болты может быть и накладным. Конструкция получилась с одной стороны компактной, а с другой стороны имеет много деталей сложной формы. Отсутствие экрана между преобразователем и платой не способствует созданию постоянных температурных условий для преобразователя. Известен датчик давления содержащий расположенный в общей полости корпуса чувствительный элемент с измерительной платой и тепловыделяющим элементом например, транзистором (пат. RU №2360221, G01L 9/04, от 29.03.2006). Введенный этим решением экран расположен над измерительным преобразователем и платой. То есть какая-то часть тепла от платы может воздействовать на преобразователь. Другой недостаток такого предложения заключается в необходимости его приклейки к корпусу и, следовательно, возникающих трудностей при необходимости его разборки. Кроме того, наличие резьбовых соединений между деталями корпуса не препятствует раскручиванию при воздействии вибраций.
Наиболее близким к предлагаемому решению является датчик давления, содержащий последовательно расположенные в общей полости корпуса чувствительный элемент и измерительную плату, которая связана со штекерной колодкой и выполнена в виде гибридной интегральной схемы, встроенной в измерительную плату (пат. RU №2261419, G01L 9/00, от 23.03.2001). Атмосферного отверстия как такового в датчике нет. К чувствительному элементу приклеена гибридная интегральная схема. Все тепловые и электромагнитные воздействия от источника тепла в виде измерительной платы датчика распространяются в полости с мембраной и тензорезисторами. Это изменяет их электрические параметры, увеличивая погрешность датчика.
Использование прижимных контактов создает наводки в элементах измерительной платы, что отрицательно влияет на используемую интегральную схему и другие подключения. Это ухудшает погрешность датчика. Передача механических усилий от контактов на мембрану также не способствует уменьшению погрешности датчика, потому что, различные воздействия, заложенные в конструкции, увеличивают время перехода к установившемуся режиму измерений давления. Кроме того, сложна конструкция в области соединения верхней и нижней части корпуса, хотя представленный вариант достаточно вибро и пылевлагоустойчив.
Поэтому остается необходимость в усовершенствовании конструкции датчика устраняя при этом некоторые из указанных недостатков, сохраняя его корпус разборным и повышая вибро и пылевлагоустойчивость.
То есть, задачей полезной модели является снижение температурного влияния измерительной платы на точность измерения, и повышение вибро и пылевлагоустойчивости конструкции. Достоинство усовершенствованного датчика состоит в возможности сборки частей корпуса между собой через прокладки, упругие свойства которых сохраняются в рабочем диапазоне температур датчика, при этом над чувствительным элементом расположен экран, отделяющий его от измерительной платы, а герметизация измеряемого давления осуществляется уплотнением, расположеным в проточке отростка (штуцера) фланца корпуса. Измерительную ячейку наиболее предпочтительно располагать на сборном, состоящем из нескольких частей корпусе, у которого измерительная ячейка изначально зафиксирована через прокладку, и который для подвода анализируемой среды жестко и неподвижно привинчивается к агрегату или трубопроводу как фланец со штуцером (отводом) или резьбовой штуцер. Эластомерная прокладка служит для компенсации внутренних напряжений датчика давления, передаваемых от корпуса датчика давления на металлический корпус чувствительного элемента, если чувствительный элемент вворачивается в материал с отличными характеристиками температурного коэффициента линейного расширения. Кроме того, упругие прокладки соответствующей формы устанавливаются между цилиндрической частью корпуса и посадочным местом на фланце и верхней крышкой. А также между указанной крышкой и посадочным местом для штекерного разъема, установленного сверху стоек над измерительной платой.
При этом, экран и измерительная плата закреплены в корпусе на стойках ввинченных в сквозные отверстия, выполняющих роль атмосферного отверстия, и размещенных до указанного уплотнения. При таком изменении конструкции отпадает необходимость в проведении нескольких операций, что упрощает и удешевляет конструкцию.
А сам экран может быть выполнен из тонкой полированной фольги, например, нержавеющей. Выполнение экрана из материала с низкой теплопроводностью повышает его экранирующую способность. Это уменьшает тепловые и электромагнитные воздействия на чувствительный элемент, снижая погрешность датчика.
Благодаря предложенным изменениям датчик имеет компактную конструкцию и обладает более высокой вибро- и пылевлагозащищенностью. Это важно при использовании, например, на подвижном составе в системе управления тормозами поезда. Испытания показали, что дополнительные уплотнения уменьшают воздействия вибраций на винтовые соединения корпуса, а стоечное резьбовое соединение пропускает воздух в полость корпуса, но влагу и пыль не пропускает. Таким образом, указанные признаки решают поставленную задачу. Рассмотренные выше, а также другие отличительные особенности вариантов осуществления предлагаемых изменений помимо формулы представлены более подробно также с использованием чертежа, где показано:
на фиг.1 - разрез выполненного датчика давления, имеющего измерительную ячейку и плату, которая с помощью отдельных резьбовых стоек крепятся к фланцу корпуса и над которой установлен электрический разъем.
Датчик давления содержит нижнюю фланцевую часть корпуса 1 с отводом 2, в котором по диаметру имеется проточка 3 для прокладки 4, изолирующей измеряемое давление от атмосферного давления. На эту деталь через прокладку 5 крепится измерительный преобразователь 6. А в сквозные резьбовые отверстия 7, расположенные до цилиндрической части 8 корпуса вворачиваются стойки 9, на которых крепятся через втулки экран 10, измерительная плата 11 и плата 12 со штекерным разъемом 13. Плата 12 привинчивается сверху на стойки 9, а к ней в свою очередь крепится верхняя крышка 14, которая прижимает цилиндрическую часть к фланцевой части корпуса. Тонкие зластомерные прокладки 15 установлены между цилиндрической частью и фланцевой (или крепежной, если применяется, например, винтовое крепление к измеряемому объекту), а также между верхней крышкой 14 и цилиндрической частью 8 корпуса. Между платой 12 с разъемом и верхней крышкой также устанавливается прокладка 16 соответствующей толщины. Экран 10 разделяет корпус на две полости, экранирует тензопреобразователь от тепловых воздействий платы, а прокладки выполняют функцию по вибро- и пылевлагозащищенности. Материал для прокладок выбран так, чтобы упругие свойства сохранялись в рабочем температурном диапазоне датчика. Экран может быть выполнен из малопроводящего тепло материала, в том числе нержавеющей полированной фольги.
Предлагаемые усовершенствования внесены в конструкторскую документацию для производства датчиков давления.