ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Предлагаемая полезная модель относится к ракетно-космической технике (РКТ), а именно к датчикам давления, устанавливаемым на борту летательных аппаратов.
Известен емкостный датчик давления, содержащий основной и бедовой экраны, отверстия для связи с атмосферным давлением, диэлектрический изолятор, обкладку, мембрану, контактные площадки и отверстия для крепления датчика [1].
Недостатками устройства являются: малая устойчивость к вибрациям, ударам.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является 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 [2] (прототип).
Недостаток датчика 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.
Целью предлагаемой полезной модели является повышение виброустойчивости датчика.
Указанный технический результат достигается тем, что в емкостном датчике давления, содержащим корпус, два плоских диска, выполненных в виде двух электродов, образующие обкладки конденсатора, при этом один из электродов подвижный и прикреплен с помощью штока к центру мембраны согласно предлагаемой полезной модели корпус выполнен в виде штуцера состоящего из двух жестко соединенных частей, к которому жестко прикреплен неподвижный электрод через прокладку, создающую начальный емкостной зазор, причем неподвижный электрод выполнен в виде металлокерамической обкладки, в которой расположены два токопровода в одной плоскости со сформированным на обкладке электродом (планарное расположение). Применение в конструкции металлокерамической обкладки повышает виброустойчивость датчика за счет жесткого соединения токопроводов с металлокерамической обкладкой, которая в свою очередь также жестко соединена с корпусом.
На фигуре 1 приведена конструкция предлагаемого емкостного датчика давления.
Емкостный датчик давления содержит корпус 1, состоящий из двух частей 2, 3, подвижную металлостеклянную обкладку 4, состоящею из трех частей 5, 6, 7, прокладку 8, неподвижную металлокерамическую обкладку 9, состоящею из трех частей 10, 11, 12 (фигура 1).
Детали штуцер 2, мембрана 3 жестко соединены между собой сваркой 13, причем толщина d1 мембраны 3 рассчитывается в зависимости от номинального давления. Втулка 7 закреплена в обкладке 5 с помощью стеклянного изолятора 6 методом спая. Подвижная обкладка 4 закреплена на штоке мембраны 3 с помощью лазерной сварки 14. Токопроводы 11 с помощью глазури СК-7 крепятся в керамическом вкладыше 12, который закреплен в обойме 10 с помощью припоя 16. Для обеспечения равномерного емкостного зазора обкладку 4, закрепленную на корпусе 1 и обкладку 9 шлифуют и полируют до 14 класса чистоты с обеспечением неплоскостности 5 мкм, затем на плоскости 17 неподвижной металлокерамической обкладки 9 формируют электрод 18 с планарным расположением токопроводов 11. Электрод 18 разделен на две части симметричным пазом 19 (фигура 1, А-А). Неподвижная металлокерамическая обкладка 9 крепится к корпусу 1 через прокладку 8, которая обеспечивает начальный емкостной зазор, с помощью лазерной сварки 20.
Емкостный датчик давления работает следующим образом.
При воздействии измеряемого давления через штуцер 2 на мембрану 3 толщиной d1, последняя деформируется, что приводит к перемещению закрепленной на штоке мембраны 3 металлостеклянной обкладки 4 в сторону металлокерамической обкладки 9 и как следствие этого к изменению первоначального емкостного зазора d. В результате этого емкость измерительного конденсатора, образованного обкладками 4 и 9 увеличивается. По изменению емкости судят об измеряемом давлении.
Как правило, на концах электродов возникают краевые поля, т.е. происходит искривление электростатического поля. Для исключения данного недостатка в конструкции датчика возможно применение охранного кольца, а если его применение не возможно, то следует при расчетах емкости использовать поправочные коэффициенты [3].
В связи с тем, что в предлагаемой конструкции электрод 18 сформирован на керамике обладающей высокими изоляционными свойствами, металлостеклянная обкладка 4 закреплена на мембране 3 через стеклянный изолятор 6 и воздушный зазор между обкладкой 4 и мембраной 3 d2>>d, а снятие информации идет непосредственно с электрода 18 с планарным расположением токопроводов 11, то в нашем случае краевым эффектом можно пренебречь (см. фиг.1). Изготовленные и испытанные макетные образцы предложенного емкостного датчика давления в количестве 5 штук подтвердили данное решение, а также подтвердили заявленный технический результат.
Технический результат предлагаемой полезной модели следующий
В емкостном датчике давления предложены конструктивные решения, позволяющие изготовить емкостный датчик с повышенной виброустойчивостью.
Предлагаемая новая конструкция емкостного датчика давления позволяет производить контроль давления на борту летательных аппаратов, датчик может быть использован в РКТ и не требует сложных технологических и измерительных операций при изготовлении.