Тензорезистивный преобразователь давления

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и контроля давления газовых и жидких сред в различных областях техники.
Известен датчик давления мембранный - ДЦМ, содержащий корпус с крышкой и размещенным на ней разъемом для подключения электрического кабеля электропитания и связи, встроенную в корпус мембрану, в корпусе размещена электронная плата для обработки сигнала (см. патент РФ №120221, МПК G01L 9/04, опубл. 2012).
Недостатками данной конструкции являются низкая прочность закрепления преобразователя в объекте измерения и контроля давления, отсутствие гарантии защиты от влияния внешних дестабилизирующих факторов, таких как воздействие агрессивных сред, повышенной температуры объекта измерения, внешнего электромагнитного поля в конструкции элементов, обеспечивающих безотказность работы преобразователя во время измерений и контроля давления коррозионно-активных газовых и жидких сред, ограниченный уровень унификации выходного электрического интерфейса преобразователя.
Технической задачей является повышение прочности закрепления преобразователя в корпусе объекта измерения и контроля давления, повышение безотказности работы преобразователя при измерении и контроле давления коррозионно-активных газовых и жидких сред, повышение уровня унификации выходного электрического интерфейса преобразователя.
Техническая задача достигается тем, что в тензорезистивном преобразователе давления, содержащем корпус с крышкой и размещенным на ней разъемом для подключения электрического кабеля электропитания и связи, встроенную в корпус мембрану с тензорезисторами, электронную плату для обработки сигнала, согласно полезной модели, корпус дополнен штуцером с каналом подвода давления, имеющим ступенчатую наружную поверхность, причем верхняя ступень наружной поверхности цилиндрическая и имеет резьбу, а нижняя ступень наружной поверхности коническая, мембрана выполнена двухслойной, причем нижний слой мембраны является частью штуцера и изготовлен из титана, а верхний слой мембраны изготовлен из сапфира с нанесенными на него полупроводниковыми тензорезисторами, изготовленными из монокристаллического кремния, электронная плата представляет собой печатный блок измерительной цепи преобразователя, собранный на печатной плате и расположенный внутри корпуса между мембраной и крышкой, а выводы электронной платы подключены к разъему, выполненному в виде цилиндрического электрического соединителя с винтовым креплением к крышке корпуса преобразователя и гаечным креплением выходного электрического кабеля.
Технический результат состоит в повышении прочности закрепления преобразователя в корпусе объекта измерения и контроля давления, повышении безотказности работы преобразователя при измерении и контроле давления коррозионно-активных газовых и жидких сред, повышении уровня унификации выходного электрического интерфейса преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен тензорезистивный преобразователь давления.
Тензорезистивный преобразователь давления содержит корпус 1 с крышкой 2, соединенной с ним через уплотнение 3 и присоединительное утолщение 4, расположенный на крышке 2 разъем 5, выполненный в виде цилиндра и представляющий собой электрический соединитель с винтовым креплением к крышке 2 корпуса 1 и гаечным креплением 6 для размещения выходного электрического кабеля 7, что повышает уровень унификации выходного электрического интерфейса преобразователя. В корпус 1 встроена мембрана, состоящая из верхнего 8 и нижнего 9 слоев. В корпусе 1 размещена на подложке 10 электронная плата 11 для обработки сигнала. Корпус 1 имеет в своей верхней части штуцер 12 с каналом 13 для подвода давления, соединенный с корпусом 1 гайкой 14, причем штуцер 12 имеет ступенчатую наружную поверхность, верхняя ступень которой выполнена цилиндрической и имеет резьбу, а нижняя ступень выполнена конической, что обеспечивает более высокую прочность закрепления преобразователя в корпусе объекта измерения и контроля давления. Нижний слой 9 мембраны является частью штуцера 12 и изготовлен из титана, а верхний слой 8 мембраны изготовлен из сапфира с нанесенными на него полупроводниковыми тензорезисторами (на чертеже не показаны), изготовленными из монокристаллического кремния, что повышает безотказность работы преобразователя при измерении и контроле давления коррозионно-активных газовых и жидких сред. Электронная плата 11 представляет собой печатный блок измерительной цепи преобразователя, собранный на печатной плате и расположенный внутри корпуса 1 между верхним слоем 8 мембраны и крышкой 2, что повышает технологичность сборки печатного блока. Выводы 15 электронной платы 11 через контактную площадку 16, контактирующую с разъемом 5, подключены к кабелю 7, что повышает уровень унификации выходного электрического интерфейса преобразователя.
Работа полезной модели осуществляется следующим образом.
При подаче давления рабочей среды через штуцер 12 с каналом 13 подвода давления и нижним слоем 9 мембраны происходят деформация изготовленного из титана нижнего слоя 9 мембраны, деформация изготовленного из сапфира верхнего слоя 8 мембраны и нанесенных на него полупроводниковых тензорезисторов, изготовленных из монокристаллического кремния. Вследствие деформации электрическое сопротивление полупроводниковых тензорезисторов изменяется пропорционально изменению давления рабочей среды. Электронная плата 11 преобразует электрическое сопротивление полупроводниковых тензорезисторов в постоянное электрическое напряжение, изменяющееся в унифицированном диапазоне значений, которое подается на выход преобразователя через разъем 5 и кабель 7. Защита верхнего слоя 8 мембраны с полупроводниковыми тензорезисторами от влияния внешних дестабилизирующих факторов, таких как воздействие агрессивных сред, повышенной температуры объекта измерения, внешнего электромагнитного поля, осуществляется элементами корпуса 1, крышки 2, штуцера 12 с каналом 13 подвода давления и нижним слоем 9 мембраны.