ДАТЧИК АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ, СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОПОРНОГО ОБЪЕМА
ABSOLUTE PRESSURE SENSOR, METHOD FOR CREATION OF REFERENCE VOLUME

Изобретение относится к классу измерительных приборов и может быть использовано при разработке и изготовлении датчиков абсолютного давления с высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками.
-4
С целью повышения точности и устойчивости датчиков абсолютного давления к воздействию изменения температуры окружающей (измеряемой) среды применяют различные методы: производят вакуумирование опорного объема датчика до уровня высокого вакуума 10 мм рт. ст. или компенсацию объемного расширения газа, находящегося в опорном объеме за счет применения различных схем термокомпенсации.
Из предшествующего уровня техники известен датчик абсолютного давления, конструктивно разделенный на две полости, одна из которых является опорным объемом и подвержена вакуумированию путем откачивания воздуха через ниппель и поглощением остаточных газов геттерным узлом до остаточного давления  мм рт. ст.
(SU 1569608 A1, G01L 7/00, опубл. 1990.06.07)
К недостаткам первого метода можно отнести высокую сложность технологического процесса создания вакуума, а так же невысокую надежность, обусловленную потерей метрологических характеристик при натекании газа в опорный объем из-за высокого уровня разрежения в последнем.
Недостатки второго метода – невысокие метрологические характеристики при измерении низких давлений (менее 1 атм), а также необходимость применения дополнительных схем термокомпенсации.
Целью изобретения является повышение точности измерения и срока службы без необходимости создания высокого уровня разряжения в опорном объеме датчика абсолютного давления.
На фиг. 1 представлен датчик абсолютного давления; на фиг. 2 – кинематическая схема датчика абсолютного давления.
изм
Датчик абсолютного давления содержит штуцер (1), через который воздействует измеряемое давление P, воспринимающий элемент (3), выполненный в виде сильфона, соединенный со штуцером (1) с одной стороны и заглушкой (4) – с другой, шток (5), соединяющий заглушку (4), чувствительный элемент (6) и упругий элемент (7), выполненным в виде мембраны, корпус (2), соединяющий штуцер (1) и упругий элемент (7) и камеру разрежения (8), соединенную с упругим элементом (8).
Для изменения давления в камере разрежения служит ниппель 9.
В датчик абсолютного давления, состоящем из трех полостей: воспринимающей (ограниченной штуцером (1), воспринимающим элементом (3) и заглушкой (4)), средней (ограниченной штуцером (1), воспринимающим элементом (3), заглушкой (4), корпусом (2) и упругим элементом (7)) и опорной (ограниченной упругим элементом (7) и камерой разрежения (8)), создают разрежение в опорном объеме через открытый ниппель (9).
2
Величина создаваемого разряжения в опорном объеме Р определяется по следующей формуле:
2
где Р – давление в опорной полости;
1
Р – давление в средней полости;
1
S – эффективная площадь сильфона (3);
2
S – эффективная площадь мембраны (7).
Формула 1 получена из условия равновесия кинематической схемы, показанной на фиг. 2:
изм
изм
где F – сила, приложенная к сильфону от измеряемого давления P;
1
1
F – сила, приложенная к сильфону от давления в средней полости Р;
2
1
F – сила, приложенная к мембране от давления в средней полости Р;
3
2
F – сила, приложенная к мембране от давления в опорной полости Р;
б
F – реакционная сила чувствительного элемента.
1
2
1
2
3
Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению давления Р и Р в средней и опорной полостях датчика и, как следствие, к изменению усилий F, F, F.
где α – температурный коэффициент давления газа;
– изменение температуры газа.
1
2
Увеличение точности измерений достигается исключением влияния изменения давлений Р и Р в средней и опорной полостях датчика, что достигается выполнением условия:
При изменении температуры окружающей среды, с учетом формул 3, 4, 5 формула 6 примет вид:
После преобразования формулы 7 получим следующее выражение:
Таким образом, точность измерения повышается за счет исключения влияния изменения температуры в средней и опорной полостях датчика.
Пример. Применяя параметры конструктивных элементов датчика абсолютного давления такие как: эффективная площадь сильфона , эффективная площадь мембраны , а так же учитывая технологические возможности производства и принимая  рассчитывается необходимое давление разряжения в опорной полости:
Таким образом, увеличение точности измерений и срока службы достигается ограничением полостей датчика конструктивным методом.