ДАТЧИК ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ
OVERPRESSURE SENSOR

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля и регулирования давления в качестве коммутационного устройства, выдающего сигнал о значении реально существующего избыточного давления.
В составе традиционных конструкций датчиков используют мембраны, меняющие свое положение в корпусе прибора в зависимости от значения избыточного давления. В книге Л.Е. Андреевой «Упругие элементы приборов». М., 1962 описываются соответствующие конструкции датчиков, предназначенных для фиксирования абсолютного значения давления, т.е. давления, сопоставляемого с вакуумом. Однако приемлемое решение для измерения избыточного давления в предложенном источнике информации описывается в общих чертах без подробного раскрытия конструктивных особенностей датчиков избыточного давления.
2
2
2
Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерения избыточного давления за счет снижения погрешности измерения до 5 раз. Одновременно обеспечивается высокая технологичность сборки приемного узла, уменьшается объем брака на завершающих операциях. При этом в составе одного датчика использованы модули, настраиваемые на различное номинальное давление. Верхний модуль, обеспечивающий измерение избыточного давления, на высоте может показывать величину давления 0,9 кгс/см, тогда как нижний модуль абсолютного давления настроен на 10 кгс/см, т.е. разница составляет 9,1 кгс/см. Микросхема оценивает результаты измерений и выдает электрический сигнал.
Двухмодульная схема обеспечивает получение точного значения избыточного давления за счет вычитания величины напряжения постоянного тока, вырабатываемого первым модулем из величины напряжения постоянного тока, вырабатываемого вторым модулем, которое ориентировано на вакуум и не меняется в течение всего срока эксплуатации.
При незначительном изменении избыточного давления двухмодульная схема обеспечивает значительное изменение выходного сигнала, которое другими средствами обеспечено быть не может.
Для достижения указанной цели двухмодульный датчик избыточного давления, содержащий корпус с подводящим патрубком, оснащен закрепленными в корпусе мембранами. Корпус, патрубок, мембраны и крышка датчика расположены по общей оси. Над подводящим патрубком размещена закрепленная посредством концентрических жестких втулок мембрана емкостного датчика абсолютного давления. Над ней при помощи других аналогичных профилированных втулок установлена мембрана емкостного датчика избыточного давления, закрепленная в нижней половине состоящего из двух частей корпуса. В нижней части корпуса установлена крышка, через которую в стеклянных втулках пропущены токопроводящие выводы от двух емкостных датчиков. По оси расположена трубка подвода наружного воздуха, поступающего в полость емкостного датчика избыточного давления, оснащенного собственными электрическими выводами.
Атмосферное давление поступает в корпус датчика через металлическую сетку, размещенную в верхней крышке датчика и трубку из коррозионно-стойкого материала, проходящую через печатные платы, защищенные от воздействия влаги воздуха лакокрасочным покрытием.
Полости, прилегающие к платам, заполнены эпоксидным компаундом. Это гарантирует постоянство их положения в течение всего срока эксплуатации датчика.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлен датчик избыточного давления в разрезе.
Датчик избыточного давления содержит корпус 1 с подводящим патрубком 2. Над подводящим патрубком 2 расположена мембрана опорного емкостного датчика 3. Закрепление мембраны 3 выполнено посредством концентрических жестких втулок 4 и 5, связанных между собой и корпусом 1 при помощи сварки. Токопровод 6 обеспечивает электрическую связь емкости опорного датчика, настроенного на абсолютное давление 3 с выводом 7. При помощи аналогичных жестких втулок 8, 9, 10 обеспечивается закрепление мембраны 11 рабочего емкостного датчика, воспринимающего избыточное давление. Токопроводы емкостного датчика 11 аналогичны токопроводу 6 и в разрезе не показаны.
Корпус датчика состоит из двух сопряженных частей 12, 13, в нижней части корпуса 12 установлена крышка 14, через которую в стеклянных втулках 15 пропущены токопроводящие выводы 6 от двух емкостных датчиков давления.
По оси крышки 14 расположена трубка 16, обеспечивающая подвод атмосферного воздуха в рабочую полость датчика. В верхней части корпуса 13 сформирована полость наружного воздуха, общий объем которой многократно превосходит объем рабочей полости датчика. Атмосферное давление поступает в корпус 13 через отверстие в его верхней крышке, достигая через трубку 16 рабочей полости датчика. Трубка 16 закреплена в печатных платах 17,18, защищенных от воздействия влаги атмосферного воздуха лакокрасочным покрытием.
Полости, прилегающие к электронным платам 17,18, дополнительно заполнены герметизирующим компаундом. Это гарантирует постоянство их положения в течение всего срока эксплуатации датчика. Защитное покрытие мембраны 11 обеспечивает возможность работы емкостного датчика, соприкасающегося с влагой атмосферного воздуха, причем уменьшенный объем подаваемой с воздухом влаги обусловлен малым сечением трубки 16 и наличием металлической сетки с мелкими отверстиями 19.
Влажный воздух попадает внутрь датчика через путанку, образованную свернутой в трубку металлической сеткой с мелкими отверстиями, часть влаги оседает на металлических поверхностях, что полностью исключает возможность образования капель конденсата, способных перекрыть отверстие трубки 16 и лишить датчик работоспособности.
0
X1
X2
X1
Х2
Преобразователь давления состоит из двух независимых модулей, чувствительных к давлению и расположенных соосно, которые связаны между собой общим корпусом с неподвижными электродами, нечувствительными к давлению. Конструкция каждого модуля состоит из мембраны с подвижным электродом, закрепленным по центру мембраны. Для обеспечения электроизоляции обкладок конденсаторов используются электроизолирующие стеклянные втулки. Симметричное расположение двух подвижных электродов относительно неподвижного электрода С образуют две емкости C и С, емкость которых изменяется пропорционально изменению давления, C - рабочее давление, С - атмосферное давление. Связь обкладок конденсаторов с печатной платой осуществляется через лепесток, соединенный с гермовыводом. Герметичный кожух, мембрана и гермовывод позволяют через дренажное отверстие гермовывода вакуумировать внутреннее пространство между обкладками конденсаторов, что обеспечивает измерение абсолютного давления и защищает обкладки конденсаторов от воздействия внешней среды. Печатные платы 17, 18 устанавливаются на кронштейне, крепятся между собой при помощи стоек и защищены от внешних воздействий кожухом с расположенной в нем металлической сеткой 19 с мелкими отверстиями, предназначенными для проникновения атмосферного воздуха и задержания влаги. Платы защищены от воздействия повышенной влажности лакокрасочным покрытием. Воздействие вибрации демпфируется при помощи компаунда, залитого в полость между печатными платами. Электрическая связь между датчиком и системой технической автоматики осуществляется с помощью вилки типа СНЦ.
X1
Х2
0
0
0
X1
0
Х2
Измеряемое давление через штуцер воздействует на мембрану первичного преобразователя Р1/С1 «давление-емкость» и вызывает изменение его рабочей емкости C, одновременно атмосферное давление воздействует через отверстие в кожухе и далее через трубку на мембрану первичного преобразователя Р2/С2 и вызывает изменение емкости С, оставляя неизменной опорные емкости С1 и С2. Параметрический преобразователь «емкость-напряжение» (C1/U1 и C2/U2) преобразует отношение опорных и рабочих емкостей Cl/C и С2/С емкостного датчика избыточного давления в напряжение постоянного тока.