ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения давления газов и жидкости.
Известно устройство для измерения давления, содержащее корпус с цоколем, проставку из полупроводникового материала, полупроводниковый датчик давления и измерительную мембрану [1], что обеспечивает надежную защиту чувствительной измерительной мембраны от механических деформаций.
Недостаток известного устройства состоит в том, что полупроводниковый датчик давления имеет крайне узкий диапазон измерения рабочего давления.
Наиболее близким известным техническим решением к предлагаемой полезной модели является датчик давления, содержащий цилиндрический корпус с подводящей магистралью давления в рабочую полость, мембрану с изменяющейся жесткостью, установленную внутри рабочей полости, емкостной преобразователь линейного перемещения мембраны в электрический сигнал, электрические выводы, основной и дополнительный СВЧ резонаторы [2]. За счет изменяющейся жесткости мембраны обеспечивается широкий диапазон измерения давления.
Недостаток прототипа заключается в том, что изменяющаяся жесткость мембраны не обеспечивает в должной мере линейный вид выходной статической характеристики датчика давления.
Целью полезной модели (техническим результатом) является повышение линейности выходной статической характеристики датчика давления.
Сущность полезной модели состоит в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: цилиндрического корпуса с подводящей магистралью давления в рабочую полость, мембраны с изменяющейся жесткостью, установленной внутри рабочей полости, емкостного преобразователя линейного перемещения мембраны в электрический сигнал и электрических выводов, предлагаемый датчик давления содержит электронную модель датчика давления, преобразователь давления в электрический сигнал, фиксатор насыщения на два входа, релейный элемент и электронное звено с зоной нечувствительности, равной зоне насыщения датчика давления, вход преобразователя давления в электрический сигнал подключен к входной магистрали давления датчика, а выход преобразователя давления в электрический сигнал подсоединен к входам электронной модели датчика давления и электронного звена с зоной нечувствительности, выход которого связан с одним входом фиксатора насыщения, другой вход которого подключен к электрическому выводу датчика давления, выход фиксатора насыщения подсоединен к входу релейного элемента, размыкающий контакт которого включен в цепь между выходом преобразователя линейного перемещения мембраны и электрическим выводом датчика давления, замыкающий контакт релейного элемента подключен к выходу электронной модели датчика давления.
Новизна полезной модели заключается в том, что предлагаемый датчик давления содержит электронную модель датчика давления, преобразователь давления в электрический сигнал, фиксатор насыщения на два входа, релейный элемент и электронное звено с зоной нечувствительности, равной зоне насыщения датчика давления, вход преобразователя давления в электрический сигнал подключен к входной магистрали давления датчика, а выход преобразователя давления в электрический сигнал подсоединен к входам электронной модели датчика давления и электронного звена с зоной нечувствительности, выход которого связан с одним входом фиксатора насыщения, другой вход которого подключен к электрическому выводу датчика давления, выход фиксатора насыщения подсоединен к входу релейного элемента, размыкающий контакт которого включен в цепь между выходом преобразователя линейного перемещения мембраны и электрическим выводом датчика давления, замыкающий контакт релейного элемента подключен к выходу электронной модели датчика давления, что обеспечивает повышение линейности выходной статической характеристики датчика давления.
Функциональная схема предлагаемого датчика давления изображена на чертеже, где обозначено:
- датчик давления;
- мембрана;
- чувствительный элемент мембраны с изменяющейся жесткостью;
- противодействующий элемент мембраны (отрицательная обратная связь);
- преобразователь линейного перемещения мембраны в электрический сигнал (преобразователь);
- электрический суммирующий элемент (электрический вывод);
- электронная модель датчика давления;
- модель чувствительного элемента датчика давления;
- модель обратной связи датчика давления;
- электронная модель мембраны;
- модель преобразователя линейного перемещения мембраны в электрический сигнал (модель преобразователя);
- фиксатор насыщения;
- переключающие контакты релейного элемента;
- преобразователь давления в электрический сигнал;
- электронное звено с зоной нечувствительности, равной зоне насыщения датчика давления.
Предлагаемый датчик давления работает следующим образом.
В линейном режиме работы датчика давления 1 измеряемое давление прогибает мембрану 2 с изменяющейся жесткостью, которая выполняет функцию чувствительного элемента 3 датчика. Упругие противодействующие свойства 4 мембраны 2 выполняют роль отрицательной обратной связи 4 датчика. Линейное перемещение мембраны 2 преобразуется с помощью преобразователя 5 в электрический сигнал, который через размыкающий контакт переключателя 13 поступает на суммирующий выход (электрический вывод) 6 датчика давления. Статическая выходная характеристика реального датчика давления 1 имеет нелинейный участок с зоной насыщения, что вызывает существенные неточности измерения давления.
Одновременно с работой датчика давления 1 происходит отслеживание его работы электронной моделью 7 датчика давления. Электронная модель 7 датчика давления имеет строго линейную статическую выходную характеристику. При достижении измеряемого давления границ В линейного участка выходной статической характеристики датчика давления 1 включается фиксатор насыщения 12 по одному из его входных сигналов, а именно: по выходному сигналу электронного звена 15 с зоной нечувствительности В или по выходному сигналу датчика давления 1. Релейный элемент фиксатора насыщения 12 своими переключающими контактами 13 отключает выходной сигнал преобразователя 5 и подключает выходной сигнал модели преобразователя 11 к входу суммирующего элемента 6. Вместо нелинейных искажений реального датчика давления 1 в зоне его насыщения В на выход датчика давления будет подаваться выходной сигнал модели 7 датчика давления, что позволит получить большой линейный участок выходной статической характеристики датчика давления 1.
Промышленная осуществимость полезной модели обосновывается тем, что в ней использованы известные в аналоге и прототипе узлы и блоки по своему прямому назначению. В организации-заявителе изготовлена модель заявляемого датчика давления в 2013 году.
Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается не менее чем на 15…20% линейность выходной статической характеристики датчика давления в зоне его насыщения.
Источники информации
1. Патент RU 2441208 на изобретение «Устройство для измерения давления», МПК G01L 9/00, приоритет: 07.11.2008, авторы Гетман Игорь (DE) и др., патентообладатель: Эндрес+Хаузер, (аналог).
2. Патент RU 2457451 на изобретение «Датчик давления», МПК G01L 9/00, приоритет: 13.04.2010, авторы: Скачков С.А. и др., патентообладатель: ФГКВОУ ВПО «ВА войсковой ПВО ВС РФ имени Маршала Советского Союза A.M. Василевского» МО РФ, (прототип).