Датчик температуры и давления

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения температуры и давления газообразных и жидких сред в нефтяной, химической промышленности, приборостроении и коммунальном хозяйстве.
Известен полупроводниковый чувствительный элемент датчика давления, содержащий размещенные в полупроводниковую мембрану с выполненным под ней углублением, которое является приемной полостью тензокристалла, на полупроводниковой мембране сформированы соединенные в измерительный мост тензорезисторы, причем периферийная часть мембраны жестко скреплена с соосно расположенным с ней стеклянным основанием, в котором имеется отверстие, стеклянное основание жестко соединено с металлическим корпусом чувствительного элемента датчика давления, в металлическом корпусе имеется отверстие, расположенное соосно отверстию в стеклянном основании, материалы, из которых выполнены полупроводниковый чувствительный элемент, стеклянное основание и металлический корпус чувствительного элемента имеют одинаковые температурные коэффициенты линейного расширения, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и надежности работы датчика давления, металлический корпус чувствительного элемента датчика имеет резьбовое крепление и углубление, в котором размещается резиновая прокладка, служащая амортизатором внутренних давлений, передаваемых от корпуса датчика на металлический корпус чувствительного элемента (Патент РФ на ПМ №44384; G01L 19/04, д. публ. 13.04.2020).
Недостаток этой конструкции заключается в том, что не решен вопрос с измерением температуры, а также сложно в изготовлении. Имеется много переходных клееных соединений, влияющих на надежность. Сама мембрана не защищена от пульсаций потока - имеется амортизатор только к корпусу.
Известен модуль с датчиком давления, состоящий по меньшей мере из корпуса и датчика давления, который расположен в собственном корпусе, выполненном отдельно от корпуса модуля, и защищен защитным материалом, отличающийся тем, что корпус (8) датчика давления прилегает к корпусу (3) модуля и заключен в заливочный компаунд (17), которым он закреплен в корпусе (3) модуля (Патент РФ на изобретение №2279650; G01L 19/06, д. публ. 10.07.2006 г.). Недостаток конструкции заключается в том, что ввиду жесткости монтажа отсутствует демпфирование пульсаций потока, что снижает ресурс изделия.
1
2
1
2
Наиболее близким к предлагаемому в качестве полезной модели техническому объекту является датчик температуры, содержащий корпус, чувствительный элемент с контактными узлами в виде терморезистора, снабженного защитным слоем, наружный слой которого выполнен из органического компаунда, отличающийся тем, что терморезистор расположен вне корпуса устройства, и его защитный слой полностью выполнен путем заливки органическим компаундом, причем диаметр защитного слоя от диаметра терморезистора находится в соотношении: D=2,5⋅D, кроме того, терморезистор снабжен дополнительно решеткой в виде вертикально ориентированного цилиндрического элемента с сетчатой боковой поверхностью, установленного от защитного слоя на расстоянии Р, равного 0,5-2 мм, при этом верхняя часть решетки расположена на корпусе устройства, где D - диаметр защитного слоя; D - диаметр терморезистора; P - расстояние от решетки до защитного слоя терморезистора (Патент РФ на ПМ №197211, МПК: G01K 7/16 д. публ. 13.04.2020 г.).
К техническому результату относится повышение функциональности устройства путем установки датчиков температуры и давления в одном корпусе, и конструктивную связь обоих датчиков с одним каналом для измерения температуры и давления.
Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что датчик давления и температуры содержит корпус, чувствительный элемент с контактными узлами в виде терморезистора, снабженного защитным слоем, который выполнен путем заливки органическим компаундом. При этом устройство снабжено еще датчиком давления, расположенным в одном корпусе с датчиком температуры. Датчик давления, в свою очередь, расположен в полости корпуса в его верхней части, а датчик температуры в полости корпуса, расположенной под верхней полостью датчика давления. Причем оба датчика связаны с одним каналом для измерения давления и температуры жидкости или газа, который отделен от них с помощью уплотнительного кольца. Кроме того, корпус в нижней части выполнен с патрубком, также снабженным уплотнительной прокладкой, служащей для установки корпуса датчиков на посадочное место. В свою очередь, внутри вокруг полости с датчиком давления корпус обеспечен резьбовой втулкой, взаимодействующей с винтовой гайкой, обеспечивающей сжатие уплотнительного кольца датчика давления. При этом резьбовая втулка с боковой стороны снабжена углублением для расположения в ней чувствительного элемента датчика температуры.
Датчик температуры и давления поясняется чертежом-схемой
на фиг 1 - датчик температуры и давления, где
1 - корпус; 2 - выводы; 3 - крышка; 4 - коммутационная плата;
5 - чувствительный элемент в виде терморезистора; 6 - защитный слой в виде компаунда; 7 - датчик давления; 8 - канал для измерения давления и температуры жидкости или газа; 9 - защитная оправка дачника давления 7; 10 - уплотнительное кольцо с каналом (под датчиком давления); 11 - патрубок снизу корпуса; 12 - уплотнительная прокладка (или кольцо) корпуса 1; 13 - посадочное место; 14 - резьбовая втулка; 15 - винтовая гайка; 16 - плата преобразователя давления.
Датчик температуры и давления изготовлен из пластикового корпуса 1 с монтажными элементами для крепления к посадочному месту и выводами 2 для подключения к внешнему разъему, соединенными с элементами устройства. Пластиковый корпус снабжен крышкой 3 и коммутационной платой 4. Датчик температуры в виде чувствительного элемента - терморезистора 5 с защитным теплопроводным слоем 6, который выполнен путем заливки органическим компаундом, расположен в полости корпуса в его нижней части. Датчик давления 7 расположен в полости корпуса в его верхней части. Оба датчика температуры 5 и датчик давления 7 связаны с одним каналом 8 для измерения давления и температуры жидкости или газа, который отделен от них с помощью уплотнительного кольца 10. Кроме того, корпус в нижней части выполнен с патрубком 11, также снабженным уплотнительной прокладкой 12, служащей для установки корпуса 1 датчиков на посадочное место 13. Патрубок 11 имеет канал в полость датчика давления 7. Патрубок 11с уплотнительной прокладкой 12 корпуса 1 позволяет вставлять этот патрубок 11 в виде штуцера в посадочное место 13, в котором находится анализируемая среда. При этом уплотнительная прокладка 12 патрубка 11 относительно посадочного места 13 обеспечивает контакт находящейся в ней анализируемой среды только с датчиком давления 7, и не допускает утечку этой среды через место состыковки патрубка 11 в полость с датчиком давления 7. Вокруг полости с датчиком давления 8 в корпусе 1 установлена резьбовая втулка 14, взаимодействующая с винтовой гайкой 15, обеспечивающей сжатие уплотнительного кольца 20 датчика давления 7, при этом резьбовая втулка 14 с боковой стороны снабжена углублением для расположения в ней чувствительного элемента датчика температуры 5.
При последовательной сборке после установки терморезистора 5 и закреплении его теплопроводным компаундом 6 через уплотнительное кольцо 10 устанавливается датчик давления 7. Уплотнительное кольцо 10 помимо функции герметизации полости позволяет сгладить скачки давления. При необходимости, с целью исключения повреждений при затяжке используется защитная оправка 9 под датчик давления 7 под размеры гайки 15. На выводы датчика давления 7 устанавливается плата преобразователя давления 16. Коммутационная плата 4 соединяет терморезистор 5 и плату преобразователя давления 16 с выводами 2, расположенными в корпусе 1. Допускается применение проводов вместо коммутационной платы 4. Защитная крышка 3 может крепиться любым доступным способом - приклейка, свинчивание, защелкивание или сварка.
Применение в качестве полезной модели датчика температуры и давления позволит обеспечить возможность одновременного измерения давления и температуры потока с высокой точностью, добиться надежности устройства, и обеспечить ремонтопригодность, следовательно повысить функциональность устройства.