ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА
FLUID OR GAS PRESSURE GAUGE

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкостей или газов.
Датчики давления с уравновешиванием силы давления состоят из чувствительного (тензочувствительного) элемента и устройства, с помощью которого уравновешивается сила давления [1 - Ж.Аш с соавторами. Датчики измерительных систем. Т.2, М.: Мир, 1992, с.215].
Известен датчик давления жидкости или газа [1], при котором сила давления на поршень, находящийся в цилиндре, уравновешивается подвижной массой, находящейся на коромысле весов.
В качестве чувствительного элемента в этом датчике можно рассматривать поршень в цилиндре, а устройство для уравновешивания силы давления - подвижная масса на коромысле весов.
Недостатками данного датчика давления являются большие вес и габариты.
Кроме того, известен датчик давления жидкости или газа с уравновешиванием силы [1, с.214.], являющийся прототипом предлагаемого изобретения.
На фиг.1 приведена схема этого датчика давления. Давление через штуцер 5 подается в сильфон 6. Это вызывает поворот коромысла 7, другой конец которого несет сердечник индуктивного датчика перемещений 8, использующегося в качестве указателя нулевого положения, т.е. положения равновесия коромысла. Сигнал датчика 8 усиливается усилителем 1 и демодулируется демодулятором 2. Затем сигнал передается на электродинамический двигатель 3. Двигатель 3 создает силу F, восстанавливающую коромысло в положении равновесия.
F=aBlJ,
где В - индукция постоянного магнита двигателя,
l - длина обмотки катушки 4 двигателя,
J - сила тока, протекающего через катушку 4, пропорциональная сигналу, поступающему от датчика перемещений,
а - постоянная.
В положении равновесия сила, действующая на упругий элемент (сильфон 6), равная PS (Р - давление жидкости или газа, S - площадь основания сильфона), равна силе F.
Тогда
PS=aBlJ
и
J=bP,
где b - постоянная.
Таким образом, ток, текущий через обмотку катушки 4, пропорционален давлению Р жидкости или газа.
Чувствительный элемент данного датчика давления состоит сильфона 6, коромысла 7 и датчика перемещений 8, а устройство для уравновешивания силы давления состоит из электродинамического двигателя 3.
Однако этот датчик давления имеет большие вес и габариты.
Задачей изобретения является создание датчика давления, имеющего меньшие вес и габариты.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом датчике давления чувствительный элемент представляет собой диафрагму, одновременно являющуюся подвижным электродом, который с изолятором, отделяющим его от неподвижного электрода, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления, пространство между электродами которого используется для подачи через штуцер избыточного давления жидкости или газа, при этом к плоскому электрическому конденсатору присоединен источник напряжения, разность потенциалов с которого прикладывается для компенсации прогиба диафрагмы, при этом компенсирующее напряжение однозначно связано с давлением жидкости или газа.
На фиг.2 приведен разрез предлагаемого датчика давления. Датчик содержит чувствительный элемент в виде диафрагмы (подвижный электрод) 9, отделенный изолятором 10 от неподвижного электрода 11, расположенного на изолирующей подложке 12. Избыточное, относительно верхней поверхности подвижного электрода 9, давление подается в полость 13 между подвижным 9 и неподвижным 11 электродами через штуцер 5.
Датчик работает следующим образом. При действии избыточного давления в полости 13 диафрагма 9 прогибается наружу от полости. Подвижный электрод 9 и неподвижный электрод 11 образуют плоский электрический конденсатор, присоединенный к источнику напряжения 14. Для компенсации прогиба диафрагмы к неподвижному электроду 11 и диафрагме 9 прикладывается разность потенциалов (U) от источника напряжения 14.
Связь между давлением и разностью потенциалов может быть оценена в результате приравнивания силы, действующей на диафрагму при наличии давления (F'), к электрической силе (F)
F'=P·S,
S - площадь диафрагмы.
где С - емкость плоского конденсатора, образованного подвижным 9 и неподвижным 11 электродами,
h - расстояние между подвижным 9 и неподвижным 11 электродами.
Тогда
Из последней формулы видно, что между давлением и компенсирующим напряжением имеется однозначная связь.
Датчик давления, приведенный на фиг.2, совмещает в себе чувствительный элемент (диафрагма 9) с устройством для уравновешивания силы давления (диафрагма 9 и неподвижный электрод 11, разделенные изолятором 10). Благодаря такому совмещению и использованию в качестве устройства для уравновешивания силы давления электрического конденсатора, датчик имеет малые габариты и вес.