конструкция измерительного преобразователя давлений с емкостным сенсором

Формула изобретения

Конструкция измерительного преобразователя давлений с емкостным сенсором, содержащая механически связанные между собой корпус чувствительного элемента, имеющий центральную камеру, разделенную электропроводной мембраной на две полости с вогнутой металлизированной снаружи рабочей поверхностью, при этом полость электропроводящей мембраны соединена двумя параллельными между собой и чувствительным элементом заливочными капиллярами, соединенными с подводящим каналом для заливки разделительной жидкости, и снабжена токопроводящими выводами, два разделительных узла с расположенными параллельно друг другу разделительными гофрированными мембранами имеют подмембранные полости, также заполненные разделительной жидкостью и сообщающиеся с полостью электропроводящей мебраны, отличающаяся тем, что вогнутая рабочая поверхность полости выполнена металлизированной снаружи полностью, электропроводная мембрана чувствительного элемента расположена перпендикулярно по отношению к разделительным гофрированным мембранам, заливочные капилляры полости электрочувствительной мембраны развернуты в противоположных направлениях и соединены с ее полостью горизонтальным каналом, перепендикулярным чувствительному элементу, разделительные гофрированные мембраны расположены каждая в своем корпусе с противолежащих сторон от корпуса чувствительного элемента таким образом, что корпусы всех трех мембран расположены последовательно рядом друг с другом, образуя единый сочлененный мембранный блок цилиндрической формы, подмембранные полости разделительных гофрированных мембран соединены с подводящими разделительную жидкость отдельными заливочными капиллярами, также параллельными между собой и развернутыми в противоположные стороны таким образом, что они образуют с заливочными капиллярами полости электропроводящей мембраны ветви гиперболы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления, и может быть использовано при измерении разности давлений жидкостей и газов.

Известна конструкция измерительного преобразователя давлений с емкостным сенсором, описанная в патенте СССР № 1421266, кл. G011 9/12, з. 06.10.80, опубл. 30.08.88.

Известная конструкция содержит корпус чувствительного элемента, в котором расположена центральная камера, разделенная измерительной электропроводной мембраной на две полости, в каждой из которых выполнена изоляционная вставка с подводящим каналом по центру и вогнутой рабочей поверхностью, снабженной электродом, обращенным в сторону мембраны, и два разделительных узла с разделительными мембранами, причем полости узлов и чувствительного элемента заполнены жидкостью, блок снабжен опорной рамой, внутри которой закреплен корпус чувствительного элемента, а подмембранная полость каждого разделительного узла соединена с соответствующим подводящим каналом изоляционной вставки при помощи введенного в блок трубопровода, при этом каждая изоляционная вставка выполнена в форме усеченного конуса с углом 25-27° между образующей конуса и плоскостью мембраны, а корпус закреплен внутри рамы с помощью неэлектропроводных опор. При этом корпус чувствительного элемента закреплен в верхней части внутри прямоугольной рамы, а разделительные узлы размещены на нижних участках длинных сторон прямоугольной рамы снаружи ее, а полости разделительных и чувствительной мембран соединены между собой меандрообразным заливочным капилляром (трубопроводом), служащим для подачи разделительной жидкости.

Недостатки известной конструкции заключаются в следующем.

Размещение разделительных мембран параллельно чувствительной мембране в совокупности с креплением корпуса чувствительной мембраны внутри опорной рамы, к нижним краям боковых сторон которой снаружи ее прикреплены в разделительных узлах разделительные мембраны, значительно увеличивает объем и габаритные размеры датчика и делает неудобным его установку в стандартные фланцы.

Кроме того, сложной является конструкция корпуса, обусловленная наличием изолирующих вставок в частях корпуса.

Известна конструкция измерительного преобразователя давлений с емкостным сенсором, описанная в патенте США № 3618390, кл. G01L 9/12, 13/06, з. 27.10.69, опубл. 09.10.71.

Известная конструкция содержит корпус чувствительного элемента, имеющий центральную камеру, разделенную электропроводящей мембраной на две полости, в каждой из которых выполнена изоляционная вставка с подводящим каналом по центру и вогнутой рабочей поверхностью, снабженной электродом, обращенным в сторону мембраны, и два разделительных узла с разделительными мембранами, причем полости узлов и чувствительного элемента заполнены диэлектрической жидкостью. При этом все мембраны лежат в параллельных плоскостях и собраны в одном металлическом корпусе, собираемом из двух одинаковых частей (секций), симметричных относительно плоскости чувствительной мембраны и имеющих вокруг нее в центре полость, заполненную жесткой стеклянной или керамической вставкой. Помимо этой полости, каждая из секций имеет центральный проводник и отверстие для заполнения полостей разделительных узлов и чувствительного элемента.

Недостатком известного датчика является большая зависимость результатов измерения разности давления от неизвестной величины статического давления, что не позволяет достигать необходимой точности измерения разности давлений.

Известна конструкция измерительного преобразователя давлений с емкостным сенсором, описанная в одноименном патенте РФ № 2263291, кл. G01L 9/12, з. 30.06.03, опубл. 20.12.04 и выбранная в качестве прототипа.

Известная конструкция содержит единый корпус чувствительного элемента, имеющий центральную камеру, разделенную электропроводящей мембраной на две полости, в каждой из которых выполнена изоляционная ставка с подводящим каналом по центру и вогнутой рабочей поверхностью, снабженной электродом, обращенным в сторону мембраны, и два разделительных узла с расположенными параллельно электропроводящей мембране и между собой разделительными гофрированными мембранами, причем полости разделительных узлов и чувствительного элемента заполнены диэлектрической (разделительной) жидкостью и сообщены между собой, а каждый из электродов разделен на два электрода, выполненных в виде двух проводящих, электрически не связанных между собой колец, при этом каждое кольцо электрически соединено с соответствующим ему наружным выводом. Капилляры для заполнения полостей диэлектрической жидкостью параллельны между собой и чувствительному элементу, а также плоскостям разделительных гофрированных мембран, образуют перевернутую П-образную форму, соединены с полостью электропроводящей мембраны и расположены в одной из изоляционных вставок.

Недостатком известного мембранного блока является сложность конструкции блока и технологии его изготовления, обусловленные наличием изоляционных вставок в центральной камере, а также выполнением электродов в виде колец, нанесенных на наружную поверхность электропроводной мембраны.

Задачей заявляемого технического решения является упрощение конструкции мембранного блока без снижения точности измерений.

Поставленная задача решается тем, что в конструкции измерительного преобразователя давлений с емкостным сенсором, содержащей механически связанные между собой корпус чувствительного элемента, имеющий центральную камеру, разделенную электропроводной мембраной на две полости с вогнутой металлизированной снаружи рабочей поверхностью, при этом полость электропроводящей мембраны соединена двумя параллельными между собой и чувствительным элементом заливочными капиллярами, соединенными с подводящим каналом для заливки разделительной жидкости, и снабжена токопроводящими выводами, два разделительных узла с расположенными параллельно друг другу разделительными гофрированными мембранами имеют подмембранные полости, также заполненные разделительной жидкостью и сообщенные с полостью электропроводящей мембраны, согласно изобретению вогнутая рабочая поверхность полости выполнена металлизированной снаружи полностью, электропроводная мембрана чувствительного элемента расположена перпендикулярно по отношению к разделительным гофрированным мембранам, заливочные капилляры полости электрочувствительной мембраны развернуты в противоположных направлениях и соединены с ее полостью горизонтальным каналом, перпендикулярным чувствительному элементу, разделительные гофрированные мембраны расположены каждая в своем корпусе с противолежащих сторон от корпуса чувствительного элемента таким образом, что корпусы всех трех мембран расположены последовательно рядом друг с другом, образуя единый сочлененный мембранный блок цилиндрической формы, подмембранные полости разделительных мембран соединены с подводящими разделительную жидкость отдельными заливочными капиллярами, также параллельными между собой и развернутыми в противоположные стороны таким образом, что они образуют с заливочными капиллярами полости электропроводящей мембраны ветви гиперболы.

Выполнение вогнутой рабочей поверхности полости электропроводной мембраны металлизированной полностью при расположении этой мембраны перпендикулярно по отношению к разделительным гофрированным мембранам в совокупности с тем, что заливочные капилляры полости электропроводной мембраны развернуты в противоположных направлениях, а разделительные гофрированные мембраны расположены каждая в своем корпусе с противолежащих сторон от корпуса чувствительного элемента таким образом, что корпусы всех трех мембран расположены последовательно рядом друг с другом, образуя единый сочлененный мембранный блок цилиндрической формы, и подмембранные полости разделительных мембран соединены с подводящими разделительную жидкость отдельными заливочными капиллярами, также параллельными между собой и развернутыми в противоположные стороны таким образом, что они образуют с заливочными капиллярами полости электропроводящей мембраны ветви гиперболы, делает конструкцию более простой и надежной. При этом размещение всех трех мембран (электропроводной мембраны и двух разделительных мембран) каждой в своем корпусе и со своим заливочным капилляром позволяет избежать большой зависимости результатов измерения разности давления от неизвестной величины статического давления и позволяет достигать необходимой точности измерения разности давлений.

Технический результат - упрощение конструкции и повышение ее надежности при обеспечении высокой точности измерений.

Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых:

фиг.1 - общий вид мембранного блока в сборе;

фиг.2 - вид мембранного блока в изометрии в вертикальном разрезе.

Конструкция измерительного преобразователя давлений с емкостным сенсором (фиг.1-2) содержит корпус 1, разделенный помещенной в нем электропроводящей чувствительной мембраной 2 на две полости 2' и 2", соединенные подводящими жидкость капиллярами 3 с полостями 4 и 5 расположенных параллельно между собой в своих корпусах 6 и 7 разделительных мембран 8 и 9. При этом корпусы 1, 6 и 7 всех мембран 2, 8 и 9 расположены последовательно рядом друг с другом, образуя единый сочлененный мембранный блок цилиндрической формы с общей продольной осью и с плоской площадкой 10 на цилиндрической поверхности для размещения выводов конденсатора 11. Корпус 1 чувствительной мембраны 2 размещен между корпусами 6 и 7 разделительных мембран 8 и 9, а сама чувствительная мембрана 2 размещена в своем корпусе 1 перпендикулярно по отношению к разделительным мембранам 8 и 9, служащим одновременно боковыми сторонами общего корпуса. Капилляры 3, подводящие жидкость к полости чувствительной мембраны 2, расположены перпендикулярно к плоскости мембраны 2 таким образом, что полость 4 первой левой подмембранной полостью 2' чувствительной мембраны 2, а полость 5 второй разделительной мембраны 9 - с правой подмембранной полостью 2" чувствительной мембраны 2. Подмембранные полости 4 и 5 разделительных гофрированных мембран соединены с подводящими разделительную жидкость отдельными заливочными капиллярами 3', параллельными между собой и развернутыми в противоположные стороны таким образом, что они образуют с заливочными капиллярами 3 полости электропроводящей мембраны 2 ветви гиперболы. Имеется электрический проводник (не показан), образующий с чувствительной проводящей мембраной 2 пластины конденсатора, выводы 11 которого показаны на фиг.1.

В сравнении с прототипом заявляемая конструкция измерительного преобразователя давлений с емкостным сенсором проще в изготовлении и имеет меньшие габариты при сохранении необходимой точности измерений.