Высокотемпературный тензорезистивный интеллектуальный преобразователь давления

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и контроля давления газовых и жидких сред в различных областях техники. Высокотемпературный тензорезистивный интеллектуальный преобразователь давления, содержащий корпус с крышкой и размещенным на ней разъемом, выполненным в виде цилиндрического электрического соединителя с винтовым креплением к крышке корпуса преобразователя и гаечным креплением выходного электрического кабеля электропитания и связи, встроенную в корпус мембрану с тензорезисторами, причем корпус дополнен штуцером с каналом подвода давления, имеющим ступенчатую наружную поверхность, верхняя ступень наружной поверхности цилиндрическая и имеет резьбу, а нижняя ступень наружной поверхности коническая, мембрана выполнена двухслойной, причем нижний слой мембраны является частью штуцера и изготовлен из титана, а верхний слой мембраны изготовлен из сапфира с нанесенными на него полупроводниковыми тензорезисторами, изготовленными из монокристаллического кремния, в корпусе преобразователя над верхним слоем мембраны размещена на подложке плата с тонкопленочным платиновым терморезистором, выполняющим функцию аппаратной компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал, а выводы тензорезисторов и тонкопленочного платинового терморезистора сваркой присоединены к контактной площадке, являющейся частью разъема, выполненного с возможностью соединения терморезистора и тензорезисторов при помощи кабеля с электронной платой, вынесенной за пределы корпуса преобразователя в отдельный электронный модуль, помещенный в корпус с соединителем для подключения кабеля, содержащего выводы тензорезисторов и терморезистора. Технический результат заключается в компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал.

Высокотемпературный тензорезистивный интеллектуальный преобразователь давления, содержащий корпус с крышкой и размещенным на ней разъемом, выполненным в виде цилиндрического электрического соединителя с винтовым креплением к крышке корпуса преобразователя и гаечным креплением выходного электрического кабеля электропитания и связи, встроенную в корпус мембрану с тензорезисторами, причем корпус дополнен штуцером с каналом подвода давления, имеющим ступенчатую наружную поверхность, верхняя ступень наружной поверхности цилиндрическая и имеет резьбу, а нижняя ступень наружной поверхности коническая, мембрана выполнена двухслойной, причем нижний слой мембраны является частью штуцера и изготовлен из титана, а верхний слой мембраны изготовлен из сапфира с нанесенными на него полупроводниковыми тензорезисторами, изготовленными из монокристаллического кремния, отличающийся тем, что в корпусе преобразователя над верхним слоем мембраны размещена на подложке плата с тонкопленочным платиновым терморезистором, выполняющим функцию аппаратной компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал, а выводы тензорезисторов и тонкопленочного платинового терморезистора сваркой присоединены к контактной площадке, являющейся частью разъема, выполненного с возможностью соединения терморезистора и тензорезисторов при помощи кабеля с электронной платой, вынесенной за пределы корпуса преобразователя в отдельный электронный модуль, помещенный в корпус с соединителем для подключения кабеля, содержащего выводы тензорезисторов и терморезистора.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения и контроля давления газовых и жидких сред в различных областях техники.

Известен тензорезистивный преобразователь давления, содержащий корпус с крышкой и размещенным на ней разъемом для подключения электрического кабеля электропитания и связи, встроенную в корпус мембрану с тензорезисторами, электронную плату для обработки сигнала, корпус дополнен штуцером с каналом подвода давления, имеющим ступенчатую наружную поверхность, причем верхняя ступень наружной поверхности цилиндрическая и имеет резьбу, а нижняя ступень наружной поверхности коническая, мембрана выполнена двухслойной, причем нижний слой мембраны является частью штуцера и изготовлен из титана, а верхний слой мембраны изготовлен из сапфира с нанесенными на него полупроводниковыми тензорезисторами, изготовленными из монокристаллического кремния, электронная плата представляет собой печатный блок измерительной цепи преобразователя, собранный на печатной плате и расположенный внутри корпуса между мембраной и крышкой, а выводы электронной платы подключены к разъему, выполненному в виде цилиндрического электрического соединителя с винтовым креплением к крышке корпуса преобразователя и гаечным креплением выходного электрического кабеля (см. патент РФ №212293, МПК G01L 9/04, опубл. 2022).

Основными недостатками данной конструкции является высокая вероятность влияния температуры жидких и газовых сред на точность преобразования давления в электрический сигнал и отсутствие аппаратных средств компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал.

Технической задачей является повышение степени защиты электронных компонентов от деструктивного воздействия температуры жидких и газовых сред, верхний предел которой может достигать 350°С, а также введение в структуру преобразователя аппаратных средств компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал.

Техническая задача достигается тем, что высокотемпературный тензорезистивный интеллектуальный преобразователь давления, содержащий корпус с крышкой и размещенным на ней разъемом, выполненным в виде цилиндрического электрического соединителя с винтовым креплением к крышке корпуса преобразователя и гаечным креплением выходного электрического кабеля электропитания и связи, встроенную в корпус мембрану с тензорезисторами, причем корпус дополнен штуцером с каналом подвода давления, имеющим ступенчатую наружную поверхность, верхняя ступень наружной поверхности цилиндрическая и имеет резьбу, а нижняя ступень наружной поверхности коническая, мембрана выполнена двухслойной, причем нижний слой мембраны является частью штуцера и изготовлен из титана, а верхний слой мембраны изготовлен из сапфира с нанесенными на него полупроводниковыми тензорезисторами, изготовленными из монокристаллического кремния, в корпусе преобразователя над верхним слоем мембраны размещена на подложке плата с тонкопленочным платиновым терморезистором, выполняющим функцию аппаратной компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал, а выводы тензорезисторов и тонкопленочного платинового терморезистора сваркой присоединены к контактной площадке, являющейся частью разъема, выполненного с возможностью соединения терморезистора и тензорезисторов при помощи кабеля с электронной платой, вынесенной за пределы корпуса преобразователя в отдельный электронный модуль, помещенный в корпус с соединителем для подключения кабеля, содержащего выводы тензорезисторов и терморезистора.

Технический результат заключается в компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен интеллектуальный преобразователь давления.

Высокотемпературный тензорезистивный интеллектуальный преобразователь давления содержит корпус 1 с крышкой 2, соединенной с ним через уплотнение 3 и присоединительное утолщение 4, расположенный на крышке 2 разъем 5, выполненный в виде цилиндра и представляющий собой электрический соединитель с винтовым креплением к крышке 2 корпуса 1 и гаечным креплением 6 для размещения выходного электрического кабеля 7, что повышает уровень унификации выходного электрического интерфейса преобразователя. В корпус 1 встроена мембрана, состоящая из верхнего слоя 8, изготовленного из сапфира и нанесенных на него полупроводниковых тензорезисторов, изготовленных из монокристаллического кремния, и нижнего слоя 9, являющегося частью штуцера и изготовленного из титана. В корпусе 1 над верхним слоем 8 мембраны размещена на подложке 10 плата 11 с тонкопленочным платиновым терморезистором (на рисунке не показан) для аппаратной компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал. Корпус 1 имеет в своей верхней части штуцер 12 с каналом 13 для подвода давления, соединенный с корпусом 1 гайкой 14, причем штуцер 12 имеет ступенчатую наружную поверхность, верхняя ступень которой выполнена цилиндрической и имеет резьбу, а нижняя ступень выполнена конической, что обеспечивает более высокую прочность закрепления преобразователя в корпусе объекта измерения и контроля давления. Нижний слой 9 мембраны является частью штуцера 12 и изготовлен из титана, а верхний слой 8 мембраны изготовлен из сапфира с нанесенными на него полупроводниковыми тензорезисторами (на чертеже не показаны), изготовленными из монокристаллического кремния, что повышает безотказность работы преобразователя при измерении и контроле давления коррозионно-активных газовых и жидких сред. Выводы 15 полупроводниковых тензорезисторов и тонкопленочного платинового терморезистора сваркой присоединены к контактной площадке 16, являющейся частью разъема 5, соединяющего тензорезисторы через кабель 7 с электронной платой (на рисунке не показана), вынесенной за пределы преобразователя в размещенный в корпусе 17 отдельный электронный модуль 18, выполняющий функции преобразования цифрового электрического сигнала в измерительную информацию, компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал и беспроводной передачи измерительной информации, представляющий собой печатную плату с размещенными на ней электронным блоком преобразования избыточного давления в цифровой электрический сигнал, электронным блоком преобразования цифрового электрического сигнала в измерительную информацию и компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал, электронным блоком беспроводной передачи измерительной информации. Для подсоединения кабеля 7 к корпусу 17 предназначен электрический соединитель 19.

Работа полезной модели осуществляется следующим образом.

При подаче давления рабочей среды через штуцер 12 с каналом 13 подвода давления и нижним слоем 9 мембраны происходит деформация изготовленного из титана нижнего слоя 9 мембраны, деформация изготовленного из сапфира верхнего слоя 8 мембраны. Вследствие деформации электрическое сопротивление полупроводниковых тензорезисторов слоя 8 изменяется пропорционально изменению давления рабочей среды. Тонкопленочный платиновый терморезистор, установленный на плате 11, размещенной на подложке 10, не подвергается воздействию давления, но подвергается воздействию температуры среды, поэтому формирует электрический сигнал, необходимый для аппаратной компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал. Отдельный электронный модуль 18 выполняет функции преобразования цифрового электрического сигнала в измерительную информацию, компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал и беспроводной передачи измерительной информации, что расширяет его функциональные возможности в направлении интеллектуализации преобразователя, вводит в структуру преобразователя аппаратные средства компенсации температурной погрешности преобразования давления в электрический сигнал, а также за счет размещения цепи преобразования измерительной информации в отдельном электронном модуле 18 снижает степень влияния высоких температур объекта измерения на работоспособность электронных компонентов, при этом все электронные компоненты интеллектуального преобразователя давления вынесены за пределы корпуса 1, контактирующего с объектом измерения, который может иметь высокую температуру, что существенно снижает риск деструктивного воздействия повышенной температуры, верхний предел которой может достигать 350°С, на электронные компоненты преобразователя давления.