Датчик тиску

Реферат: Датчик тиску містить плоский твердий тензорезистивний чутливий елемент, металеві електроди, розташовані на плоских протилежних поверхнях і електрично з'єднані з реєструючим пристроєм. Тензочутливий елемент виготовлено з композиційного полімерного матеріалу на основі гідрофільного кополімеру ефіру метакрилової кислоти та полівінілпіролідону, наповненого порошком металу. UA 102991 U (54) ДАТЧИК ТИСКУ UA 102991 U UA 102991 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки, зокрема до технології виготовлення тензодатчиків тиску - одновісних або гідростатичних. Відомий датчик тиску, який містить плоский твердий тензорезистивний чутливий елемент, виготовлений з композиційного полімерного матеріалу, металеві електроди, розташовані на плоских протилежних поверхнях і електрично з'єднані з реєструючим пристроєм [Авт.св. № 1661597 СССР, М.Кл. G01L9/02, 9/06. Датчик давления / Шелонин Е.А. и др.; - № 4694299/10; заявл. 24.05.89; опубл. 07.07.91, бюл. № 25]. Тензорезистивний чутливий елемент виготовлений з композиційного матеріалу, в якому як зв'язуюче використана поліефірна смола, а як наповнювач порошок кремнію. Під дією тиску на електроди чутливий елемент деформується і змінює свій опір. Цей датчик розрахований на 5 7 вимірювання великих тисків – 10 -10 Па. Але такий композиційний полімерний матеріал чутливого елемента не є гідрофільним у вологому середовищі і характеризується невисокими пружними властивостями та електропровідністю, що не забезпечує достатньої чутливості датчика до малих змін навантаження та звужує його функціональні можливості. В основу корисної моделі поставлено задачу створити тензометричний датчик тиску, в якому виконання чутливого елемента з нового гідрофільного композиційного матеріалу забезпечило би високі пружні властивості та електропровідність після його гідратації, що значно підвищить чутливість датчика у вологих середовищах та розширить його функціональні можливості. Поставлена задача вирішується тим, що в датчику тиску, який містить плоский твердий тензорезистивний чутливий елемент, виготовлений із композиційного полімерного матеріалу, металеві електроди, розташовані на плоских протилежних поверхнях і електрично з'єднані з реєструючим пристроєм, згідно з корисною моделлю, тензочутливий елемент виконаний з гідрофільного композиційного полімерного матеріалу на основі кополімеру ефіру метакрилової кислоти та полівінілпіролідону, наповненого порошком металу. Виконання тензочутливого елемента із вибраного композиційного полімерного матеріалу з гідрофільними властивостями забезпечує тензочутливому елементу після його гідратації високі пружні характеристики та електропровідність. Це призводить до більш суттєвої зміни електричного опору при навантаженні, що значно підвищує чутливість датчика у вологому середовищі та розширює його функціональні можливості. На фіг. 1 зображено датчик тиску, де: 1 - плоский твердий тензочутливий елемент; 2 металеві електроди; 3 - відвідні контакти; 4 - реєструючий пристрій (вимірювач опору); на фіг. 2 градуювальна характеристика датчика тиску в координатах ρv=f(P), де: А градуювальна крива, наповнювач - порошок цинку; Б - градуювальна крива, наповнювач - порошок міді. Датчик містить плоский твердий тензочутливий елемент 1, виготовлений із гідрофільного композиційного полімерного матеріалу, в якому як зв'язне використано кополімер ефіру метакрилової кислоти - 2-гідроксіетилметакрилат з полівінілпіролідоном, як наповнювач порошок металу, наприклад, цинку або міді. До плоских протилежних поверхонь тензочутливого елемента 1 прикріплені металеві електроди 2, до яких приєднані відвідні контакти 3. Металеві електроди 2 можуть бути виконані у вигляді суцільних пластин з міді, з'єднаних за допомогою відвідних контактів 3 з вимірювачем опору 4. Датчик виготовляють наступним чином. Мідні електроди 2 з припаяними відвідними контактами 3 встановлюються у полімеризаційну форму, яка являє собою поліетиленову прямокутну призму, внутрішні розміри якої відповідають розмірам датчика. Композицію 2гідроксіетилметакрилату з полівінілпіролідоном, наповнену порошком металу, заливають у форму між плоскими електродами та полімеризують. Змішування компонентів полімерної композиції відбувається безпосередньо перед заливанням у форму [патент № 87567; UA, "Спосіб одержання гідрофільних кополімерів" МПК С08F2/00, С08L33/10, бюл. № 3, 10.02.2014]. Висока адгезійна здатність кополімерів на основі 2-гідроксіетилметакрилату з полівінілпіролідоном до поверхонь металевих електродів забезпечує формування міцного з'єднання плоских електродів 2 з тензочутливим елементом 1. Датчик працює наступним чином. Попередньо здійснюють його гідратацію. Тривалість гідратації підбирають експериментально таким чином, щоб після зняття навантаження відновився початковий опір датчика з точністю не менше 2 %. Використовуючи відвідні контакти 3, металеві електроди 2 датчика тиску під'єднують до вимірювача опору 4, наприклад, тераометра Е6-13А, який дозволяє вимірювати електричний опір з точністю ±2,5 %. Після цього розміщують датчик на горизонтальній підставці, задають одновісне навантаження стиску (05 1,5)10 кПа за допомогою калібрувальних вантажів та здійснюють його градуювання в статичному режимі. Під дією тиску гідратований кополімер тензочутливого елемента 1 датчика 1 UA 102991 U 5 10 тиску деформується, в ньому виникають механічні напруження, що є причиною зміни електричного опору. Будують градуювальний графік в координатах ρv=f(P). Залежність зміни питомого об'ємного опору від навантаження композиційного полімерного матеріалу із вмістом 350 мас. % цинку (розмір частинок 10-50 мкм) зображено на фіг. 2 у вигляді кривої А, із вмістом 200 мас. % міді (розмір частинок 20-40 мкм) кривої Б. Створений таким чином електричний опір датчика становить від 70 до 7 кОм і залежить від природи наповнювача - металевого порошку. На основі градуювального графіка за величиною електричного опору можна визначити невідомі тиски з високою точністю. Заявлений датчик тиску доцільно використовувати для вимірювань у вологих середовищах, таких як застигаючі бетони, цементи та інші будівельні суміші, а також для вимірювання гідростатичних тисків у воді. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Датчик тиску, що містить плоский твердий тензорезистивний чутливий елемент, виготовлений з композиційного полімерного матеріалу, металеві електроди, розташовані на плоских протилежних поверхнях і електрично з'єднані з реєструючим пристроєм, який відрізняється тим, що тензочутливий елемент виготовлено з композиційного полімерного матеріалу на основі гідрофільного кополімеру ефіру метакрилової кислоти та полівінілпіролідону, наповненого порошком металу. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2