ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫЙ Российский патент 2001 года по МПК G01L11/00 H01H35/24 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании устройств переключения, переводимых в действие изменением давления среды, например, преобразователей давления в электрический сигнал.

Известно устройство преобразования давления в электрический сигнал (частоту), содержащее мембранную манометрическую либо анероидную коробку с жесткими центрами, соединенную со струнным преобразователем с электромагнитными узлами возбуждения и съема колебаний [1]. Данное устройство не может быть использовано для разных диапазонов изменения давления, например 0-1,6 и 0-12 кГ/см², без замены чувствительного элемента, т.к. обеспечивает заданную точность (стандартную выходную характеристику) только в том диапазоне измеряемых давлений, на который рассчитан чувствительный элемент во взаимодействии со струнным преобразователем.

Наиболее близким к данному изобретению устройством является датчик давления частотный, содержащий мембранную манометрическую либо анероидную коробку с жесткими центрами, закрепленную между двумя диаметрально противоположными опорными осями, которые совместно с жесткими центрами охвачены с натягом бесконечной струной из магнитомягкого материала, каждый из рабочих участков которой связан с соответствующими электромагнитными узлами возбуждения колебаний и съема колебаний, при этом все электромагнитные узлы возбуждения колебаний соединены между собой параллельно, а узлы съема колебаний - последовательно [2].

Данному устройству присущи те же недостатки, что и устройству [1], а именно невозможность использования единой конструкции датчика для различных диапазонов измеряемого давления без замены чувствительного элемента мембранной коробки, рассчитанного на конкретный диапазон, т.е. необходимости изменения конструкции (при сохранении той же точности измерения и той же стандартной выходной характеристики). Данная особенность обуслoвливает невозможность унификации конструкции, увеличение номенклатуры выпускаемых изделий и снижение технологичности производственного процесса.

Техническим результатом является повышение технологичности производственного процесса, сокращение номенклатуры выпускаемых изделий за счет унификации их конструкции при расширении диапазона измеряемых величин давления.

Технический результат достигается тем, что в датчик давления частотный, содержащий мембранную манометрическую либо анероидную коробку с жесткими центрами, закрепленную между, по меньшей мере, двумя диаметрально противоположными опорными осями, которые совместно с жесткими центрами охвачены с натягом бесконечной струной из магнитомягкого материала, каждый из рабочих участков которой связан с соответствующими электромагнитными узлами возбуждения колебаний и съема колебаний, при этом все электромагнитные узлы возбуждения колебаний соединены между собой параллельно, а узлы съема колебаний - последовательно [2] , введены два подпорных узла, каждый из которых содержит пружину, упирающуюся одним концом в соответствующий жесткий центр, другим - в регулировочный винт, совместно с узлом его стопорения размещенный во фланце, закрепленном неподвижно относительно мембранной манометрической либо анероидной коробки.

На фиг. 1 представлена конструктивная схема устройства.

На фиг. 2 представлена выходная характеристика устройства.

Датчик давления частотный (фиг. 1) содержит мембранную манометрическую (либо анероидную) коробку 1 с жесткими центрами 2,3, к которой через трубопровод 4 подводят входное измеряемое давление. Мембраны чувствительного элемента коробки 1 через жесткие центры 2,3 передают усилие на струну 5 из магнитомягкого материала, выполненную в виде бесконечного стального кольца, охватывающего с натягом опорные оси 6,7 и жесткие центры 2,3. Каждый из четырех рабочих участков бесконечной струны 5 (между соответствующими жесткими центрами 2,3 и опорными осями 6,7) связан с соответствующими электромагнитными узлами возбуждения колебаний 8-11 и съема колебаний 12-15. Мембранная коробка 1 закреплена неподвижно между двумя диаметрально противоположными опорными осями 6,7. каждый из двух жестких центров 2,3 связан с соответствующим подпорным узлом, каждый из которых содержит пружину 16 (17), упирающуюся одним концом в соответствующий жесткий центр 2 (3), а другим - в регулировочный винт 18, (19), размещенный совместно с узлом его стопорения 20, (21) во фланце 22 (23). Узел стопорения выполнен в виде стопорящего винта, фиксирующего заданное положение регулировочного винта 18 (19). Каждый из фланцев 22, 23 закреплен неподвижно относительно мембранной манометрической (либо анероидной) коробки 1. Указанное соединение может быть осуществлено при помощи стоек, прикрепленных к корпусу, в котором размещена мембранная коробка 1
Устройство работает следующим образом.

Измеряемое избыточное давление воспринимается чувствительным элементом, входящим в состав мембранной коробки 1, мембраны которого через жесткие центры 2, 3 передают усилие на струну 5 и на пружины 16 и 17 одновременно. Под действием усилий, направленных поперек струны, в ней возникают дополнительные напряжения, соответственно которым изменяется ее резонансная частота колебаний. Колебания струны 5 возбуждаются и поддерживаются при помощи электромагнитных узлов возбуждения 8-11 колебаний от электронного усилителя, на вход которого подается сигнал съема от электромагнитных узлов съема колебаний 12-15. Выходной сигнал электронного усилителя через систему согласования выдается потребителю. Схема работает в режиме автоколебаний частот собственного резонанса. Таким образом, частотный выходной сигнал датчика, функционально зависящий от величины измеряемого давления, выдается в систему измерения давления.

При настройке датчика на измерение в определенном диапазоне давления стандартного ряда 0 - 0,6; 0 - 1,0; 0 - 1,6; 0 - 6 и т.д. (кГ/см²) добиваются такого распределения усилий, воспринимаемых струной 5 и подпирающей жесткий центр 2 (3) пружиной 16 (17), чтобы усилия, воздействующие на струну 5, были бы всегда одинаковыми для датчиков любого диапазона измеряемого давления, а излишняя часть усилия упругого чувствительного элемента воспринималась пружинами подпорных узлов.

При измерении в малом диапазоне изменений давлений регулировочные винты 18, 19 ослабляют, добиваясь того, что воздействие пружин 16, 17 на жесткие центры 2, 3 чувствительного элемента практически было бы равно нулю, и зависимость выходного частотного сигнала датчика от входного измеряемого сигнала не была связана с воздействием пружины. При увеличении диапазона измеряемых давлений, начиная с определенного уровня, регулировочным винтом настраивают подпорный узел таким образом, что пружина принимает на себя часть усилия жесткого центра, в результате чего функциональная зависимость изменения частоты колебаний струны (F_вых.) от изменений входного сигнала (P_вх) - выходная характеристика устройства (фиг. 2) остается постоянной, соответствующей заданной для этого устройства выходной характеристике
F_вых.= f·P_вх/P_макс,
где P_макс - максимальное давление в измеряемом диапазоне. Обычно частотный диапазон (F_вых.) при подобных измерениях - от 2 до 4 кГц.

Таким образом, датчики одной и той же конструкции при различной подстройке подпорного узла можно применять для разных диапазонов измеряемого давления при сохранении заданной степени точности измерения без каких-либо конструктивных изменений. Это позволяет сократить номенклатуру выпускаемых изделий путем унификации их конструкции и повысить технологичность производственного процесса.

Источники информации
1. SU 1611605 A1, G 01 L 11/00, 1987.

2. SU 1315839 A1, G 01 L 11/00, 1965.

Изобретение относится к устройствам измерения давления среды и может быть использовано в устройствах переключения. Техническая сущность изобретения: устройство содержит мембранную манометрическую или анероидную коробку 1, воспринимающую измеряемый сигнал давления, мембраны которой через жесткие центры 2,3 передают усилие на струну 5, изменения колебаний которой преобразуются в выходной частотный сигнал, соответствующий измеряемому давлению. Для обеспечения возможности использования датчика одной и той же конструкции в различных диапазонах измеряемого давления регулировкой воздействия силы давления пружин 16, 17 на соответствующие жесткие центры 2, 3 добиваются перераспределения усилий, передаваемых жесткими центрами 2, 3 на струну 5, за счет чего обеспечивается стандартная выходная характеристика датчика. Подстройка величины упора пружин 16, 17 на жесткие центры 2, 3 осуществляется с помощью регулировочных винтов 18, 19. В результате возможности унификации конструкции датчика при расширенном диапазоне измерения давления сокращена номенклатура выпускаемых изделий. 2 ил.

Датчик давления частотный, содержащий мембранную манометрическую либо анероидную коробку с жесткими центрами, закрепленную между двумя диаметрально противоположными опорными осями, которые совместно с жесткими центрами охвачены с натягом бесконечной струной из магнитомягкого материала, каждый из рабочих участков которой связан с соответствующими электромагнитными узлами возбуждения колебаний и схема колебаний, при этом все электромагнитные узлы возбуждения колебаний соединены между собой параллельно, а узлы съема колебаний - последовательно, отличающийся тем, что введены два подпорных узла, каждый из которых содержит пружину, упирающуюся одним концом в соответствующий жесткий центр, другим в регулировочный винт, совместно с узлом его стопорения размещенный во фланце, закрепленном неподвижно относительно мембранной манометрической либо анероидной коробки.