ИЗМЕРИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ И СИЛЫ Российский патент 2006 года по МПК G01L9/04 G01G3/08 

Изобретение относится к измерительной технике повышенной точности и может быть использовано в поверочных комплексах с компьютерной обработкой результатов измерений давления и силы.

Сущность изобретения состоит в том, что в измеритель давления и силы, содержащий грузоприемную платформу, связанную с корпусом через шток двумя упругими плоско-параллельными мембранами, имеющими одинаковые эффективные площади, на одной из которых размещен тензопреобразователь, на штоке на одной оси с грузоприемной платформой между двумя упругими плоско-параллельными мембранами установлен манометрический упругий элемент в виде мембраны или сильфона, связанный с ними корпусом и образующий две камеры для измерений избыточного давления и разрежения, абсолютного давления и разности давлений в аналоговом и дискретном режимах.

Известно устройство для взвешивания (RU 2005292 С1, 30.12.1993), содержащее основание в виде рамы со стойками и два упругих элемента выполненных в виде лент, закрепленными концами на стойках, а средней частью скрепленными с грузоприемной платформой и расположенными симметрично относительно продольной оси грузоприемной платформы.

Известен тензометрический датчик давления (RU 2050743 С2, 20.12.1995), содержащий корпус, в котором размещен манометрический упругий элемент с жестким центром и штоком, взаимодействующим с прямоугольной консолью, на которой закреплены тензорезисторы.

Общим недостатком известных устройств является их ограниченное техническое применение: устройство для взвешивания может быть использовано только для измерений веса (силы), а тензометрический датчик давления предназначен только для измерений избыточного давления и разрежения в аналоговом режиме.

Задачей настоящего изобретения является измерение одним устройством:

- силы;

- избыточного давления и разрежения, абсолютного давления и разности давлений в аналоговом и дискретном режимах.

Поставленная задача решена за счет того, что в измеритель, содержащий грузоприемную платформу, связанную с корпусом через шток двумя упругими плоско-параллельными мембранами, имеющими одинаковые эффективные площади, на одной из которых размещен тензопреобразователь, на штоке на одной оси с грузоприемной платформой между двумя упругими плоско-параллельными мембранами установлен манометрический упругий элемент в виде мембраны или сильфона, связанный с ними корпусом и образующий две камеры для измерений избыточного давления и разрежения, абсолютного давления и разности давлений в аналоговом и дискретном режимах.

На фиг.1 и 2 представлены схемы измерителей, отличающихся между собой только манометрическими упругими элементами, применяемыми в зависимости от технико-экономических и метрологических требований на устройство.

Измеритель содержит грузоприемную платформу 1, связанную с корпусом 2 через шток 3 двумя упругими плоско-параллельными мембранами 4 и 5, имеющими одинаковые эффективные площади. На мембране 5 размещен тензопреобразоатель 6. На фиг.1 между двумя плоско-параллельными мембранами 4 и 5 на одной оси с грузоприемной платформой 1 на штоке 3 закреплен подвижный центр манометрического упругого элемента 7 в виде гофрированной или плоской мембраны. На фиг.2 манометрический упругий элемент 7 установлен в виде силъфона. Две плоско-параллельные мембраны и манометрический упругий элемент, жестко связанные по наружному диаметру с корпусом 2, образуют две измерительные камеры 8 и 9 для измерений избыточного давления и разрежения, абсолютного давления и разности давлений. Электронный блок 10 питает тензопреобразователь 6, корректирует температурную погрешность и нелинейность измерителя, вводит поправку, поддерживающую условие равенства эффективных площадей плоско-параллельных мембран 4 и 5, преобразует выходной сигнал тензопреобразователя в информативный сигнал устройства.

Измерение силы F, воздействующей на грузоприемную платформу 1, проводится при сообщении измерительных камер 8 и 9 с атмосферой.

Измерение избыточного давления (Р) и разрежения (-Р), абсолютного давления и разности давлений проводится в дискретном и аналоговом режимах. На фиг.1 и 2 направление действия давления Р (-Р) указано для дискретного режима измерений. При дискретном режиме избыточное давление Р подается в камеру 8, разрежение -Р создается в камере 9. В аналоговом режиме избыточное давление Р подается в камеру 9, разрежение -Р создается в камере 8.

В дискретном режиме измерение давления Р(-Р) проводится по компенсационной схеме при значении измеряемого давления соответствующему значению весу груза, находящемуся на грузоприемной платформе, причем каждое измерение в этом режиме проводится при выходном сигнале измерителя, равном нулю, т.е. при «нулевом» положении манометрического упругого элемента 7 и двух плоско-параллельных мембран 4, 5. «Нулевое» положение манометрического упругого элемента и двух упругих плоскопараллельных мембран, изготовленных соответственно из никелевого и титанового сплавов, сохраняется при различных дискретных значениях измеряемого давления во всем диапазоне измерений, что исключает дополнительную погрешность измерителя - погрешность, свойственную упругим элементам при их перемещениях.

Перед началом измерений абсолютного давления в измерительных камерах 8 и 9 создается равное разрежение, обе камеры вакуумируются.

В дискретном режиме при измерении абсолютного давления измеряемое давление Р подается в измерительную камеру 8, при этом в камере 9 поддерживается разрежение (в аналоговом режиме измерений измеряемое давление Р подается в измерительную камеру 9).

В аналоговом режиме измерение давления Р(-Р) проводится в любой точке диапазона измерений при отсутствии воздействия силы F (груза) на грузоприемную платформу 1. Манометрический упругий элемент 7, преобразуя измеряемое давление Р(-Р) в силу F, перемещает шток 3 и две плоскопараллельные мембраны 4 и 5, вызывая изменение выходного сигнала тензопреобразователя 6. В аналоговом режиме при Р(-Р), равном атмосферному, может быть проведена калибровка крутизны выходного сигнала измерителя с помощью нормированного груза, положенного на грузоприемную платформу 1.

Источники информации

1. Устройство для взвешивания. Патент RU 2005292 С1, 30.12.1993.

2. Тензометрический датчик давления. Патент RU 2050743 С2, 20.12.1995.

Использование: при конструировании тензометрических прецизионных средств измерений давления и силы, в поверочных схемах измерений. Сущность: измеритель содержит грузоприемную платформу, связанную с корпусом через шток двумя упругими плоско-параллельными мембранами. Мембраны имеют одинаковые эффективные площади, а на одной из них размещен тензопреобразователь. На штоке на одной оси с грузоприемной платформой между двумя упругими плоско-параллельными мембранами установлен манометрический упругий элемент в виде мембраны или сильфона, связанный с ними корпусом и образующий две камеры для измерений давления в различных режимах. Технический результат изобретения заключается в обеспечении возможности измерения одним прибором давления и силы, а также измерения абсолютного и избыточного давления, разности давлений и разрежения в аналоговом и дискретном режимах измерений. 2 ил.

Измеритель давления и силы, содержащий грузоприемную платформу, связанную с корпусом через шток двумя упругими плоскопараллельными мембранами, имеющими одинаковые эффективные площади, на одной из которых размещен тензопреобразователь, на штоке на одной оси с грузоприемной платформой между двумя упругими плоско-параллельными мембранами установлен манометрический упругий элемент в виде мембраны или сильфона, связанный с ними корпусом и образующий две камеры для измерений избыточного давления и разрежения, абсолютного давления и разности давлений в аналоговом и дискретном режимах.