ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА Российский патент 2011 года по МПК G01L9/12 

Описание патента на изобретение RU2434211C1

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкостей или газов.

Известен датчик давления жидкости или газа [Ж. Аш с соавторами. Датчики измерительных систем. Т.2, М.: Мир, 1992, с.215], в котором сила давления на поршень, находящийся в цилиндре, уравновешивается подвижной массой, находящейся на коромысле весов.

Недостатками данного датчика давления являются большие вес и габариты.

Также известен датчик давления жидкости или газа с уравновешиванием сил [1, с.214], в котором давление через штуцер подается в сильфон, это вызывает поворот коромысла, другой конец которого несет сердечник индуктивного датчика перемещений, использующегося в качестве указателя нулевого положения, сигнал датчика усиливается усилителем и демодулируется демодулятором, затем сигнал передается на электродинамический двигатель, он создает силу, восстанавливающую коромысло в положение равновесия.

Однако этот датчик давления имеет большой вес и габариты.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является датчик давления жидкости или газа (патент РФ RU №2356020, кл. G01L 9/12), принятый за прототип, содержащий чувствительный элемент и устройство для уравновешивания силы давления, при этом чувствительный элемент представляет собой диафрагму, одновременно являющуюся подвижным электродом, который с изолятором, отделяющим его от неподвижного электрода, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления, пространство между электродами которого используется для подачи через штуцер избыточного давления жидкости или газа, при этом к плоскому электрическому конденсатору присоединен источник напряжения, разность потенциалов с которого прикладывается для компенсации прогиба диафрагмы, при этом компенсирующее напряжение однозначно связано с давлением жидкости или газа.

Недостатком прототипа является отсутствие информации о величинах прогиба чувствительного электрода (диафрагмы), что не позволяет использовать его в системах автоматического контроля и измерения давлений, а также при необходимости выполнения дистанционных измерений.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей датчика для использования его в системах автоматического контроля и измерения давления жидкости или газа, а также при выполнении дистанционных измерений.

Поставленная задача решена в предлагаемом датчике давления жидкости или газа, содержащем чувствительный элемент и устройство для уравновешивания силы давления, причем чувствительный элемент представляет собой диафрагму, одновременно являющуюся подвижным электродом, который с изолятором, отделяющим его от неподвижного электрода, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления, пространство между электродами которого используется для подачи через штуцер избыточного давления жидкости или газа, причем к плоскому электрическому конденсатору присоединен источник напряжения, разность потенциалов с которого прикладывается для компенсации прогиба диафрагмы, при этом компенсирующее напряжение однозначно связано с давлением жидкости или газа, а предлагаемый датчик дополнительно снабжен индуктивным датчиком перемещений, сердечник которого закреплен на наружной поверхности диафрагмы, одновременно являющейся подвижным электродом, и петлей отрицательной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных усилителя переменного тока и преобразователя переменного тока в напряжение постоянного тока, причем вход усилителя соединен с выходом индуктивного датчика перемещений, а выход преобразователя в напряжение постоянного тока подключен к плоскому конденсатору, образованному подвижным и неподвижным электродами, разделенными изолятором.

На чертеже представлена схема датчика давления жидкости и газа.

Датчик, содержащий чувствительный элемент в виде диафрагмы (подвижный электрод) 1, отделенный изолятором 2 от неподвижного электрода 3, расположенного на изолирующей подложке 4, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления, пространство между электродами которого используется для подачи давления в полость 5 через штуцер 6 и дополнительно снабжен индуктивным датчиком перемещений 7, сердечник 8 которого закреплен на наружной поверхности диафрагмы 1, при этом датчик перемещения 7 подключен к цепочке, состоящей из последовательно соединенных усилителя переменного тока 9 и преобразователя переменного тока в напряжение постоянного тока 10, причем вход усилителя 9 соединен с выходом индуктивного датчика перемещений 7, а выход преобразователя 10 подключен к плоскому конденсатору, образованному подвижным 1 и неподвижным 3 электродами, разделенными изолятором 2.

Датчик давления жидкости и газа работает следующим образом.

При действии избыточного давления (Pизб>0) в полости 5 диафрагма 1 выгибается наружу. К плоскому электрическому конденсатору подается напряжение Uвых с преобразователя 10 в напряжение постоянного тока. Напряжение Uвых компенсирует прогиб диафрагмы 1, возвращая ее в исходное состояние (с погрешностью, определяемой статической ошибкой следящей системы). Петля отрицательной обратной связи состоит из последовательно соединенных усилителя переменного тока 9 и преобразователя переменного напряжения в постоянный ток 10.

Связь между давлением Р и разностью потенциалов Uвых может быть определена в результате приравнивания сил, действующих на диафрагму, при наличии давления жидкости или газа F1 и электрической силы F2:

F1=P·S,

где S - площадь диафрагмы.

,

где С - емкость конденсатора, образованного подвижным 1 и неподвижным 3 электродами; h - расстояние между подвижным 1 и неподвижным 3 электродами.

Отсюда:

,

следовательно,

.

При избыточном давлении жидкости или газа, равном нулю (Ризб=0), выходной сигнал индукционного датчика (или какого-либо другого применяемого) также равен нулю.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить функциональные возможности датчика давления жидкости или газа и использовать его в системах автоматического контроля и измерения, а также при выполнении дистанционных измерений. Погрешность работы предлагаемого датчика оценивается статической ошибкой следящей системы автоматического управления, которая обратно пропорциональна коэффициенту усиления следящей системы.

Похожие патенты RU2434211C1

название год авторы номер документа
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА 2007
  • Любимский Владимир Михайлович
RU2356020C2
ДАТЧИК РАСХОДА СЫПУЧЕГО МАТЕРИАЛА 2011
  • Мищенко Сергей Владимирович
  • Фесенко Александр Иванович
  • Пручкин Владимир Аркадьевич
RU2480715C1
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ 2004
  • Гадяцкий Сергей Владимирович
  • Емцев Евгений Павлович
  • Заворотный Анатолий Владимирович
  • Мухомодьяров Равиль Хамитович
  • Савельев Геннадий Анатольевич
RU2285249C2
ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ 2001
  • Гадяцкий С.В.
  • Емцев Е.П.
  • Заворотный А.В.
  • Мухомодьяров Р.Х.
  • Савельев Г.А.
  • Руденко А.В.
RU2229107C2
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ 2010
  • Минаев Игорь Георгиевич
  • Шарапов Валерий Михайлович
  • Самойленко Владимир Валерьевич
RU2423679C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ 2008
  • Тимошенков Сергей Петрович
  • Лапенко Вадим Николаевич
  • Кик Михаил Андреевич
  • Кик Дмитрий Андреевич
  • Пасютин Антон Викторович
RU2377508C1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДВИЖНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МИКРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 2011
  • Лапенко Вадим Николаевич
  • Кик Михаил Андреевич
  • Пасютин Антон Викторович
RU2488785C1
ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЕМКОСТНОГО МИКРОМЕХАНИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ 2023
  • Беляев Яков Валерьевич
  • Белогуров Алексей Александрович
  • Стяжкина Анна Васильевна
RU2799390C1
КОМПЕНСАЦИОННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР 1999
  • Баженов В.И.
  • Бражник В.М.
  • Краснов В.В.
RU2155965C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ТРУБАХ 2015
  • Казарян Акоп Айрапетович
RU2612733C2

Реферат патента 2011 года ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкостей или газов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей датчика. Датчик давления жидкости или газа содержит чувствительный элемент, представляющий собой диафрагму, одновременно являющуюся подвижным электродом, который с изолятором, отделяющим его от неподвижного электрода, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления. К плоскому электрическому конденсатору присоединен источник напряжения, разность потенциалов с которого прикладывается для компенсации прогиба диафрагмы. Датчик давления дополнительно снабжен индуктивным датчиком перемещений и петлей отрицательной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных усилителя переменного тока и преобразователя переменного тока в напряжение постоянного тока. Вход усилителя соединен с выходом индуктивного датчика перемещений, а выход преобразователя в напряжение постоянного тока подключен к плоскому конденсатору. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 434 211 C1

Датчик давления жидкости или газа, содержащий чувствительный элемент и устройство для уравновешивания силы давления, причем чувствительный элемент представляет собой диафрагму, одновременно являющуюся подвижным электродом, который с изолятором, отделяющим его от неподвижного электрода, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления, пространство между электродами которого используется для подачи через штуцер избыточного давления жидкости или газа, а к плоскому электрическому конденсатору присоединен источник напряжения, разность потенциалов с которого прикладывается для компенсации прогиба диафрагмы, при этом компенсирующее напряжение однозначно связано с давлением жидкости или газа, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен индуктивным датчиком перемещений, сердечник которого закреплен на наружной поверхности диафрагмы, одновременно являющейся подвижным электродом, и петлей отрицательной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных усилителя переменного тока и преобразователя переменного тока в напряжение постоянного тока, причем вход усилителя соединен с выходом индуктивного датчика перемещений, а выход преобразователя в напряжение постоянного тока подключен к плоскому конденсатору, образованному подвижным и неподвижным электродами, разделенными изолятором.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2434211C1

Емкостный датчик давления 1990
  • Мокров Евгений Алексеевич
  • Белозубов Евгений Михайлович
SU1779958A1
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ 2000
  • Увакин В.Ф.
  • Олькова В.Б.
RU2240521C2
ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ 1997
  • Куликов Н.Д.
RU2126533C1
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА 2007
  • Любимский Владимир Михайлович
RU2356020C2
US 4562742 A, 07.01.1986.

RU 2 434 211 C1

Авторы

Брусенцов Юрий Анатольевич

Фесенко Александр Иванович

Хованов Андрей Васильевич

Даты

2011-11-20Публикация

2010-06-25Подача