ИЗМЕРИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ С ЭКРАНИРОВАННЫМ ДАТЧИКОМ НА ЭФФЕКТЕ ХОЛЛА Российский патент 2013 года по МПК G01L19/14 

Настоящее изобретение относится к измерителю давления с датчиком на эффекте Холла.

Измерители давления для гидравлических или струйных аппаратов, также с датчиками на эффекте Холла, известны как в уровне техники, так и на рынке. Они представляют собой устройства, использующие так называемый эффект Холла, где датчик магнитного поля выдает электрический сигнал, интенсивность которого зависит от расстояния до эталонного магнита. Эталонный магнит типично располагается на элементе, например мембране, в сообщении с текучей средой с переменным давлением, и который выполнен с возможностью деформирования под действием давления. Смещение может быть более и менее очевидным, в зависимости от материала, из которого сформирован чувствительный элемент: оно колеблется в пределах от минимального в случае керамики до максимального, получаемого при мембране из резины. В соответствии с тем, увеличивается или уменьшается давление в канале, деформация мембраны заставляет магнит перемещаться или ближе или дальше относительно магнитного датчика, приводя к описанному выше эффекту.

В идеальном случае измерения датчика не восприимчивы к чему-либо, кроме действия от перемещения магнита ближе или дальше. В реальности могут присутствовать магнитные поля, которые являются посторонними для измерения и искажают его.

Следовательно, имеется потребность в исключении таких блуждающих полей, особенно в зоне измерений.

Патент США № 4793188 раскрывает измеритель давления согласно вводной части п.1 формулы изобретения.

Задачей настоящего изобретения является создание измерителя давления с датчиком на эффекте Холла, которому не могут помешать блуждающие поля или другие нежелательные воздействия в зоне измерений, или который в любом случае ограничивает эти воздействия.

Согласно изобретению эта задача достигается измерителем давления, определенным в п.1 формулы изобретения.

Эти и другие характеристики настоящего изобретения станут более очевидными из последующего подробного описания его практических вариантов осуществления, иллюстрируемых с помощью неограничивающего примера на прилагаемых чертежах.

Фиг.1 - показывает вертикальный вид в разрезе по плоскости, проходящей через ось устройства измерителя давления.

Фиг.2 - показывает аналогичный вертикальный вид в разрезе, частично в перспективе.

Фиг.3 - показывает дополнительный вертикальный вид в разрезе по плоскости, проходящей через ось измерителя давления и перпендикулярной секущей плоскости на фиг.1.

Фиг.4 - показывает аксонометрический вид сверху измерителя давления без крышки.

Фиг.5 - показывает функциональную блок-схему электронной платы, содержащейся в измерителе давления.

Как показано на чертежах, измеритель давления имеет тело основания 102, снабженное резьбовым хвостовиком 1 для присоединения его к аппарату, который будет контролироваться. Хвостовик 1 содержит вход 100 давления текучей среды, который сообщается с камерой 110, которая герметичным образом закрыта на другом конце мембраной 2 из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь позволяет получить оптимальное смещение, хорошую повторяемость при перемещении, а также высокую степень сопротивляемости к химическим веществам и высоким температурам, дополнительно к обеспечению простоты конструкции компонента. Герметичное уплотнение между мембраной 2 и основанием 102 гарантируется наличием прокладки 3, вставленной в специальное место, выполненное в основании.

Штифт 4 из неферромагнитного материала интегрально нанесен с помощью электрической точечной сварки в центре мембраны 2; на штифт прикреплена опора 5 из силикона или любого другого теплоизоляционного материала, имеющая выемку, подходяще сформированную, чтобы разместить магнит 6 и удерживать его в устойчивом положении во времени. Выбор силикона позволяет удерживать магнит 6 неизменно зафиксированным во времени, и также делает сборку этих двух компонентов очень простой, благодаря эластичности самого эластомера. Форма опоры 5 обеспечивает размещение между магнитом 6 и штифтом 4 силиконовой перемычки 21 для прерывания передачи тепла, создаваемого текучей средой, подлежащей контролю, находящейся в камере 110. Это дает возможность иметь одинаковую температуру и одинаковую скорость нагрева для магнита 6 и лежащего над ним электронного компонента.

В нижней части штифта 4 предусмотрено ребро 22, поддерживающее магнит 6, чтобы рассеивать тепло, создаваемое потенциально горячей текучей средой, присутствующей в камере 110.

Имеются канавки 24 для улучшения крепления и устойчивости опоры 5 магнита 6.

Колпачок 7, изготовленный из термопластичного материала, сформирован так, чтобы быть собираемым с основанием 102 для удерживания мембраны 2 и, следовательно, штифта 4 в положении вдоль центральной оси. Данные три компонента, в свою очередь, интегрально скреплены друг с другом с помощью закрывающего зажима 8, который также может быть изготовлен из ферромагнитного материала.

Непосредственно на колпачке 7 сформированы два штифта 9 для использования для центрирования электронной платы 10 во время ее приклеивания к колпачку 7.

Высокоточный и полностью компенсированный датчик 11 на эффекте Холла размещен в центре электронной платы 10 и непосредственно приварен к ней на той же стороне, что и все остальные электронные компоненты, необходимые для преобразования перпендикулярного перемещения магнита 6 в направлении датчика 11 на эффекте Холла в электрический сигнал.

Схемы усилителя и калибровки электронной платы 10 состоят из одного модуля с инструментальной структурой для подавления синфазных помех и усиления только дифференциального сигнала: в частности, устройство 18 регулировки сдвига и устройство 19 регулировки коэффициента усиления выполнены независимыми, насколько это возможно, путем соответствующего подбора величины регулировки. Кроме того, для компенсирования явления уменьшения магнитного потока, создаваемого магнитом 6, интенсивность которого снижается при увеличении температуры, предусмотрена компенсация температуры (NTC), соответствующим образом ориентируемая в диапазоне показаний смещения.

Все эти электронные компоненты, как уже было отмечено ранее, располагаются в верхней части электронной платы 10, на противоположной стороне относительно магнита 6.

Колпачок 7 сформирован так, чтобы позволять крепление к ней экрана 13 из ферромагнитного материала, с помощью нажимных штифтов и/или винтов 12. Экран должен иметь соответствующие размеры, чтобы не быть насыщенным магнитным потоком или полем, создаваемыми магнитом 6, и имеет функцию экранирования датчика 11 и магнита 6 от блуждающих магнитных полей.

Две верхних опоры 23 и нижняя опора 20 позволяют удерживать экран 13 в устойчивом положении во времени, тем самым исключая любые изменения расстояния между экраном, датчиком 11 на эффекте Холла и магнитом 6. Экран 13 сформирован так, чтобы иметь верхнюю сторону 13', расположенную горизонтально над датчиком 11 на эффекте Холла, и нижнюю сторону 13'', расположенную горизонтально ниже магнита 6, так что датчик 11 и магнит 6 заключены внутри экрана.

Указанные две части кожуха или экрана взаимно соединены с помощью одной или более вертикальных частей 13''', служащих для обеспечения возможности прохождения магнитных потоков, создаваемых верхней частью магнита 6, и направления их в его нижнюю часть, после того как они прошли через датчик 11 на эффекте Холла. Для увеличения интенсивности магнитного потока, создаваемого магнитом 6, в верхней части экрана 13 сформирован участок 17 с выемкой, углубленный в направлении к датчику 11, конфигурация которого позволяет покрыть всю поверхность датчика 11 на эффекте Холла, как будет лучше пояснено ниже.

В верхней части датчика давления размещается подходяще сформированная закрывающая крышка 14 из пластика, снабженная соединениями 14', которые, при нажиме, зацепляются путем воздействия за закрывающий зажим 8. Кроме того, в крышке 14 предусмотрено окошко 14'', для обеспечения соединения внешнего соединителя 15 с электронной платой 10, чтобы электрический сигнал, создаваемый датчиком давления, мог передаваться, через проводник 30, к любому удаленному устройству декодирования.

Описанный выше измеритель давления работает следующим образом. Давление текучей среды в системе, подлежащей мониторингу, передается через вход 100 в камеру 110, где оно действует на поверхность мембраны 2, с которой оно вступает в контакт и деформирует ее. Когда давление увеличивается, штифт 4, соединенный с мембраной 2 и с магнитом 6, толкается в направлении электронной платы 10, на которой установлен датчик 11 на эффекте Холла. Датчик 11 генерирует электрический сигнал, который зависит от расстояния датчика до магнита 6, и тем самым от давления текучей среды в камере 110. Экран 13 имеет функцию экранирования измерений от воздействия блуждающих магнитных полей, и окружает магнит 6 и электронную плату 10 с датчиком 11 на эффекте Холла, установленным на ней. Участок 7 с выемкой, расположенный над датчиком 11 на эффекте Холла, действует на магнитный поток таким образом, что увеличивает его интенсивность.

Данное увеличение интенсивности магнитного потока, создаваемого магнитом 6, упрощает операцию калибровки, предоставляя устройство 18 регулировки сдвига и устройство 19 регулировки коэффициента усиления более независимо, и упрощает позиционирование магнита 6 относительно датчика 11 на эффекте Холла путем увеличения запаса допуска относительно расстояния между указанными двумя компонентами.

Экран 13 такой формы обеспечивает возможность иметь магнитные потоки через датчик 11, которые менее чувствительны к нарушениям внешними агентами, такими как ферромагнитные тела, которые могут присутствовать вблизи датчика давления, и электромагнитные помехи, создаваемые электромагнитными клапанами или насосами; это обеспечивает большую стабильность датчику давления, в том, что касается его выходного сигнала.

Функциональная схема электронной платы 10 иллюстрируется на фиг.5.

Через вход 30 напряжение питания передается на предохранитель 31 перенапряжения и регулятор 32 напряжения питания. Отрегулированное таким образом напряжение питает датчик 11 на эффекте Холла, устройство 33 компенсации температуры (которое принимает входной сигнал от термистора 34), и устройство 35 усилителя. Датчик 11, в свою очередь, передает электрический сигнал измерения давления устройству 33 компенсации, которое, в свою очередь, передает температурно-скомпенсированный сигнал устройству 35 усилителя. Усиленный сигнал, выдаваемый устройством 35 усилителя, передается на устройство 18 регулировки сдвига и устройство 9 регулировки коэффициента усиления, которые оба возвращают его к устройству 35 усилителя. Результатом калибрования посредством регулировки 18 сдвига и регулировки коэффициента усиления 19 является выходное напряжение 36.

Изобретение относится к измерителям давления. Измеритель давления, содержащий по меньшей мере один датчик (11) давления на эффекте Холла, по меньшей мере один ассоциированный магнит (6), подвижный относительно него в соответствии с давлением, подлежащему измерению, и по меньшей мере один защитный экран (13), изготовленный из ферромагнитного материала, который окружает датчик (11) и магнит (6), при этом экран (13) имеет одну сторону (13'), ближайшую к датчику (11), в которой сформирован углубленный участок (17), в направлении датчика (11), для усиления магнитного потока. При этом измеритель давления дополнительно содержит тело (102) основания, снабженное входом (100) для текучей среды и камерой (110), которая сообщается с входом (100), мембрану (2), поддерживающую магнит (6), которая туго герметизирует камеру (110), и колпачок (7), расположенный вокруг указанной мембраны (2) для поддержки указанного экрана (13). Технический результат заключается в повышении помехозащищенных свойств датчика. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Измеритель давления, содержащий по меньшей мере один датчик (11) давления на эффекте Холла, по меньшей мере один ассоциированный магнит (6), подвижный относительно него в соответствии с давлением, подлежащим измерению, и по меньшей мере один защитный экран (13), изготовленный из ферромагнитного материала, который окружает датчик (11) и магнит (6), при этом экран (13) имеет одну сторону (13'), ближайшую к датчику (11), в которой сформирован углубленный участок (17) в направлении датчика (11) для усиления магнитного потока, отличающийся тем, что измеритель давления дополнительно содержит тело (102) основания, снабженное входом (100) для текучей среды и камерой (110), которая сообщается с входом (100), мембрану (2), поддерживающую магнит (6), которая туго герметизирует камеру (110), и колпачок (7), расположенный вокруг указанной мембраны (2) для поддержки указанного экрана (13).

2. Измеритель давления по п.1, отличающийся тем, что он содержит электронную плату (10), на которой установлен датчик (11) на эффекте Холла.

3. Измеритель давления по любому из п.1 или 2, отличающийся тем, что мембрана (2) имеет по меньшей мере один штифт (4) из неферромагнитого материала, опирающийся на нее, который снабжен опорой (5) для магнита (6).

4. Измеритель давления по п.3, отличающийся тем, что опора (5) изготовлена из силикона или другого теплоизоляционного материала.

5. Измеритель давления по п.4, отличающийся тем, что штифт (4) содержит по меньшей мере одно ребро (22) охлаждения.

6. Измеритель давления по п.2, отличающийся тем, что он содержит закрывающую крышку (14), зацепленную за зажим (8), для крепления указанного колпачка (7) на указанном теле (102) основания.

7. Измеритель давления по п.6, отличающийся тем, что крышка (14) содержит окно (14') для обеспечения возможности присоединения внешнего соединителя (15) к электронной плате (10).

8. Измеритель давления по любому из п.2, или 6, или 7, отличающийся тем, что указанная электронная плата (10) содержит устройство (33) измерения температуры, предназначенное принимать электрический сигнал, указывающий давление, от датчика (11) на эффекте Холла, и передавать его устройству (35) усилителя для усиления скомпенсированного сигнала.

9. Измеритель давления по п.8, отличающийся тем, что упомянутое устройство (35) усилителя передает усиленный сигнал к выходу (36) сигнала через устройство (18) регулировки сдвига и устройство (19) регулировки коэффициента усиления, которые осуществляют обратную связь к упомянутому устройству (35) усилителя.