Датчик давления с частотным выходом Советский патент 1983 года по МПК G01L11/00 G08C19/16 

(5) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использ .вано во всех отраслях народного хозяйства для измерения давлений жидки и газообразных сред. Известны датчики давления с часто ным выходом, предназначенные для измерения давлений, жидких и газообразных сред, в котО:рых в качестве первичного измерительного преобразователя используется резонатор с тонкостенным цилиндрическим активным учас ком 1 В известных датчиках для уменьшения температурных погрешностей осуществляют тщательный подбор конструк ционных материалов, из которых изготавливают как сам резонатор, так и другие элементы конструкции, причем к диапазонам изменения значений теплофизических параметров этих материа лов предъявляются чрезвычайно жестки требования. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик давления с частотным выходом, включающий корпус с размещенными в нем цилиндрическим резонатором с системой возбуждения и регистрации колебаний, и устройством компенсации температурной погрешности 2 В датчике устройство компенсации температурной погрешности представляет собой отдельный конетруктирно обособленный узел, упругая система которого содержит выполненные газообразными (и/или) жидкими средами герметичные камеры, причем давления и составы сред, заполняющих указанные камеры, подбирают в процессе регулировки узла таким образом, что результирующий ТКЧ датчика (температурный коэффициент частоты) приближается к нулю, а его начальная частота - к заданному номиналу. Для упрощения компоновки узла резонатора как сам термокомпенсатор, так и.все его детали изготав1ливаются в виде тел вращения. С цель увеличения диапазонов регулирования ТКЧ и начальной частоты датчика дета ли термокомпенсатора, замыкающие раз мерную цепь узла резонатора, соединя тся между собой с помощью тонкостенн упругих оболочек (мембран, сильфонов), ограничивающих герметичные камеры, входящие в упругую систему терм компенсатора и заполненные газообразными и (или )жидкими средами. Недостатком известного датчика является сложность и трудоемкость конструкции как узла термокомпенсации, так и всего датчика в целом, чт приводит к очень высокой стоимости его изготовления. Целью изобретения является упрощение конструкции датчика. Поставленная цель достигается тем что в частотном датчике давления, включающем корпус с размещенными в нем цилиндрическим резонатором с сис темой возбуждения и регистрации коле баний, и устройство компенсации темп ратурных погрешностей, последнее выполнено в виде тонкостенной упругой оболочки, герметизирующей внутреннюю полость резонатора, которая запо нена жидкостью.. На фиг. 1 показан датчик, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-Д на фиг.1 на фиг. 3 - принципиальная электриче кая схема датчика с системой самовоз буждения . Корпус 1 (фиг. 1) датчика изготавливается из ферромагнитного материала и представляет собой тело вращения, внутри которого имеется два цилиндрических отсека, разделенных между собой перегородкой 2 с центральным отверстием 3- Тонкостенный электрический резонатор 4 вставляется в центральное отверстие перегородки 2 корпуса датчика и сочленяется с ним с помо щью герметичного неразъемного соединения 5 (сварка, пайка твердыми припаями В качестве материала для изготовления резонатора 4 следует выбирать металлы или сплавы с возможно более высоким пределом упругости и любыми магнитными свойствами. Со стороны открытого конца резонатора в корпусе 1, монтируется узел подвода измеряемого давления, включаю щий в себя втулку 6 с каналом 7 для подвода измеряемого давления и с ци864линдрической расточкой 8, внутри которой размещается тонкостенная упругая оболочка, например сильфон 9 с герметичной заглушкой. Сильфон 9 сочленяется с. втулкой 6 также с помощью неразъемного герметичного соединения. С другой стороны перегородки 2 корпуса 1 в цилиндрическом отсеке, в который выходит тонкостенный активный участок резонатора k, монтируется узел элементов системы возбуждения и регистрации колебаний резонатора. Этот узел включает в себя цилиндрический магнитопровод 10, четыре постоянных магнита 11 и четыре фиксирующих вкладыша 12, изготовленных из диэлектрика и несущих на себе электроды 13 емкостной системы регистрации колебаний резонатора. Узел элементов систем возбуждения и регистрации колебаний резонатора фиксируется 9 корпусе датчика с помощью упругой прокладки 14 и кольцевого изолятора с арматурой, состоящего наружной втулки 15, изоляционного из кольца 16 и внутренней втулки 17. В свою очередь кольцевой изолятор жестко сочленяется с корпусом 1 датчика путем точечной сварки с наружной втулкой 15. Глухой, конец резонатора крепится внутри корпуса датчика с помощью плоской мембраны 18 с четырьмя отверстиями 19, служащими для пропуска электрических проводников 20, подсоединяемых к электродам 13. Датчик закрывается крышкой 21 (из ковара) с гермовводами 22, которая крепится винтами 23- Конструктивные разъемы датчика герметизируются с помощью уплотнительных прокладок 2k и 25. Внутренняя полость 2б резонатора сплошь заполняется рабочей жидкостью 27 (спирт, вода, ртуть и др.) Для заполнения этой полости после окончательной сборки датчика служит толстостенная капиллярная труба 28, впаянная в отверстие, просверленное внутри кольцевой проточки 29По окончании заполнения внутреннего объема резонатора рабочей жидкостью капиллярная трубка пережимается, обрезается и заваривается, а , остаток ее укладывается в кольцевую п0ЬтЬчку 29, которая закрывается упругим разрезным кольцом 30. Четыре постоянных магнита 11 создают в области, где расположен резонатор Ц, квадрупольное магнитное поле,- направление силовых линии котор го указано стрелками. Один конец резонатора 4 соединен с выходом широкополосного дифференциального усилителя 31 системы само возбуждения, а другой - с корпусом прибора и далее с общим проводом (землей) всей схемы. Накрест лежащие пары электродов 13 соединяются между собой и через высокоомные сопротивления 32 подключаются к источнику 33 постоянног напряжения U, а через разделительные конденсаторы З к входам дифференциального усилителя 31. Входы дифференциального усилителя 31 шунтируются подстроечными сопротивлени ми 35 которые предназначены для то ной фазовой подстройки системы само возбуждения датчика. При номинальной температуре датчик работает следующим образом. Подвод измеряемого давления &к внешней поверхности сильфона 9 обус лавливает изменение действующих в материале резонатора упругих напряж ний, однозначно определяющих собственную частоту низшей формы его изгибных колебаний. В совокупности с Электронным блоком .системы самовозбуждения датчик образует электромеханическую автоколебательную систему, . частота которой близка к собственной частоте колебаний резонато ра 4. При колебаниях резонатора 4 изменяются емкости конденсаторов, образуемых электродами 13 и резонат ров, в результате чего на электродах 13 возникает переменный электри ческий сигнал, частота которого рав на частоте колебаний резонатора. Через разделительные конденсаторы 3 этот сигнал поступает на входы дифференциального усилителя 31, сиг нал подается на изолированный от корпуса конец резонатора (на фиг. это его верхний конец), обуславлива тем самым протекание через резонато переменного тока в осевом направлении. При взаимодействии этого тока квадрупольным магнитным полем возни кает система приложенных к резонато ру пондеромоторных сил, поддерживаю щих незатухание колебания резонатора с частотой, близкой к собствен16 ой частоте низшей формы его изгиб- , ых колебаний. Разделительные коненсаторы 3 введены в схему с целью защиты усилителя 31 от попадания на его входы относительно высокого постоянного напряжения UQ от источника 33. При отклонении температуры датчика от номинальной соответствующим образом изменяется и объем жидкости, сплошь заполняющей герметичную камеру, ограниченную внутренними поверхностями резонатора k и сильфона 9В результате этого в материале резонатора возникают дополнительные механические напряжения, которые (при выполнении определенных условий) полностью компенсируют температурные погрешности датчика в некоторой произвольно выбранной точке Р диапазона измеряемых-давлений. Технико-экономический эффект изобретения состоит в упрощении, а следовательно и в снижении стоимости производства датчика без ухудшения его Температурных погрешностей. Кроме того, предлагаемый датчик обеспечивает возможность перехода от одной контролируемой среды к другой. Формула изобретения Датчик давления с частотным выходом, содержащий корпус с размещенными в нем цилиндрическим резонатором с системой возбуждения и съема колебаний и устройством компенсации температурной погрешности, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, устройство компенсации температурной погрешности выполнено в виде тонкостенной упрутой оболочки, установленной герметично в корпусе и сообщенной с внутренней полостью резонатора, которая заполнена жидкостью. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторскосе свидетельство СССР № it73072, кл. G 01 L 11/00,197. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке №2530751/18-10, кл. G 01 L 11/00, 26.01..78 (прототип) .

21 22 n

fJ

/

Фиг.

12

w