Устройство для измерения давления Советский патент 1984 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, т.е. к датчикам давления с тензометрическими преобразователями. Датчик может быть использован для измерения давления как высокотемпературного рабочего тела (расплав металлов, полимеров }f так и. давления рабочего тела при нормальной температуре.

Известны датчики давления, содержащие последовательную цепь преобразователей: давление-сила - в виде упругой оболочки; сила-деформация в виде промежуточного упругого элемента; деформация-электрическое сопротивление - в виде тензорезистора и электрическое сопротивление - напряжение вьходного электрического сигнала - в виде измерительной цепи Cl3..

В таких датчиках наличие промежуточного упругого элемента позволяет изолировать тензорезистрры от непосредственного воздействия высокотемпературного рабочего тела. Вместе с тем такой датчик имеет низкую точность измерения вследствие большой нелинейности выходной характеристики.

Наиболее близким техническим i eшением к изобретению является устройство для измерения давления, содержащее корпус, в котором установлена выпуклая упругая оболочка (мембрана), внутренняя полость которой соединена с измеряемым давлением, консольные балочки, контактирующие с вершиной упругой оболочки, и измерительную схему С23.

Известная оболочка вследствие существенного влияния зоны заделки не может обеспечить линейность показаний датчиков даже при размещении единственного упругого элекюнта с касанием к вершине полусферы. Вместе с тем применение нескольких упругих элементов в сочетании с оболочкой такой формл практически исключается, так как зоны их касания еще больше приближаются к зоне ее заделки, увеличивая тем самым нелинейность преобразований сигнала. Это не позволяет создать достаточную точность измерения путем колшенса-ции погрешностей при соединении тензорезисторов всех самостоятельных цепей в общую измерительную схему.

Целью изобретения является повышение точности за счет снижения нелинейности выходной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения давления, содержащем датчик давления, в корпусе которого устйновлена выпуклая упругая оболочка, полость которой сообщена с источником измеряемого давления, упругую балочку

с тензорезисторами, консольно закрепленную в корпусе и контактирующую свободным концом с вершиной упругой оболочки, и мостовую измерительную схему, упругая оболочка датчика давления выполнена в виде сферы, в датчик введены четыре дополнительные идентичные консольные балочки с тензорезисторами, включенными в мостовую измерительную схему при этом свободные концы дополнител ных балочек контактируют с упругой оболочкой в четырех точках, лежащих на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров в плоскости центрального сечения, перпендикулярного оси симметрии упругой оболочки.

На фиг. 1 приведено устройство, вариант выполнения, разрез в вертикальной плоскости; на фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1.

В корпусе 1 размещена упругая оболочка 2, выполненная в форме полной сферы, усеченной диаметральной плоскостью впускного канала 3. Основание этой оболочки герметично соединено с пазами горловины 4 корпуса 1, образуя его рабочую полость 5 и камеру б. В этой камере в плоскости сечения оболочки 2 по меридиану размещена верхняя упругая балка 7, а в плоскости сечения оболочки 2 по экватору симметрично относительно ее вертикальной оси - четыре боковые упругие балки 8. Все пять балок имеют одинаковые геометрические размеры и выполнены из одного и того I же материала, с наименьшим изменением модуля упругости в диапазоне измеряемых температур.

Упругую оболочку 2 и упругие балки 7 и 8 можно изготавливать из жаропрочной, стали типа ЭИ-572, у которой при нале нагреве (до модуль упругости Б снижается интенсивно, что способствует повьнпению чувствительности этих элементов ( их деформация обратно пропорциональна МОДУЛЮ упругости t) , а при дальнейшем нагреве (до 500-600 °С /модуль упругости изменяется незначительно, что компенсируется тензометрической схемой измерения.

Один конец бёшок 7 и 8 жестко закреплен в корпусе 1 датчика, а втрой упруго прижат контактом 9 к наружной поверхности упругой оболочки 2. С противоположных сторон упругих балок 7 и 8 в их корневой зоне на равном для всех балок расстоянии от места крепления в корпусе 1 к их телу прикреплены тензорезисторы 10 с одинаковой электрической характеристикой, которые с помощью проводов включены в мостовую измерительную схему.

Датчик работает следующим образом.

Рабочая среда через впускной ка нал 3 в горловине 4 корпуса 1 поступает в рабочую полость 5. Если упругая оболочка 2 выполнена из металла с модулем упругости и исходной толщиной стенки сЛ в виде сферы с первоначальным радиусом R , то приращение давления 4Р рабочего тела в рабочей полости 5 вызывает увеличение ее радиуса.на величину

йР К

dR

Ё, V

Перемещение К приводит к перемещению концов 7 и 8, вызывает изгибную деформацию - удлинение продольных волокон балок и жестко связанных с

ними тензорезисторов 10, установленных в корне балок на плече При этом изгибная деформация

P(dRI fl

.max Е Ff, пnay;

где р (aR) - нагрузка от давления; EF - жесткость балки;

ti - толщина балки, будет наибольшей в корневой части

0

балки, I

Таким образом, использование

предложенного устройства позволяет повысить точность измерения за счет ут еньиения нелинейности выходной

5 характеристики.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, содержащее датчик давления, в корпусе которого установлен выпуклая упругая оболочка, полость которой сообщена с источником изме ряемого давления, упругую балочку с тензорезисторами, консольно зак/ f t t t репленную в корпусе и контактирующую свободным концом с вершиной упругой оболочки, и мостовую измерительную схему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет снижения нелинейности выходной характеристики,в датчике давления упругая оболочка выполнена в виде сферы, в датчик введены четыре дополнительные идентичные консольные балочки с тензореэисторами, включенными в мостовую измерительную схему, при этом .свободные концы дополнительных балочек контактируют с упругой оболочкой в четырех точках, лежащих на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров в плоскости центрального сечения, перпендикулярного оси симметрии упругой оболочки. 7