Датчик давления Советский патент 1984 года по МПК G01L9/10 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчи ка-м давления. Известны датчики давления, содержащие упругий чувствительный элемент и трансформаторный преобразователь перемещения в электрическое напряжение. При воздействии на датчики давления дестабилизирующих факторов (температуры, внешних магнитных полей, старения материалов) в преобразовате лях перемещения изменяются значение начального нулевого сигнала (аддитив ная погрешность) и коэффициента преобразования (мультипликативная по- грешность). Аддитивная погрешность исключаетс или сводится к минимуму а дифференци альных трансформаторных преобразователях перемещения в электрическое напряжение за счет использования дву вторичных обмоток трансформатора, включенных встречно, или за счет использования компенсирующего преобразователя, такого же как измерительны но не воспринимающего перемещения уп ругого элемента lj . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является Датчик давления с трансформаторным Преобразователем перемещения, содержащим две одинаковые вторичные обмот ки, включенные встречно zj . Основным недостатком известного датчика давления является наличие мультипликативной составляющей погре ности трансформаторного преобразователя перемещения. Цель изобретения - повышение точНости измерений за счет исключения как аддитивной, так и мультипликатив ной составляющих погрешности трансформаторного преобразователя перемещения в электрический сигнал. Поставленная цель достигается тем что датчик давления, содержащий упру гий чувствительный элемент, преобразователь перемещения чувствительного элемента в электрический сигнал,соетоящий из измерительного трансформатора с якорем, закрепленным на упругом чувствительном элементе, компенсац гоиный трансформатор с якорем, закрепленным на основании, при этом первичные обмотки трансформаторов включены последовательно, а вторичные встречно, и измеритель отношения напряжений, снабжен дополнительным трансформатором с якорем, который закреплен на-основании и образует с магнитопроводом трансформатора воздушньй зазор, равный воздушному зазору измерительного трансформатора при максимальноДопустимом измеряемом давлении, одна обмотка дополнительного трансформатора включена последовательно с первичными обмотками измерительного и компенсационного трансформаторов, а другая соединена с общей точкой вторичных обмоток этих трансформаторов и первым входом t измерителя отношения напряжений, второй вход которого соединен с вторичной обмоткой измерительного трансфор- матора, На фиг.1 приведена конструктивная схема датчика давления, продольный разрез; на фиг,2 - электрическая схе ма датчика. Датчик содержит упругий чувствительный элемент 1, измерительный трансформатор 2, состоящий из магнитопровода 3, на котором размещены первичная 4 и вторичная 5 обмотки, и якоря 6, который закреплен на чувствительном элементе 1. Компенсационный трансформатор 7 состоит из магнитопровода 8, на котором размещены первичная 9 и вторичная 10 обмотки, и якоря 11, который закреплен на основании 12, образуя с магнитопроводом 8 воздушный зазор, равный воздушному зазору между якорем 6 и магнитопроводом 3 при давлении равном нулю. Дополнительный трансформатор 13 состоит из магнитопровода 14, на котором размещены первичная 15 и вторичная 16 обмотки, и якоря 17, который закреплен на основании 12 и образует с магнитопроводом 14 воздушный зазор, равный воздушному зазору между якорем 6 и магнитопроводом 8 при максимальном значении измеряемого давления. Измеритель 18 отношения напряжений предназначен для определения отношения Uj«/(JQf, , где Uj - напряжение на концах обмоток 5 и 10, Ugfj - напряжение на концах обмоток 16 и 10. Первичные обмотки 4, 9 и 15 трансформаторов 2, 7 и 13 соединены последовательно между собой (фиг.2); вторичные обмотки 5 и 16 трансформаторов 2 и 13 соединены встречно с вторичной обмоткой 10 трансформатора 7. Свободные конць вторичных обмоток 5 и 16 подключены к входам измерителя 18 отношения напряжений. Устройство работает следующим образом. При подключении первичных обмоток трансформаторов 2, 7 и 13 к источнику переменного тока л. U) во вторичных обмотках измерительного 2, компенсационного 7 и дополнительного 13трансформаторов наводятся напряжения (Ju. j UK ) UCL соответственно При подаче давления Р упругий чувствительный элемент 1 прогибается и перемещает якорь 6 в сторону у геньшения воздушного зазора между якорем 6 и магнитопроводом 3. При этом во вторичной обмотке 5 измерительного транс форматора 2 увеличивается напряжение (Uu.) пропорционально измеряемому давлению. Так как воздушный зазор между якорем 11 и магнитопроводом 8 равен воздушному зазору между якорем 6 и магнитопроводом 3 при давлении Р 0, а между якорем 17 и магнитопроводом. 14- воздушному зазору между якорем 6 и магнитопроводом 3 при максимальном измеряемом давлении , то во вторичной обмотке 10 компенсационного трансформатора 7 наводится напряжение . при P О а во вторичной .обмотке 16 дополнительного трансформатора 13 напряжение Ui UIL при Ргяах оимотки 5-10 и 10-16 соединены встречно, то напряжение с обмоток 510 будет Uc Uu. - а к , напряжение с обмоток 10-16 будет UQIJ ba,-U|( . Напряжения U. и UQ поступают на входы измерителя отношения напряжений, который вычисляет отношение Ь- «- U«nUa-UK Так как U пропорционально измеряемому давлению, а {J j; и Ud. «е зависят от давления, то отно1 ние И пропорционально измеряемому давлению. В этом датчике давления отсутствуют как аддитивная, так и мультипликативная погрешности преобразователя переме(В(ений, т.е. предлагаемое устройстнд не имеет погрешности.при воздействии на него дестабилизирующих факторов (температуры, изменения параметров источника питания, внешних магнитных полей и др.). Напряжения (Ju и Ил можно предвить так: Uu uь/Uoп, , Ug.--l -bmax Joj., ,. (3) п - текущее значение перемещения чувствительного элемента от давления, максимальное значение перем щения чувствительного элемента; On ЗйГ напряжения на вторичных ° обмотках измерительного и дополнительного трансформаторов при Р 0. Кц- крутизна изменения напряжения на вторичной обмотке измерительного трансформатора от перемещения якоря (h) ; - постоянный коэффициент. Из вьгражений (1), (2) и (3) слет Кц-Ь Цоп-Цк ,, ри воздействии дестабилизирующих оров будет .происходить изменение )Uoз.и UK соответственно ity , tukd ;±uUoT7 jtbUo VtbU, . этом из выражения (4) отношение будет: , Uuib u b UontiiUonHUabUK) К 1лУ15 1г)() ри идентичности конструкции изме льного, компенсационного и дополльного трансформаторов и принятом еплении якорей 11 и 17 относительагнитопроводов 8 и 14 имеют место нств on-UK Uo KU ) uUon-bU, , Ь. С учетом равенств (6)-(9) уравне(5) будет отношение п , измеряемое измерим отношения давлений, не зависит зменения крутизны и нуля характеики измерительного трансформатора.

...VsASv 4..

-, - Л- ГЛ11АЛ.

18

Фиг.1

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий упругий чувствительный элемент, преобразователь перемещения чувствительного элемента в электрический сигнал, состоящий из измерительного трансформатора с якорем, закрепленным на упругом чувствительном элементе, компенсационный трансформатор с якорем, закрепленным на основании, при этом первичные обмотки трансформаторов включены последовательно, а вторичные встречно, и измеритель отношения напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения мультипликативной погрешности, он снабжен дополнительным трансформатором с якорем, который закреплен на основании и образует с-магнитопроводом трансформатора воздушный зазор, равный воздушному зазору измерительного трансформатора при максимально допустимом измеряемом давлении, одна обмотка дополнительного трансформатора включена последовательно с первичными обмотками измерительного и компенсаци- S онного трансформаторов, а другая сое(Л динена с общей точкой вторичных обмоток этих трансформаторов и первым входом измерителя отношения напряжений, второй вход которого соединен с р вторичной обмоткой измерительного трансформатора.