Устройство для измерения давления Советский патент 1985 года по МПК G01L11/00 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению давления газообразных сред. Известны устройства для измерения давления с частотно модулированным выходным сигналом, содержащие упруги чувствительньш элемент, преобразующи измеряемое давление в перемещение, и вторичные преобразователи перемещени в частотно-модулированный сигнал. Известно устройство для измерения давления, содержащее корпус с мембр ной, на которой жестко закреплена стойка, смещенная относительно цент ,ра мембраны, стойку, жестко закрепленную на корпусе с возможностью ее перемещения,, струну, закрепленную н стойках, магнитную систему возбз де ния колебаний, электронный усилител и отсчетное устройство Щ Известное устройство благодаря возможности применения достаточно тонкой мембраны и струны с малой площадью поперечного сечения может обеспечить измерение абсолютного давления вплоть до 133 Па ( 1 мм рт. ст.) Однако для измерения давлений до 0,1 Па (10 мм рт.ст.) такое устройство не может быть использовано вследствие недостаточной чувствительности. Повышение чувствительное ти за счёт дальнейшего утонения мем раны и уменьшения площади поперечно го сечения струны физически не реал зуется. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является ус ройство для измерения давления, содержащее струнньй датчик давления, подключенньй -к измерительному блоку включающему усилитель и регистратор И . : I . ., Однако данным устройств невозможно измерять низкие давления. Цель изобретения - расширение диапазона измерения давлений. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения давления содержащее датчик давления включающий Б- себя корпус, разделенньй мембраной на две полости, одна из которых - подмембранная - герме,тизирована и вакуумирована, а другая - надмембранная - сообщена с ис точником измеряемого давления ив ней размещены жестко закрепленная на мембране стойка, смещенная относительно центра мембраны на 0,58 ра диуса мембраны, стойка, закрепленная на корпусе с возможностью перемещения, струна, концы которой закреплены на стойках, и магнитная система возбуждения колебаний струну, и измерительньй блок, содержащий усилитель и выходной регистрирующий прибор, при этом концы струны датчика подключены ко входу усилителя, снабжено электронным реле с перестраиваемым по частоте порогом срабатывания, вход которого подключен к выходу усилителя, и электрической цепью, состоящей из последовательнее соединенных дросселя, постоянного сопротивления, реостата, стабилизИ13ованного источника постоянного напряжения и контактов электронного реле и включенньй параллельно входу усилителя. I На чертеже изображена принципиальная схема устройства. В цилиндрическом корпусе 1 датчика давления закреплена мембрана 2, вьшолняющая функцию упругого чувствительного элемента. Между торцовыми поверхностями неподвижной стойки 3, жестко закрепленной на мембране 2 и смещенной относительно ее центра на 0,58 радиуса мембраны, и подвижной стойки 4 натянута струна 5. Корпус 1, мембрана 2 и стойка 3 могут быть вьтолнены как одно целое из единой заготовки для обеспечения стабильности метрологических характеристик устройства. Концы-струны 5 зафиксированы накладками 6 и 7, а струна 5 расположена в воздушном зазоре ма гнитной системы 8, прикрепленной к торцовой поверхности корпуса 1. В нижней части магнитная система 8 имеет поднутрение в виде паза, что исключает возможность соприкосновения мембраны 2 и магнитной системы 8. Измеряемое давление подаётся во внутреннюю полость датчика через штуцер 9. Электрические выводы от концов струны 5 осуществлены посредством гибких токоподводов 10 и 11 и гермовыводов 12 и 13. Нижняя цилиндрическая полость 14 корпуса 1 откачена до высокой степени вакуума (например 1-10Па) и загерметизирована посредством штенгеля 15, офпайка или пережим которого условно показаны позицией 16. Наружные концы гермовыводов 12 и 13 подсоединены ко входу электронноо усилителя 17 струнногб автогенератора. Выход электронного усилители подсоединен ко входу регистрирующего прибора 18 и ко входу электронноfo реле 19. Параллельно выходу электронного усилителя 17 подключена электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных дросселя 20, постоянного Сопротивления 21, реостата 22, стабилизированного ис- точника питания 23 и контактов 24 электронного реле.

При подаче измеряемого давления во внутреннюю полость датчика центр мембраны 2 смещается вниз и благодаря угловому перемещению стойки 3 упругая деформация струны 5 возрастет. Струна 5 является частотозадакщим элементом струнного автогенератора и при изменении ее упругой деформации, обусловленной изменением измеряемого давления, изменяется частота электрического сигнала на выходе электронного усилигеля 17. Регистрирующий прибор 18 вьщает информацию о значении частоты струнного автогенератора, которая функционально связана с измеряемым давлением. При соединении измерительной полости датчика с атмосферой на мембрану 2 Воздействует полное атмосферное давление и ее толщина должна быть такой чтобы исключить возможность появлени пластических деформаций в материалах мембраны 2 и струны 5. Но при таких толщинах мембраны 2 устройство практически не реагирует на изменениедавлений в области 0,1-133 Па ( 1 мм рт.ст.). С целью увеличения чув ствительности устройства в указанном диапазоне к выходу электронного уснлителя 17 подключен вход электронного реле 19, которое при строго определенном значении частоты выходного электрического сигнала замыкает свои контакты 24. При этом пороговая частота срабатывания электронного реле может регулироваться.. При замыкании контактов 24 по цепи, состоящей из последовательно соединенных дросселя 20, сопротивления 21, реостата 22, стабилизированного источника питания 23 и струны 5, протекает постоянный ток строго определенной .величины, который нагревает струну 5 на 1002рО,С вьш1е температуры окружающей ;среды. В момент срабатывания элек-: ронного реле 19 частота струны 5

практически мгновенно уменьшается вследствие нагрева и появления температурных деформаций струны. С дальнейшим понижением измеряемого давления вследствие уменьшения теплопроводности газообразной среды теплопередача от поверхности струны 5 в окружающую среду уменьшается, что приводит к возрастанию температуры струны 5 и, следовательно, к дальнейшему уменьшению частоты струнного автогенератора. Таким образом, устройство для измерения давления после включения тока нагрева струны начинает работать как тепловой вакуумметр. С возрастанием измеряемого давления температура поверхности струны 5 уменьшается, частота струнного автогенератора возрастает, электронное реле 19 переводит свои контакты в разомкнутое состояние и устройство для измерения давления начинает работать, используя только упругие деформации мембраны 2. Дроссель 20 применен для ослабления эффекта шунтирования входа электронного усилители электрической цепью, формирующей ток разогрева струны 5. Сопротивление 21 применяется для точного определения величины постоянного тока нагрева, а реостат 22 - для регулирования величи1Ш тока нагрева. i В предлагаемом устройстве при на- . личии одного унифицированного датчика на три порядка расширен диапазон измеряёмьпс давлений газообразны .сред (с Н 02 1 10 до 1 Ч Оf Па) ,: что дает возможность в технологических вакуумных установках вместо двух измерительных устройств (мембранного и теплового вакуумметров) использовать одно измерительное уст ройство. По метрологическим характеристикам предлагаемое устройство превос- , ходит известные типы мановакуумметров и тепловых вакузгмметров, выпускаемых серийно. Так, в диапазоие давлений 1«10 - приведенная погрешность измерения равиа 0,25г, а в диапазоне Ь 1 «Ю Па относительная погрешность измерения не превышает 10%, в то время как серийный вакуумметр типа ВТ-3 в диапазоне .имеет допустимую norpeteность (-30) - (80)%.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, содержащее датчик давления, включающий в себя корпус, разделенньй мембраной на две полости, одна из которых - подмембранная - герметизирована и вакуумирована, а другая надмембранная - сообщена с источников измеряемого давления, и в ней размещены жестко закрепленная на мембране стойка, смещенная относительно центра мембраны на 0,58 радиуса мембраны I стойка, закрепленная на корпусе с возможностью перемещения, струна, концы которой закреплены на стойках, и магнитная система возбуждения колебаний струны, и измерительный блок, содержащий усилитель и выходной регистрирующий прибор, при зтом концы струны датчика подключены к входу усилителя, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения давлений, оно снабжено электронным реле с перестраиваемым по частоте порогом срабатывания, вход которого подключен к выходу « усилителя, и электрической цепью, состоящей из последовательно соединенных дросселя, постоянного сопротивления реостата, стабилизированного источника постоянного напряжения и контактов электронного реле и включенной параллельно входу электронного усилителя.