Датчик избыточного давления Советский патент 1986 года по МПК G01L9/10 

Изобретение относится к измери тельной технике.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлен датг4ик избыточного давления.

Чувствительный элемент вьшолнен в виде мембранных коробок 1 и 2, внутренние полости которых сообщены между собой каналом 3, верхняя измерительная полость 4 сообщена со средой трубкой 5, нижняя измерительная полость 6 посредством двухпози- ционного электромагнитного клапана 7 - со средой либо с атмосферой. К корпусу чувствительного элемента приварен стакан 8, внутри которого размещен плунжер 9, который является подвижным элементом магнитопровода индуктивного преобразователя, имеющего первичную обмотку 10 и вторич- ные обмотки 11. На.штоке плунжера укреплен сердечник 12 электромагнита 13, катушка которого охватывает стакан 8. Вторичные обмотки 11 индуктивного преобразователя подключены к блоку электронного преобразователя 14, выход которого подключен к аналого-цифровому преобразователю 15. Сигнал с аналого-цифрового преобразователя поступает в память вычислительного устройства .16, а результат вычисления измеряемой величины выводится на блок индикации 17. Блок управления 1В управляет работой измерительного устройства в целом. Коммутационный ключ 19 служит для подачи питания от стабилизированного источника питания 20 на катушку электромагнита 13.

Вследствие нестабильности упругих характеристик чувствительного элемента, влияния внешних усло.вий и изменения характеристики электронного преобразователя выходная характеристика датчика может отличаться от номинальной V| f (Р) и в общем случае может быть нелинейной.Тогда фактическая нелинейная характеристика датчика Vfp f(P) может быть аппроксимирована семейством касательных к ней в точках, соответствующих текущим значениям Р; измеряемого давления, f Аналитическое выражение касательной имеет вид

V;

QliQ. P., г))

где Р) - i-oe значение измеряемого давления,

218301;2

,г i-ые значения коэффициентов

аппроксимации О ., , V-- i-oe значение выходного напряжения датчика.

5 Измерение производится в три такта.

На первом такте измерения электромагнитный клапан 7 сообщает нижнюю измерительную полость 6 с атмосферой ( положение). При этом шток плунжера 9 переместится. Учитывая, что величина силы, действующей на шток плунжера, пропорциональна площади верхней мембранной коробки S., в вычислительном устройстве 16 будет зарегистрировано значение вькодного напряжения датчика, определяемое выражением

20

V а ,S.,P,

(1)

где SiР - сила, действующая на шТок плунжера.

На втором такте измерения блок управления 18 замыкает коммутацион- ;ньй ключ 19 и электромагнит 13 получит питание от стабилизированного источника питания 20. Так как шток иплунжера 9 перемещен, сердечник

А П

3jneKTpoMarHHTa 12 будет также смещен относительно среднего положения по высоте катушки 13 и на него станет действовать сипа 0 , стремящаяся вернуть его в среднее положение. Величина силы & постоянна в виду однородности поля внутри катушки электромагнита во всем диапазоне перемещения сердечника. Под действием 6 плунжер 9 изменит свое положение. В вычислительйо Ч устройстве 16. будет зарегистрировано значение выходного напряжения, определяемое выражением

45

V., а., + a(S,P-6).

(2)

50

55

На третьем такте измерения блок управления 18 размыкает ключ 19 и подает питание на электромагнитный клапан 7. При этом, обесточивается катушка электромагнита 13, .а электромагнитный клапан 7 сообщает нижнюю измерительную полость 6 с измеряемой средой (положение 11). В это случае на измерительньш узел будет действовать разность сил ,,(где F - слла, действующая на верхнюю мембранную коробку; F - сила, дей31

ствующая на нижнюю мембранную коробку) , определяемая выражением

F.-Fj - SpP (S,-S,)P,

j и Sg - площади

верхней и мембранных к

где S

нижней

робок.

Под действием разности сил произойдет перемещение плунжера 9 и в вычислительном устройстве 16 запишется значение выходного напряжения

V,

а, + ()l.

(3)

Таким образом, по окончании третьего такта измерения в памяти вычислительного устройства 16 будут зарегистрированы три значения выходного напряжения V, , V , V,, , а константы S,, и 0 , вычисленная по выражению

S(1W/) ZF)Mo

(4)

где

S - площадь сечения сердечника

электромагнита; f - высота сердечника электромагнита J

I - ток в катушке электромагнита;

W - количество витков катушки;

)о- магнитная постоянная; Ju - магнитная проницаемость J

сердечника,

хранятся в памяти вычислительного устройства постоянно.

Значения выходных напряжений преобразователя 14, определяемые выражениями (1, 2 и 3)дают систему управлений

V а + .P

V, а, + а (5,Р-&)

у, а, + а (,г)Р,

(5)

Редактор И.Сегляник Заказ 1127/52

Составитель А.Соколовский

Техред М.Надь КорректорЛ.Пилипенко

Тираж 778.Подписное

ВНР1ИПИ Государственного комитетаСССР

по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

218301 .

имеющую единственное решение

УО - Уг

Vo

§ 5г

(6)

являющееся алгоритмом автоматического вычисления значения измеряемого давления в вычислительном устройстве 16 по окончании третьего такта измерения и выдачи его в блок индикации 17. Как видно из выражения (6) результат вычисления не зависит от коэффициента аппроксимации , п а, а. следовательно от нестабильности вьГходной характеристики датчика.

Преимущество предлагаемого датчика избыточного давления состоит в том, что на результат измерения не влияет нестабильность упругих характеристик мембранной коробки, а также изменение температуры внешней среды.

Формула изобретения

Датчик избыточного давления,содержащий корпус, дифференциальньш индуктивный преобразователь с плунжером, измерительную камеру с мёмбранной коробкой, один жесткий центр которой закреплен на корпусе, а другой соединен штоком с плунжером дифференциального ИНДУКТИВНОГО преобразователя, отличающийся

тем, что, с целью повьшгения точности измерения, датчик снабжен второй мембранной коробкой, электромагнитом с якорем и электромагнитным клапаном, причем вторая мембранная коробка

имеет эффективную площадь, отличную от первой, размещена во второй измерительной камере, сообщенной через электромагнитный клапан с атмосферой или с первой измерительной камерой,

а внутренние полости мембранных коробок соединены между собой, при этом якорь электромагнита размещен на штоке плунжера.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения избыточного давления путем исключения влияния нестабильности выходной характеристики датчика. Чувствительный элемент датчика содержит размещенные в измерительных камерах 4 и 6 мембранные коробки 1 и 2, внутренние полости которых сообщены между собой каналом 3. Мембранная коробка 1 соединена штоком с плунжером 9 дифференциального индуктивного преобразователя с обмотками 10 и 11. На штоке плунжера укреплен сердечник 12 электромагнита 13 со стабилизированным источником питания 20. Работой датчика управля ет блок 18. При измерении избыточног го давления электромагнитный клапан 7 сообщает измерительную камеру 6 сначала с атмосферой, а затем - с измеряемой средой. В памяти вычислительного устройства 16 будут зарегистрированы зндчения выходных напряжений разных токов измерений, служащие для автоматического вычисления значения измеряемого давления, выдаваемого в блок индикации 17, 1 ип, ю