Датчик давления Советский патент 1987 года по МПК G01L9/10 

112

Изобретение относится к приборостроению, а именно к преобразователям механических величин в электрические .

Цель изобретения - повьшение чувствительности и линейности выходной характеристики.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 - выходные характеристики датчиков.

Устройство содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциаль но-трансформаторньй преобразователь 2 перемещения, содержащий два магни- топровода 3 и 4, на которых расположены первичные 5 и 6 и вторичные 7 и 8 обмотки, якорь 9, закрепленный на штоке 10, который одним концом жестко связан с пруткиной 11, а другим - с чувствительным элементом 1, стакан 12, на котором закреплены маг нитопроводы 3 и 4 и кронштейн 13 с установленным на нем преобразователем 2 перемещения, прокладки 14 и 15, предназначенные для установки

требуемых зазоров «У и 6 между якорем 9 и магнитопроводами 3 и 4 в процессе сборки датчика. Зазоры устанавливают такими, чтобы при давлении, равном нулю, якорь 9 был сме- щен относительно середины воздушного

зазора (линия 0-0) на величину 0,5Н, где Н - максимальный ход (диапазон перемещения) чувствительного элемента, и чтобы (, (0,3-0,5)Н; (1,3-1,5)Н. Первичные обмотки 5 и 6 соединены между собой согласно, вторичные обмотки 7 и 8 - встречно.

Вторичные обмотки выполнены со следующими обмоточными данными: число витков обмотки 7 (Wj ) меньше числа витков обмотки 8 (W ); Wj -f W

Датчик работает следующим

зом.

ПРИ подаче напряжения питания на первичные обмотки трансформаторного преобразователя 2 в них течет ток I, которьш возбуждает в магнитопроводе 3 магнитный поток F l , а в магнитопроводе 4 - магнитный поток j . При этом во вторичной обмотке 7 наводится эдс

Е О W Ф

(1)

где to - частота напряжения питанияj

W - число витков в обмотке 7

а во вторичной обмотке 8

Еа 2%.

(2)

где W - число витков в обмотке 8. Так как вторичные обмотки 7 и 8 включены встречно, напряжение на выходе датчика

АЕ Е - Е

(3)

Подставив выражения (1) и (2) в (3), получаем

ДЕ u5( - ), (4)

При подаче в датчик давления Р центр чувствительного элемента 1 перемещается пропорционально давлению и перемещает якорь 9 вверх (к магни- топроводу 4). При этом изменяются воздушные зазоры между якорем и магнитопроводами и на выходе датчика появляется напряжение, увеличивающееся с увеличением давления.

Определим зависимость выходного напряжения датчика от перемещения якоря (h).

Магнитный поток связан с перемещением якоря следующим образом:

(5) (6)

- магнитное сопротивление воздушного зазора соответственно между якорем и магнитопроводом 3, якорем и магнитопроводом 4,

5

W.

зоров соответственно между якорем и магнитопроводом 3, якорем и магнитопроводом 4 при нулевом положении якоря (фиг.1); число витков в обмотках 5 и 6;

h - перемещение чувствительного элемента; S - площадь торцов внутреннего и крайнего полюсов магнитопро- 5 вода;

fio - магнитная проницаемость воздуха.

Подставив выражения (5) и (6) в ), получаем

1

дЕ К (

п

f-7

S,- h h У

Ш

де

„ OW/Wg I Sro

к

h .. W,

постоянньш J5 коэффициент, определяемьй конструктивными параметрами дат- 20 чика;

(8)

25

Определим значение п, необходимое для получения ЛР О при h 0. Из выражения (7) находим, что данное условие вьшолняется при п .Подставив выражения (8) в (7), получаем

К (

1

5,

5, - h

/-Q

6(5, + h) )

Чувствительность и линейность выходной характеристики предлагаемого датчика вьше по сравнению с известным.

В известных датчиках число витков во вторичных обмотках одинаковое (Wj Wg ) и якорь находится в сред- нем положении между магнитопроводами при давлении, равном нулю, т.е. , 5j Ор . При этом уравнение (9) принимает вид:

(10)

Анализ уравнения (10) показывает, что чувствительность, известного датчика уменьшается пропорциойально S} а нелинейность его характеристики

Н зависит от отношения --- . Для по-

Ор

вышения линейности характеристики.,

необходимо уменьшать отношение -го„

Согласно проведенным исследованиям

5

5 0

0

5

.,,

Н

отношение должно быть не более

Н 0,4. Указанное отношение при

Оо

заданном значении Н можно получить увеличением 6 , однако при этом падает чувствительность датчика.

Для сравнения выходных характеристик известного и предлагаемого датчиков построим, пользуясь уравнениями (9) и (10), зависимости

АЕ /-/14

--- fCh) для обоих датчиков.

К

дЕ

Зависимости --- f(h ) для диа- к

пазона перемещений якоря.Н 0,8 мм приведены на фиг. 2, где кривая 1 - характеристика предлагаемого датчика при 5i 0,4 мм, §2 t,2 мм ( 5 0,5Н, 52 1,5Н), кривая 2 - характеристика известного датчика при

тг

0,8 (5о 1 мм); кривая 3 - 5 рактеристика известного датчика при

-|- 0,4 ( б-„ 2 мм).

Анализ приведенных на фиг. 2 выходных характеристик предлагаемого и известного датчиков показывает, что при большей чувствительности предлагаемый датчик имеет практически линейную вькодную характеристику, известный - существенно нелинейную (кривые 1 и 2), а при примерно одинаковой линейности выходной характеристики чувствительность предлагаемого датчика в 4 раза вьш1е по сравнению с известным (кривые 1 и 3).

.,,

5

0

5

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий упругий чувствительньй элемент и дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещения, вьшолненный в виде двух трансформаторов, между магнитопроводами которых расположен якорь в виде диска, жестко связанный с чувствительным элементом, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения чувствительности и линейности выходной характеристики, в нем якорь смещен относительно середины зазора между магнитопроводами и образует с торцом первого магнитопро- вода, установленного со стороны чув-, ствительного элемента, зазор Sj(0,3-, 0,5)Н, а с торцом второго магнитопровода - зазор S (1,3-1,5)Н,где Н - максимальный ход чувствительного элемента, при этом число витков вторичной обмотки первого трансформа i

тора W -гк- WP , где W - число витков вторичной обмотки второго трансформатора.

2 Г 0,1 0.2 0,3 Ot{ /7,5 / D,i 0,9 W uz. 2

I

Изобретение, относится к преобразователям механических величин в электрические и позволяет повысить чзшствитёльность устройства и линейность выходной характеристики. Диф- ферен1р1ально-трансформаторный преобразователь 2 перемещения содержит магнитопроводы 3 и 4 с первичными 5, 6 и вторичными 7, 8 обмотками. Якорь 9, закрепленньш на штоке 10, смещен относительно середины зазора между магнитопроводами. Действующее на чувствительный элемент 1 давление перемещает якорь 9, изменяя зазоры между ним и магнитопроводами. Напряжение на выходе датчика пропорционально приложенному давлению. Вьтолнение зазоров 5 (0,3-0,5)Н, ( (1,3-1,5)Н обеспечивает практи- чески линейную выходную характеристику при повышенной чувствительности. 2 Ш1. W го 00 Од ;о ел