Манометрический преобразователь Советский патент 1987 года по МПК G01L21/12 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения давления атмосферного воздуха в диапазоне 400 - 800 мм рт.ст, в условиях изменения наклона датчика в процессе измерений, например на движущейся метеостанции.

Цель изобретения - повышение точ- ности измерения и стабильности показаний при изменении ориентации датчика в пространстве.

На фиг.1 изображен манометрический преобразователь, общий вид; на фиг.2 схема соединения вьюодов; на фиг.З , VR график зависимости --- f(6); на

RO

фиг.4 - схемы расположения нитей; на фиг.З - график f(S).

Манометрический преобразователь содержит корпус 1, вьтолненный из теплопроводного материала „ четыре камеры 2, изолированные одна от другой и имеющие каналы 3 для сообщения с атмосферой. В камерах 2 расположены держатели 4 с выводами 5. В держателях 4 закреплены металлические нити 6 так, что их концы соединены с выводами держателей. Выводы держателей 4 соединены между собой проводниками по схеме, изображенной на фиг.2. Камеры 2 представляют собой цилиндрические полости, высверленные в корпусе под углом j 42 - 46° к вертика- ли так, что металлические нити направлены по осям камер.

Клеммы А и В (фиг,2) включаются как обычное термосопротивление в мостовую измерительную схему.

Зависимость изменения сопротивления всей нити при 44° (показания измерительного прибора ) от угла наклона, отчитываемого от вертикали, показана на фиг.З кривыми II и ГП. Кривая II соответствует вращению вокруг горизонтальной оси, лежащей в одной из ввртикальних плоскостей, содержащих нити, кривая Г1Г - вращению вокруг оси, делящей угол между ука- занными плоскостями пополам.

Поясним, почему с помощью разделения нити на четыре части и расположения их вьше указанным способом удается устранить влияние угла наклона на показания датчика. Рассмотрим вертикальную нить, к которой приложено постоянное напряжение (фиг.4а). Нить разогревается до определенной температуры, зависящей от температуры воздуха, в результате чего ее сопротивление примет некоторое значение

R; R(,(i + d ui),

где Rp - сопротивление нити при температуре воздуха, равной Т,; ,4Т Т - TO ;

Т - температура разогретой нити;d - температурньй коэффициент

сопротивления.

При отклонении нити от вертикали она охлаждается интенсивней,в результате чего температура Т падает, а сопротивление нити уменьшается, что и показано на фиг.З кривой I.

Если нить изогнута в виде буквы V (фиг,4б), то при повороте ее вокруг оси X по часовой стрелке сопротивление участка АО падает, а сопротивление участка ОВ увеличивается. Сопротивление всей нити АВ меняется незначительно. Таким образом, конфигурация, представленная на фиг.4б,. позволяет существенно ослабить чувствительность выходного сигнала к поворотам вокруг оси X. Для компенсации поворотов вокруг оси Y необходимо ввести еще два участка нити, наклоненных к вертикали под тем же углом j- и лежащих в плоскости XZ (фиг.4в). Указанная система из четырех нитей удовлетворительно компенсирует влияние поворотов вокруг любой из осей, лежащих в горизонтальной плоскости XY, Увеличение числа нитей влекущее за собой значительное усложнение конструкции, не приводит к существенному повышению точности. Таким образом, выбор именно четырех нитей вполне обоснован.

Вводя интегральную меру нечувствительности системы четырех нитей к поворотам: бмещс

R ) (

где - максимальное значение угмякс

ла поворота, на которьй может няться система в процессе эксплуатации, в данном случае f 40.

С помощью экспериментальной кривой I (Фиг.З) легко оптимизировать величину S по у. Зависимость S() условных единицах представлена на фиг.З кривыми IV и V. Кривая IV получается при исследовании вращения вокруг гориэонтальной оси, лежащей в плоскости, содержащей какую-либо пару нитей (оси X или Y), кривая V соответствует вращению вокруг оси, делящей угол между осями X и Y пополам. Промежуточным положением осей вращения соответствуют точки защтрихованной области. Из кривьпс IV и V (фиг.5) следует, что оптимальное значение углов v : 7оп. 2 - 46

Получим теперь зависимость выход- ,ного сигнала конвективного датчика атмосферного давления от величины

&Р

Р - Р,

о

где Р - измеряемое давление;

Р - нормальное атмосферное давление.

Заметим, что при включении первич- ного манометрического преобразователя в мостовую схему выходной сигнал .ли(ДР) (разбаланс моста) будет про- Ъорционален изменению сопротивления нити:

(#R

ли и„-в-е(йР),

Ко

N.

(3)

где UQ- постоянное напряжение питания моста:

В R,/R2(l+Ro/Rj,)4 R - сопротивление второго плеча моста, включенного последовательно с термосопротивлением.

Джоулево тепло, вьщеляемое на нити, равно

.

где b, R;/(R2+Ro);

Nj - мощность, выделяемая на нити при Р РО.

Мощность, вьщеляемая нагретой нитью в окружаюпгий ее воздух N, связана с остальными параметрами соотношением

NT N d+b-;)().,(4)

где тип- некоторые числа;

NJ - мощность, рассеиваемая при Р Рд,mb RO/ROЕсли пренебречь потерями тепла через элементы крепления нити, то можн записать условия баланса тепловых по . токов в виде

N

N,

т э

Ц N;.

,Из соотношений (3 - 5) получим:

)

.

(6)

или

ip)

РО (2)

п

1Г

1. (7) окончательно имеем: (8)

(1 + С учетом

4U(4P)UoB(l4)- l. При малых изменениях давления (--- « 1) получаем линейную связь

между давлением исигналом: ) m ЛР

it--f- - --о ---- ,

Uo п Ро

(9)

2Q

25

30

35

Формулы (8-9) справедливы с достаточной точностью для произвольных конфигураций нити, следовательно для всей системы.

Преимущества предлагаемого манометрического преобразователя (по сравнению с известными) заключаются в следующем:

появляется возможность использования конвективного манометра в условиях изменения угла наклона датчика вследствии устранения влияния наклона на показания манометра}

точность измерений увеличивается в вышеуказанных условиях эксплуатации в 30 раз.

Формула изобретения

Манометрический преобразователь, содержащий теплопроводной корпус,

0 держатели, жестко соединенные с корпусом, на которых закреплена металлическая нить, отличающий- с я тем, что, с целью повьппения точности измерений и стабильности пока45 .заний при изменении ориентации датчика, корпус снабжен четырьмя изолированными одна от дру- гой камерами, сообщающимися с атмос- .ферой, причем металлическая нить раз50 делена на четыре последовательно соединенные проводниками части, каждая из которых установлена в соответствующей камере под углом Y 42 - 46 к вертикали, при этом части ни55 ти попарно расположены во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях.

-fA

V

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения давления атмосферного воздуха в -диапазоне 400-800 мм рт.ст. в условиях изменения наклона датчика в процессе измерений. Цель изобретения - повышение точности измерений и стабильности показаний при изменении ориентации датчика в пространстве. В корпусе 1 выполнены четьфе изолированные одна от другой камеры 2, сообщающиеся через каналы 3 с атмосферой. В каждой камере установлена часть металлической нити 6 под углом 42-46 к вертикали. Расположение частей нити 6 попарно во взаимно перпендикулярных вертикальных плоскостях позволяет устранить влияние угла наклона системы в процессе эксплуатации на показания датчика давления. 5 ил. с 9 (Л to О5 со 1чЭ со ф1/е,1

3

8 Фиг. 4

30 35 W 50 55 у, ffJus. 5

Редактор А.Ревин

Составитель Н.Богданова

Техред.А.Кравчук Корректор С.Шекмар

Заказ 3272/36 Тиралс 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4