Датчик давления Советский патент 1988 года по МПК G01L11/00 

fut.i

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления с частотным выходом.

Цель изобретения - упрощение технологии сборки и регулировки и повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлен датчик давления, разрез; на фиг. 2 - подключение возбудителей и приемников в сие- теме самовозбуждения датчика; на фиг. 3 - расщепленные формы с раз- ными частотами to ,jи uj , где - число полуволн, - число волн.

Датчик давления состоит (фиг. 1) из корпуса 1, выполненного в виде сткана с фланцем, в котором закреплен сварной цилиндрический резонатор 2, при этом дно резонатора для уменьшения влияния закрепления на его рабо- ту соединено с крепежным выступом 3 На боковую поверхность корпуса 1, имеющую четыре окна 4 с размером в

/ с

окружном направлении 45 , надета втулка 5, в которой в радиальных отверстиях установлены четыре возбудителя 6 и четыре приемника 7. Возбудители 6 и приемники 7 выполнены одинаково в виде .поляризованных постоянным магнитом 8 электромагнитных капсул, имеющих магнитопрсводные обечайки 9 с конусным полюсным наконечником и втулку 10, электрическую обмотку 1 1 и герметизирующий тонкий немагнитный диск 12 (например, из сплава 36НХТ). Возбудители 6 установлены под углом 90 друг относи- тельно друга.Соответственно также установлены приемники 7. Каждая капсула герметично закреплена на боко- вой поверхности втулки 5, для чего втулка 5 имеет четыре плоских лыски с требуе ыми канавками, необходимыми для сварки (фиг. 1), или фасками для пайки. Втулка 5 герметично сое- динена с фланцем корпуса 1, а к торцу втулки 5 герметично прикреплена крышка 13 со штуцером внешней полости резонатора, в которую среда проходит через отверстия 14. К другой стороне фланца корпуса 1 герметично прикреплена крышка 15 со штуцером внутренней полости резонатора.

На фиг. 2 показано подключение возбудителей (В , - В ) и приемников 7 (П - П). Включе)гае возбудителей 6 и приемников 7 в соответствии со схемой (фиг. 2) обеспечивает минимальные наводки и максимальное соотношение сигнал/шум на выходе суммирующего операционного усилителя 16 (Y,). Усилитель 17 (Y ) - выходной усилитель, в котором стабилитроны 18 (VD) и 19 (VD) создают требуемую нелинейность типа насыщение выходной характеристики усилителя 17 при работе самого усилителя в линейном режиме, а резисторы 20 (Rg) и 21 (Rg) образуют обратную связь по току для увеличения выходного сопротивления усилителя 17. Система самовозбуждения, показанная на фиг.2 обеспечивает самовозбуждение цилиндрического резонатора строго на собственной частоте, соответствующей форме , где п - число волн в окружном направлении (показано пунктиром на фиг. 2); m - число полуволн в продольном направлении цилиндрического резонатора, что обусловлено г инимальным фазовым сдвигом между скоростью перемещения стенки резонатора (электрическое напряжение на приемниках) и возбуждающей силой (электрический ток в возбудителях).

На фиг. 3 пунктиром показано наихудшее возможное начальное положение возбудителей 6 и приемников 7 относи. Й1 /71

тельно расщепленных форм с ы и «J,, где - число полуволн, - число волн.

Требуемое положение возбудителей 6 и приемников 7 достигнуто поворотом на +22,5 , т.е. в пучности формы с си -Д , но можно получить идентичный результат поворотом в пучности формы с иЛ; (-22,5°).

Датчик давления работает следующим образом.

При появлении разности давлений, действующих во внешней и внутренней полостях резонатора 2, изменяется собственная частота резонатора на возбуждаемой форме ы и таким образом частота автоколебаний в системе самовозбуждения, следовательно и частота электрического выходного сигнала и 5(,|j , являющаяся информативным параметром (фиг. 2).В системе самовобуждения изгибные колебания резонатора с помощью приемников 7 (П - П включенных по дифференциальной схеме, преобразуются в два противофазных сигнала, которые С( 1мируются и усиливаются в усилителях 16 и 17. Выходной сигнал и д., преобразуется

возбудителями 6 в возбуждающие силы, распределенные по форме колебаний , .

Фазовые соотношения, необходимое усиление по контуру системы самовозбуждения и нелинейность типа насыщение (стабилитроны VD, VD) обеспечивают автоколебания с частотой ц/ (и,) выбранной расщепленной фор- мы колебаний.

Особенностями конструкции датчика давления является выполнение корпуса 1, позволяющего проводить необходмую термообработку полностью закреп- ленного в нем цилиндрического резонатора 2, Этим определяется начальное положение расщепленных собственных форм закрепленного резонатор 2, возникающих при технологических отклоне ниях относительно корпуса (базы).

На фиг. 3 показаны расщепленные

,(11

W

(5)

формы с разными частотами w и где и .

Кроме того, присоединение дна ре- зонатора 2 к крепежному выступу 3, имеющему диаметр d , существенно менший диаметра резонатора 2d ( р) обеспечивает виброустойчивость длинных цилиндрических резонаторов при

минимальном влиянии условий закреп лейия на работу резонатора, т.е. увеличивает точность.

Втулка 5 после установки капсул и их закрепления дает возможность отрегулировать поворотом относительно корпуса положение возбудителей и приемников строго по пучностям колебаний какой-либо расщепленной формы. На фиг,. 3 это показано стрелками относительно расщепленной формы с частотой ы -,.

Такая регулировка обеспечивает максимально возможный диапазон изме- рений. Это объясняется тем, что из- за неизбежных технологических поги- бей цилиндрического резонатора при действии давления погибы начинают

изменяться, что приводит к повороту

расщепленных форм резонатора относительно возбудителей и приемников. Максимальный диапазон измеряемых давлений ограничивается скачкообразным изменением частоты автоколебаний, связанным с переходом колебаний резонатора с одной расщепленной формы на другую, что обусловлено их поворотом относительно возбудителей

. ю

и15- 20

,

5 ь, 30

35 40

g

gQ

55

и приемников, т.е. переходом автоколебаний с частоты и ,, на частоту и . Предложенная установка одинаковых возбудителей и приемников в каждой пучности колебаний цилиндрического резонатора при форме колебаний , и выборе размеров резонатора, обеспечивающих минимальную частоту его собственных колебаний, гарантирует невозможность перехода автоколебаний в системе самовозбуждения на более высокие формы при любом изменении давления (перепада давлений) вплоть до разрушен11я резонатора. Однако это приводит к цилиндрическому резонатору относительно большой длины, дно которого для виброустойчивости необходимо закреплять.

Симметричная установка капсул в магнитопроводной втулке 5, выполнение их с конусными полюсными наконечниками и их включение в соответствии со схемой (фиг. 2) позволяют существенно увеличить соотношение сигнал/ /шум,что увеличивает точность измерения , а герметизация капсул немагнитным металлическими дисками 12 обеспечивает возможность вакууми- рования внешней и внутренней полостей резонатора 2.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, две крышки с подводящими штуцерами, цилиндрический резонатор с глухим дном и установочным пояском, закрепленный в корпусе, и системы возбуждения и съема колебаний, выполненные в виде поляризованных электромагнитов с цилиндрическим ярмом, образующим полюсный наконечник в виде усеченного конуса, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии сборки и регулировки и повышения точности измерения, в нем корпус выполнен в виде стакана с фланцем и расположенной снаружи него втулки с отверстиями, в которых закреплены электромагниты, выведенные во внутреннюю полость корпуса полюсными наконечниками через окна, выполненные в стенке стакана, при этом каждый полюсный наконечник загерметизирован по торцу немапшт- ным диском, а в дне стакана выполнен выступ, к которому прикреплено глу- 1364929

хое дно резонатора, причем .лип „нанцу стакана, а другая - к торцу крышка со штуцером присоединена к B-IVJIKH.

Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения - упрощение технологии сборки и регулировки и повышение точности измерений. Включение возбудителей 6 и приемников 7 по данной схеме обеспечивает минимальные наводки и максимальное соотношение сигнал/шум на выходе операционного усилителя 16. В выходном усилителе 17 стабилитроны 18 создают требуемую нелинейность типа насыщение выходной характеристики выходного усилителя 17 при работе последнего в линейном режиме. Резисторы 20 образуют обратную связь по току для увеличения выходного сопротивления выходного усилителя 17. Система самовозбуждения обеспечивает самовозбуждение цилиндрического резонатора (ЦР) строго на собственной частоте. При появлении разности давлений, действуюпщх во внешней и внутренней плоскостях ЦР, изменяются собственная частота ЦР и частота автоколебаний в системе самовозбужде- ния, следов., частота электрического выходного сигнала является информативным параметром. Особенностью конструкции датчика является выполнение корпуса, позволяющего проводить необходимую термообработку полностью закрепленного в нем ЦР. 3 ил. СП