Устройство для измерения давления Советский патент 1988 года по МПК G01L9/10 

СлЭ

Изобретение относится к средствам для измерения статических и динамических давлений и температур и пре предназначено для контроля высокотем пературных процессов, например измерения давления.и температуры пороховых газов.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функци- ональных возможностей за счет измерения температуры.

На фиг. 1 представлена схема датчика устройства; на фиг. 2 - измерительная схема устройства.

Устройство содержит мембрану 1 цилиндрический корпус 2, катушку 3 индуктивности, установленную коакси- ально внутри катушки 4 индуктивности. Катушки 3 и 4 образуют.зазоры А и В относительно мембраны 1 и зазор Б между торцами катушек, близлежащих к основанию 5, с которым катушка 4 образует зазор С. При этом катушка 3 жестко установлена на ди- электрическом стержне 6, закрепленном на основании 5, образующим зат зор с цилиндрической поверхностью корпуса 2, на котором жестко установлена катушка 3. При этом радиус ка- тушки 4 в три и более раза больше радиуса катушки 3, а материал мембраны имеет электропроводность в девять и более раз больше, чем MaTepHa основания (например, удельное йопро- тивление меди равно 1,673-10 Ом-см, а титан имеет 55 Ч О Ом СМ при той же температуре). При этом зазор А меньше или равен В и одновременно приблизительно равен С.

Соотношения между радиусами катушек и зазорами задаются соотношениям

Кз

Rjpo (, ,со «3, А В |

Катушки 3 и 4 включены через коммутатор 7 в измерительную цепь, содержащую генератор 8 с фиксированной частотой (со) и три независимых блока измерения сигналов: амплитуды 9 и. фазы 10 и 11 (фиг..2). Причем, когда катушки соединены последовательно согласно, то они через коммутатор 7 подключены к блоку 9, а когда комму- татор подключает (по команде оператора) в отдельности каждую катушку и разрывает цепь незадействованной катушки, происходит подключение к

-- . ю15

. 2025 30j. д Q

и

45

50

блоку 10 или, наоборот, к блоку 11, выходы которых подключены к блоку 12 разности фаз. С выходов блоков 9, 10 и 12 сигналы поступают на входы блоков 13, 14 и 15 представления информации (например, осциллографы).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На датчик устройства одновременно воздействуют избыточное давление и температура высокотемпературного процесса, например давления пороховых газов.

Работа датчика в режиме измерения давле ния.

.При воздействии давления мембрана 1 прогибается, за счет этого происходят изменения зазоров А и В и,

соответственно, величины реактивного и активного сопротивлений катушки 3 и величины реактивного и активного сопротивлений катушки 4. Совместно с изменением зазоров А и В изменяются зазоры Б и С, так как мембрана, заделанная на торце цилиндра 2, воздействует на него как силопередающий элемент, т.е. сжимает его. Катушка 4 индуктивности жестко заделана на стержне 6 и поэтому остается неподвижной. Изменение зазора Б между катушками приводит.к изменению коэффициента связи Kg и Соответственно, их взаимоиндукции . Изменение зазора С приводит к изменению величины реак-г тивного и активного сопротивлений катушки 4.

При соблюдении указанных соотношений достигается возможность увеличения чувствительности к изменению амплитуды и уменьшения чувствительности к изменению фазы сигнала, что осуществляется за счет одновременного и с одним знаком изменения всех составляющих электрической цепи. Тем самым повьш ается чувствительность измерения давления.

Кроме того, в предлагаемом датчике одновременно осуществляется уменьшение температурной составляющей погрешности измерения давления при изменении температуры окружающей среды. Поставленная цель достигается за счет компенсации температурного изменения электропроводности матариа- лов корпуса и основания.

Работа датчика при измерении гем- пературы высокотемпературного процесса.

В этом случае коммутатор 7 включает катушку 3 в схему измерения фазы сигнала. При этом цепь катушки 4 разомкнута.

Фаза сигнала, снимаемого с катушки 3, практически остается без изменения при изменении зазора А. Это означает, что изменение давления, ег величина не влияют на фазу измеряемого сигнала.

Температурное воздействие контролируемого процесса приводит к разогреву мембраны. При этом одновременно происходит увеличение зазора Л, которое не оказывает влияние на фазу сигнала, и изменение - увеличение электропроводности материала мембраны. Изменение электропроводности приводит к изменению фазы сигнала, по величине которой судят о температуре высокотемпературного процесса.

Работа датчика при измерении градиента температуры датчика.

В этом случае показания снимают с выхода блока 12 сравнения фаз, т.е сначала коммутатор 1 включает катушку 3, а затем катушку 4.

Работа датчика при включении катушки 3 и измерении температуры мембраны рассмотрена вьше.

При включении коммутатором 7 катушки 4 в блок измерения фазы проводят измерение температуры основа- : ния 5.

Изменение давления приводит к изменению зазоров В и С и, соответственно, полного, сопротивления катушки 4, ее амплитуды и фазь

Изменение зазоров В и С, т.е. изменение давления, не оказывает влияния на фазу сигнала.

Изменение фазы как и в предыдущем случае происходит при изменении электропроводности материала основанк ;, вызванного его нагревом и по величине изменения фазы можно судить о величине изменения температуры основания .

Разница измеренных температур мембраны и основания позволяет определить градиент температуры дат- :чка.

Изменение электропроводности мембраны не оказывает существенного влияния на фазу выходного сигнала, так как катушка 4 относительно мембраны имеет параметр , при котором из

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

менение электропроводности практически не влияет на изменение фазы.

Действительно, так как параметры Б катушки относительно мембраны и основания различаются более чем в три раза, то для получения пропорционального приращения электропроводность мембраны должна иметь чувствительность более чем в 9 раз вьш1е, чем у основания.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить точность и чувствительность измерения давления и температуры высокотемпературного процесса и одновременно измерить градиент температуры датчика.

Измерения температуры контролируемого процесса и градиента температуры датчика позволяют, кроме того, уменьшить температурную погрешность за счет обработки показаний по гра- дуировочным характеристикам, снятым при нормируемых значениях градиента температуры датчика.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, . содержащее датчи к давления и измерительную схему, причем датчик давления выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с мембраной на одном торце и цилиндр ческим, в виде пробки, основанием на другом, при этом основание размещено внутри корпуса с радиальным зазором и скреплено с корпусом своим торцом, н размещенных в корпусе соосно с зазорами относительно мембраны двух катушек причем первая катушка жестко скреплена с корпусом и размещена с зазором относительно внутреннего торца основания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения температуры, датчик давления снабжен стержнем, вторая катушка датчика размещена внутри первой с радиальным зазором и закреплена на одном конце стержня, второй конец которого закреплен на основании, при этом стержень выполнен из диэлектрического, а основание - из немагнитного электропроводящего материалов, измерительная схема содержит коммутатор, генератор частоты блок измерения амплитуды сигнала, два блока измерения фазы сигнала, блок измерения разности фаз и три блока представления информации, причем выходы катушек и генератора частоты подключены к входу коммутатора, выход которого подключен к блоку измерения амплитуды и блокам измерения фаз, соединенным по выходу с блоком измерения разности фаз, который подключен к первому блоку представления инфор мации, причем блок измерения амплитуды и один из блоков измерения фазы подключен соответственно ко второму и третьему блокам представления информации, при этом выполняются соотношения

. M-9CJg, , R - ||MoGoCO 3,

где ,(д удельные электропроводности соответственно мембраны и основания; радиусы соответственно первой и второй катушек;

зазоры между мембраной и торцами второй и первой катушек соответственно;

зазор между первой катушкой и основанием; магнитная проницаемость вакуума; W - частота питания.

R, А, В С /U

Изобретение относится к средствам для измерения статических и динамических давлений и температур. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет измерения температуры. При воздействии давления мембрана 1 прогибается, за счет зтого происходят изменения зазоров А и В соответственно величины реактивного и активного сопротивлений катушек 3 и 4, Изменяются также зазоры Б и С, т.к. мембрана 1 воздействует на цилиндр 2 как на силопередающий элемент, т.е. сжимает. Изменение зазора С приводит к изменению величины реактивного и активного сопротивлений катушки 4. При соблюдении указанных соотношений достигается возможность увеличения чувствительности к изменению амплитуды и уменьшения чувствительности к изменению фазы сигнала, которые реализуются за счет одновременного и с одним знаком изменения всех состав.- ляющих электрической цепи измерительной схемы устр-ва. Кроме того, уменьшается температурная составляющая погрешности измерения давления при измене нии температуры окружающей с р еды. 2 ил. ю С

Фиг. 2