Датчик давления Советский патент 1988 года по МПК G01L11/00 G01L1/10 

11

Ю

Изобретение относится к датчикам давления виброчастотного типа. Цель изобретения - повьпиение надежности датчика, его долговечности и точности измерений. Для зтого устройство предотвращения резонансной раскачки трубки 1 выполнено в виде двух стержней 13 и 14,жестко связанных каждый с концами системы трубка - струна. Стержни 13 и 14 расположены попарно по разные Ьторо- ны от плоскости, проходящей через оси струны 5 и трубки 1. Контролируемое давление преобразуется во внутренней плоскости трубки 1 в растягивающее трубку усилие, которое увеличивает натяжение струны 5, в связи с чем напряжение в ней возрастает и увеличивается частота ее собственных колебаний. Приемная катушка 11 фиксирует это изменение контролируемого давления. Даны варианты выполнения устройства предотвращения раскачки. 7 з.п. ф-лы, 8 ил. с &

Фиг.2

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления виброчастотного типа, и может быть использовано преимущест- венно в качестве первичного преобразователя в системах автоматического контроля и регулирования.

Цель изобретения - повышение надежности датчика, его долговечности и точности измерений.

На фиг. 1 представлена принципиальная конструктивная схема предлагаемого датчика; на фиг 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - стержни с разноразмерным в двух взаимно перпендикулярных направлениях сечением; на фиг. 4 - струнно-стержневой блок в виде тонкостенного цилиндра с прорезями; на фиг. 5 - то же, с дополни- тельной парой стержней; на фиг. 6 - стержень с переменной по его длине площадью поперечного сечения; на фиг. 7 - струнно-стержневой блок с дополнительной струной и катздпкой возбзшдения; на фиг. 8 - то же, с эллиптическими трубкой и тонкостенным цилиндром.

Предлагаемьй датчик давления виброчастотного типа имеет чувствитель- ный элемент, выполненный в виде заглушенной с одной стороны трубки 1, во внутреннюю полость 2 которой осуществляется подвод контролируемого датчиком давления через канал 3 в штуцере 4. Датчик имеет также вибрирующий элемент, выполненный, в частности, в виде струны 5, жестко связанной одним своим концом со штуце- ром 4 через корпусную деталь 6, в Которой трубка 1 установлена, а другим - с трубкой 1 через наконечник 7 трубки. Приблизительно параллельно струне 5 расположен кронштейн 8, который одним концом 9 связан с корпус ной деталью 6. Другой конец 10 кронштейна 8 консольно свободен, и в нем размещены катушка 11 съема и катушка

12возбуждения колебаний струны 5. Устройство предотвращения резонанс- ной раскачки трубки 1 вьшолнено в

виде по меньшей мере двух стержней

13и 14, жестко связанных с концами системы трубка - струна, в частности

с заглушенным концом трубки 1 через наконечник 7 и со штуцером 4 через корпусную деталь 6. Эти стержни раположены, преимущественно, попарно по разные стороны от плоскости 15,

проходящей через оси струны 5 и трубки 1 (например, фиг. 5).

Для повьш1ения изгибной жесткости по сравнению с продольной стержни могут быть выполнены с разноразмерным в двух взаимно перпендикулярных направлениях сечением (фиг.З), причем большая ось этого сечения должна быть расположена приблизительно параллельно плоскости 15. Тонкостенные стержни с такой ориентировкой позволяют при незначительном увеличении продольной жесткости достигнуть достаточно большой жесткости на изгиб., что приводит к существенному повьш1е- нию эффективности предотвращения раскачки трубки под действием колебаний струны.

Для упрощения изготовления и повышения качества струны и стержней они могут быть вьтолнены из одного куска металла в виде единого блока, представляющего собой, в частности, тонкостенный цилиндр 16 с прорезями 17, расположенный коаксиально с трубкой 1 вокруг нее. В этом случае струна и стержни могут быть изготовлены из единой трубки путем раскатки ее до Н1,гжного размера стенки с последующей прорезкой пазов-прорезей 17 и образованием непосредственно струны и стержней. При этом благодаря раскатке происходит упрочнение материала струны и стержней и связанное с этим по- вьш1ение их прочности, надежности, долговечности.

Тонкостенный цилиндр 16 и/или трубка 1 могут быть выполнены с по- перечньм сечением, разноразмерным в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в частности эллиптическим. При этом большая из главных осей сечения цилиндра и/или трубки может быть (фиг.8) размещена в плоскости 15, проходящей через оси струны и трубки. Такое решение позволяет повысить изгибную жесткость системы и повысить эффективность предотвращения резонансной раскачки трубки.

Стержни могут быть выполнены с переменной по их длине площадью по- nepe iHoro сечения (фиг,6). Это дополнительно приводит к увеличению отношения изгибной и продольной жесткос- тей (при условии, что площадь сечения стержня уменьшается в сторону заглушенного конца трубки) и уменьшеПИЮ возможности возникновения резонансной раскачки трубки.

Для повьшения эффекта в устройств предотвращения резонансной раскачки трубки может быть введена дополнительная струна 18, выполненная в едином блоке со стержнями 13 и 14 и взаимодействующая с дополнительными катушками 19 и 20 возбуждения и съема ее колебаний (фиг. 7 и 8).

Датчик работает следующим образом . Контролируемое давление преобразуется во внутренней полости 2 трубки 1 в растягивающее трубку усилие, ко- торое увеличивает натяжение струны 5 в связи с чем напряжение в ней возрастает и увеличивается частота ее собственньк колебаний, возбуждаемых катушкой 12. Приемная катушка 11 фик сирует это изменение, что позволяет при соответствующей градуировке фиксировать изменение контролируемого давления. Вьшолнение устройства предотвращения раскачки в виде двух стержней с повьппенной изгибной жесткостью приводит к существенному ужесточению системы на изгиб, вызьшаемый колебанием струны, что снижает вероятность возникновения раскачки за счет большего сопротивления изгибу и связанного с этим существенного уменьшения амплитуды раскачки. Кроме того, за счет повышения жесткости системы и снижения напряжений в ней частота ее собственных колебаний изменяется и практически уходит из опасной зоны возможного совпадения с частотой собственных колебаний струны, что также приводит к снижению вероятности возникновения не только разностного, но и кратного резонанса

При вьшолнении датчика с дополнительной струной 18 и катушками 19 и 20 струна 18 служит дополнительным элементом, препятствующем изгибу и возникновению резонансной раскачки трубки как за счет непосредственно самой жесткости струны.18, выполняющей функцию тяги, так и за счет соз даш:я ее специфических колебаний катушкой 19. Такие колебания позволяют симметризировать нагрузки на трубку, в результате чего устраняется возникновение резонансной раскачки. При симметричном расположении катушек 12 и 19 относительно оси трубки 1 и соответствующих им струн 5 и 18 и при их синфазном включении достигается

одновременное симметричное движение обеих струн от трубки и к трубке с соответствующитч равенством сил и амплитуд, что обеспечивает уравновешивание действующих на трубку усилий и предотвращение ее раскачки.

Формула изобретения

У А

У Л/ ///////.

Фие.

И t 12

/3 id

Фие.б

Фие. 7

;

гг ю 5

Фиг.1

f

/У /3

Фае.

П

i8

Фие, в