Частотный датчик давления Советский патент 1990 года по МПК G01L11/00 

Фиг.1

Изобретение относится к области . контрольно-измерительной техники, конкретно к частотным датчикам давления, использующим в качестве чувствительного элемента упругий тонкостенный вибрирующий цилиндр - цилиндрический резонатор.

Целью изобретения является повышение точности измерений датчика путем Исключения влияния изменений плотности контролируемой среды на результат измерения ее давления и расширение функциональных возможностей датчика За счет возможности измерения .дав-гг ления сред различной плотности без дополнительной тарировки датчика, а также дополнительного получения оценки плотности контролируемой среды.

На фиг. 1 показан датчик давления, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на -фиг. 3 а , Ј( В - ха- рактер деформации стенки и перетекания среды в колеблющемся резонаторе.

Устройство содержит установленный в корпусе 1 тонкостенный цилиндрический резонатор 2, наружная полость которого вакуумирована, а во внутреннюю подается контролируемая среда. Внутри резонатора коаксиально ему расположен четырехгранный стержень 3, выполненный заодно с входным штуцером. С корпусом соединена крыш- ка 4, на которой расположен выходной щтуцер 5. Вокруг резонатора в средней его части с зазором расположены возбудители и приемники 6-13. В плоскостях, проходящих через ось цилиндрического резонатора и перпендикулярно плоскостям, проведенным через соседние ребра стержня, расположены приемники 6 и 7 первой формы колебаний резонатора, подключенные к входу усилителя первой системы самовозбуждения, и возбудители 8 и 9 этой формы, подключенные к выходу того же усилителя. Приемники 10 и 11 и возбудители 12 и 13 второй формы колебаний резонатора расположены в плоскостях, проведенных через противоположные ребра стержня, и подключены соответственно к входу и выходу усилителя второй системы самовозбуждения.

В качестве приемников и возбудителей могут быть использованы электромагнитные, магнитоэлектрические, электростатические и другие устройства.

0

5

0

5

0

5

0

Устройство работает следующим образом.

При наличии внутри резонатора 2 некругового fчетырехгранного) стержня 3 в резонаторе двумя системами самовозбуждения независимо друг от друга возбуждаются две расщепленные изгиб- ные формы колебаний, характеризующиеся одинаковым числом волн в окружном направлении и сдвинутые друг относительно друга вокруг оси резонатора на угол 45 .

Первая форма имеет вид эллипса, попеременно вытянутого вдоль осей, проходящих через ось резонатора и перпендикулярных плоскостям, проведенным через соседние ребра стержня (фиг. 2а, сплошная линия). Вторая форма - вид эллипса, попеременно вытянутого вдоль осей, проходящих через противоположные ребра стержня (фиг. 2 Q , пунктирная линия). Независимость возбуждения форм обеспечивается расположением относительно них приемников и возбудителей. Приемники 6 и 7 первой системы самовозбуждения располагаются в пучностях первой формы и узлах второй, поэтому они чувствительны только к первой форме колебаний резонатора. Возбудители этой системы 8 и 9 возбуждают колебания только первой-формы по той же причине. Аналогично, приемники 10 и 11 второй системы самовозбуждения чувствительны только к колебаниям второй формы, а ее возбудители 12 и 13 возбуждают только вторую форму колебаний.

Для частоты собственных колебаний заполненного средой резонатора, которая совпадает с частотой колебаний в ССВ-датчика, можно записать

V

КрР

1 + К

рр

где f - частота колебаний резонатора fL частота колебаний резонатора в вакууме;

К. и К л -чувствительность к давлению

и к плотности среды соответ-

ственно;

Р и О - давление и плотность среды. Частота колебаний ЦТ в вакууме f0 и чувствительность к давлению Кр определяются его материалом, размерами,

конфигурацией формы колебаний и поэтому для обеих расщепленных форм практически одинаковы. Чувствительность к плотности обусловлена инерционным противодействием колеблющемуся резонатору со стороны перетекающей в нем среды и определяется, кроме геометрии резонатора и конфигурации формы его колебаний, также формой его полости, заполненной средой.

Деформация стенки резонатора и направление перетекания в нем среды для первой формы колебаний резонатора показаны на фиг. 2 S . Для этой формы колебаний резонатора среда перетекает через малые зазоры, образованные стенкой резонатора и ребрами стержня. Это вызывает большие ускорения среды и, следовательно,, сильное инерционное противодействие с ее стороны колебаниям резонатора.

Деформация стенки резонатора и на-

правление перетекания среды для второй формы колебаний резонатора пока- заны на фиг. 2 В . Для этой формы сре

где f0,

да перетекает через относительно боль шие зазоры, образованные стенкой ре- эонатора и боковыми поверхностями стержня. Поэтому ее инерционное противодействие, а следовательно, и влияние на частоту колебаний резонатора существенно меньше, чем для первой фо рмы.

Для частот сигналов первой и второй систем самовозбуждения соответственно можно записать:

где f0,

F |Л.+ К.. Е -J--

Ь +КР,Р

где f0,

i

1 + КьР

+ КРаР

Р,

К

Рг кр;

выражений для чах систем можно вы-

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к частотным датчикам давления с цилиндрическим резонатором. Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния плотности контролируемой среды и расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения плотности среды. Датчик содержит установленный в корпусе 1 тонкостенный цилиндрический резонатор 2, внутрь которого подается измеряемая среда. В полости резонатора 2 размещен четырехгранный стержень 3. Снаружи резонатора на корпусе 1 установлены в плоскостях симметрии стержня 3, проходящих между соседними ребрами, возбудители и приемники первой формы колебаний и в плоскостях, проходящих через противоположные ребра стержня 3, возбудители и приемники второй формы колебаний. Возбуждение двух независимых форм колебаний позволяет при обработке выходных сигналов исключить влияние плотности среды при измерении ее давления и, наоборот, исключить влияние давления при измерении плотности. 3 ил.

f

fz(Kpi - Kp.)-fo(f|- КРг- f. Kp.)

,

JU

и плотность контролируемой среды

Р

2

fi

-tl

faKpz - ,

Из полученных выражений видно, что при последующей обработке сигналов первой и второй систем возбуждения можно получить оценку давления контролируемой среды, не зависящую от ее плотности, а также оценку плотности среды, не зависящую от давления.

Таким образом, предложенное выполнение датчика позволит:

повысить точность датчика путем исключения влияния изменений плотности контролируемой среды на результат изменения ее давления;

расширить функциональные возможно45 лью повышения точности измерений путем исключения влияния изменений плотности контролируемой среды на результат измерения и расширения функциональных возможностей, в него дости датчика благодаря тому, что появляется возможность измерения давления 50 полнительно введена вторая система сред с различной плотностью без до-самовозбуждения, возбудители и приполнительной тарировки прибора и полу- емники которой расположены в плоско- чения дополнительно оценки плотности стях, проведенных через противополож- контролируемой среды,ные ребра стержня.

Формула изобретения

Часто тный датчик давления, содержащий установленный в корпусе чувствительный к давлению тонкостенный цилиндрический резонатор с коаксиаль- но расположенным в нем четырехгранным стержнем и с системой самовозбуждения, возбудители и приемники которой расположены в плоскостях, проходящих через ось резонатора, перпендикулярно плоскостям, проведенным через соседние ребра стержня, о т - ли-чающийся тем8 что, с целью повышения точности измерений путем исключения влияния изменений плотности контролируемой среды на результат измерения и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введена вторая система самовозбуждения, возбудители и приА-А

Фил.г

Фиг.з