Датчик атмосферного давления Советский патент 1991 года по МПК G01L11/00 

17.

11

10п

.а

л

19

2

СО 00 tsD

ОЭ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве автономного измерителя атмосфер- ного давления.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема датчика давления с вакуумирован- ным сильфоном, на фиг. 2 - схема газонаполнительного упругого чувствительного элемента.

Частотный датчик давления содержит упругий чувствительный элемент 1, соединенный с рычагом 2, на котором закреплены струны 3 и 4 дифференциального струнного преобразователя, расположенные в зазоре систем 5 и 6 возбуждения и съема частоты колебаний, которые представляют собой устройства для создания магнитного поля, работающие совместно с электронным генератором, в котором струна выполняет роль механического колебательного контура.

К второму дну сильфона прикреплен шток 7 с диском 8, с которым через под шипник 9 соединен центробежный силоком- пенсатор. Силокомпенсатор содержит стакан 10, на котором установлены на опорах 11 рычаги с грузами 12, выполняющие функцию грузов силокомпенсатора, связанные упругими тягами с чашкой 14, опирающейся на подшипник 9. Хвостовик стакана 10 соединен с осью двигателя 15, которая связана с тахогенератором 16. Для обеспечения осевого перемещения штока 7 применена упругая направляющая 17. К штоку присоединен через упругий шарнир рычаг 18 нуль-органа 19, выход которого через усилитель 20 соединен с управляющей обмот- кой двигателя 15. Вторые концы струн соединены с узлами 21 и 22 механизма натяжения, а положения рычага 18 ограничиваются упором 23.

Упругий чувствительный элемент (фиг. 2) содержит мембраны 24 и 25, связанные между собой стержнем 26, герметично соединенные по периметру с корпусом 27. Хвостовики 28 и 29 предназначены для закрепления преобразователей.

При соблюдении условия

P,(S2-S,)

(1)

где Р|, Рг - давление газа в полости Б и А

соответственно; Si, 82- эффективные площади мембран

2 и 1 соответственно.

Усилие, развиваемое таким УЧЭ под действием атмосферного давления Р, равно

,,

(2)

т.е. равное усилию, развиваемому вакууми- рованным УЧЭ, эффективная площадь которого равна Si.

В датчике атмосферного давления может быть использован не вакуумированный упругий чувствительный элемент, а газонаполненный, обладающий явным преимуществом, так как в нем состояние внутренней среды не зависит от времени.

Датчик атмосферного давления работает следующим образом.

При атмосферном давлении Р сильфон развивает усилие в точке а рычага 2, которое определяется выражением

.S3-K

(3)

где S3 - эффективная площадь мембраны 1;

К - коэффициент преобразования рычага 18.

Для положения равновесия справедливо равенство (сила натяжения струны 4 больше, чем струны 3)

,-F2,

(4)

где FI - сила натяжения струны 4;

р2 - сила натяжения струны 3.

Для измерения силы F, развиваемой мембраной под действием атмосферного давления, силы натяжения струн FI и Р2 преобразуются в частоту.

Частоты колебаний струн 4 и 3 под действием сил FI и F2 соответственно равны:

f -2lVS

(5)

4 Fl 21

(6)

где 1 - длина струны;

р - плотность материала струны;

S - площадь поперечного сечения струны.

Из формул (3) и (4) находим зависимость разности частот струн от сил FI и F2, которую после преобразований можно представить в виде

f1-f2 r r(F,-F2)(7)

11 + 12

ГДеК1 41 Г

Учитывая равенство выражений (1) и (2), можно получить статическую характеристику датчика в виде

,-f2 Kr5rK.p(g)

TV + п

Как видно из приведенного выражения, разность частот струн линейно зависит от измеряемого давления при постоянстве суммы этих частот. Измеряя эту разность, можно определять значения давления. Кроме того, погрешность от нелинейности не превышает 0,1% в диапазоне измерений атмосферного давления без поддержания постоянства суммы частот струн.

При включении центробежного силоком- пенсатора сигнал небаланса с нуль-органа 19 поступает на усилитель 20, который управляет скоростью вращения двигателя 15 При определении угловой скорости вращения двигателя наступает равновесие сил, развиваемых сильфоном и центробежным силокомпенсатором, при котором

Рц Р-5э п-гтш2гК2,

где п - количество рычагов 12; m - масса груза; со - угловая скорость вращения; г - радиус вращения груза; К2 -коэффициент преобразования рычага 12. Учитывая, что nmrK2 const K.3, имеем

(10)

) и (10) находим

на выходе тахогенератора коэффициент преобразоора, то имеем

f TI

(12)

проверяя соблюдение этого рое определяется в процесатчика при производстве паспорте прибора, можно арактеристики струнного и, следовательно, точность 35 тродвигателя

15 щий корпус, мент, первое помощи рыча и второй стр ного преобра отличающийс

20 точности за натяжения ст центробежны телем, вал кот ром, нуль-орг

25 упругие шарн второй механ диненные к в первой и втор чувствительно робежным си

30 который уста ностью перем упругого ша ном при пом нира, причем литель связан

5

измерений датчиком. Если обнаружено отклонение от соотношения (12), то при помощи механизма натяжения это отклонение устраняют в процессе контроля, после чего продолжают измерения давления по разности частот струнного преобразователя

Очевидно, что при градуировке датчика в процессе производства могут быть найдены зависимости между fr и li и между t. и f2, что позволяет контролировать и регулиро- 10 вать их в процессе эксплуатации

Формула изобретения

тродвигателя

Датчик атмосферного давления, содержащий корпус, упругий чувствительный элемент, первое дно которого соединено при помощи рычага с первыми концами первой и второй струн дифференциального струнного преобразователя усилия в частоту, отличающийся тем, что, с целью повышения

точности за счет контроля и стабилизации натяжения струн, в него введены силовой центробежный компенсатор с электродвигателем, вал которого соединен с тахогенерато- ром, нуль-орган, усилитель, первый и второй

упругие шарниры, шток, а также первый и второй механизмы натяжения струн, присоединенные к вторым концам соответственно первой и второй струн, при этом второе дно чувствительного элемента соединено с центробежным силовым компенсатором, штоком,

который установлен в корпусе с возможностью перемещения при помощи первого упругого шарнира и связан с нуль-органом при помощи второго упругого шарнира, причем выход нуль-органа через усилитель связан с управляющим входом элек

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения атмосферного давления в автономных геофизических станциях. Цель изобретения - повышение точности измерения. В датчик атмосферного давления введен центробежный силовой компенсатор с электродвигателем 15, тахогенератором 16, нуль-органом 19, усилителем 20 и механизмом натяжения струн, при этом второе дно упругого чувствительного элемента установлено подвижно, связано с нуль-органом 19 и силокомпенсатором, электродвигатель 15 которого соединен с тахогенератором 16, выход нуль-органа через усилитель соединен с управляющей обмоткой электродвигателя, а вторые концы струн соединены с механизмом натяжения. 2 ил.