Датчик давления Советский патент 1992 года по МПК G01L9/10 

Изобретение относится к средствам измерения давления и может быть использовано, например, в приборах для определения высоты полета летательного аппарата.

Известен датчик давления, содержащий корпус, упругий чувствительный элемент в виде анероидной коробки, жесткий ,шток, неподвижно закрепленный по оси чувствительного элемента, электропроводящий якорь, установленный на штоке, две катушки индуктивности, соединенные меж- ду собой встречно, расположенные симметрично относительно якоря, и блок электроники измерителя перемещений якоря, подключенный к катушкам индуктивности 1.

Недостатком датчика является отсутствие возможности получения нескольких его выходных характеристик, имеющих линейную и различную чувствительность к перемещениям якоря на некоторых участках диапазона его изменения (для грубого и точного отсчета), что ограничивает его использование в высотометрах летательных аппаратов, где требуется наряду с большим линейным диапазоном изменения выходного сигнала от давления иметь повышенную чувствительность выходного сигнала на отдельном участке характеристики, например в некотором диапазоне давлений, характеризующих место посадки летательного аппарата, которое может быть, например, на уровне моря или в горах (разные давления).

Известен также датчик давления, содержащий чувствительный элемент в виде мембранной коробки, закрепленной в корпусе по периферии, электропроводящий неферромагнитный якорь, связанный штоком с центром одной из мембран чувствительного элемента, и две катушки индуктивности, подключенные к вихретоковому измерителю перемещения якоря 2.

Достоинством датчика является возможность получения линейной характеристики в некотором определенном диапазоне изменения давления независимо от исходного уровня давления.

Недостатком датчика является отсутствие возможности получения дополнительной выходной характеристики датчика, имеющей повышенную-чувствительность к перемещениям якоря на отдельных, заранее определенных участках основной выходной характеристики датчика.

Целью изобретения является повышение точности измерения давления за счет создания дополнительной линейной выходной характеристики датчика, имеющей более высокую чувствительность к изменению

давления ня заранее выбранном участке основной характеристики (создание грубого и точного отсчета при измерении давления). Поставленная цель достигается тем, что

датчик давления, содержащий чувствительный элемент в виде мембранной коробки, закрепленной в корпусе по периферии, электропроводящий неферромагнитный якорь, связанный штоком с центром одной

0 из мембран чувствительного элемента, и две катушки индуктивности, подключенные к вихретоковому измерителю перемещения якоря, снабжен вторым якорем, связанным штоком с другой мембраной мембранной

5 коробки и двумя дополнительными катушками индуктивности, при этом оба якоря выполнены в виде двух усеченных конусов разной высоты, которые расположены на штоках большими основаниями друг к другу и имеют соотношение углов при вершине,

0 обратно пропорциональное отношению высот этих конусов, а катушки индуктивности, охватывающие конусы одинаковом высоты, соединены между собой встречно,

На выходе блока электроники вихрето5 кового измерителя перемещений, к которому подключена пара катушек индуктивности, охватывающая конусы якорей наибольшей высоты, формируется сигнал, линейно зависящий от изменения

0 давления в широком диапазоне его изменения.

Другая пара катушек индуктивности, расположенная вокруг конусов меньшей вы- соты, формирует сигнал, чувствительность

5 которого к изменению давления выше за счет большего угла при вершинах конусов меньше высоты, чем у первой пары катушек индуктивности, и который линейно изменяется в некотором узком диапазоне измене0 ния давления от некоторого исходного значения.

Величина исходного давления определяется взаимным положением конусов меньшей высоты и охватывающих их кату5 шек индуктивности, изменение которого осуществляется за счет перемещения этих конусов по штокам.

На фиг. 1 показан датчик давления: на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 0 электрическая схема датчика давления.

Датчик давления (фиг. 1) содержит корпус 1 в виде рамы, закрепленной на основании датчика со штуцером (фиг. 1 и 2), закрытой герметично кожухом, упругий чуе5 стаительный элемент 2 з виде мембрзмнсй коробки, закрепленной по периметру в корпусе 1, два жестких штока 3 и 4, неподвижно закрепленных на противоположных сторонах чувствительного элемента 2 по его оси,

два идентичных электропроводящих неферромагнитных якоря, состоящих из двух повернутых друг к дру|у большими осносг- ниями усеченных конусов 5, 6 и 7, 3, отношение высот которых обратно пропорционально отношению углов при вершинах конусов 5 и 6 или 7 и 8, Закрепленных подвижно на соответствующих штоках 3 и 4 в диаметрально противоположных направлениях, двух идентичных пар кзту- шек 9, 10 и 11, 12 индуктивности, охватывающих якоря и устаноиленных в диэлектрических каркасах 13 и 14, подвижно закрепленных Б корпусе 1 блока 15 электроники, соединенного с выводами соответствующих пар катушек 9, 10 и 11, 12 индуктивности, катушки 9 и 10. а также 11 и 12 индуктивности соединены между собой встречно и установлены симметрично относительно оснований соответствующих конусов 5 и 7, а также 6 м 8.

Блок 15 электроники (фиг. 3) выполнен по типовой схеме двухкэнального вихрето- кового измерителя перемещений и состоит из последопзтеаьно соединенных генератора 16 импульсоо, формирователя 17 импульсов и двух усилителей 18 и 19 мощности, каждый пз которых подключен к выводам соответстеующих па катушек 9, 10 и 11, 12 индуктивности, средние выводы которых подключены к входам соответствующих усилителей 20 и 21, выходы которых соединены с сигнальными входами соответствующих синхронных детекторов 22 и 23, опорные входы которых соединены с выходом формирователя 17 импульсов.

Выходы синхронных детекторов 22 и 23 являются выходами блока 15 электроники.

Датчик давления работает следующим образом.

В исходном состоянии при норми- нальном давлении датчик настраивается таким образом, что выходные сигналы Ur (грубо) и UT (точно) с блока 15 электроники равны нулю. Для этого катушки9, Юи 11,12 индуктивности, питаемые импульсами прямоугольного напряжения (поступают от генератора 16 через формирователь 17 и соответствующие усилители 18 и 19), устанавливаются симметрично относительно оснований соответствующих конусов 5, 7 и 6, 8 якорей, которые они охватывают.

Катушки 9 и 10 индуктивности располагаются на равных рясстояниях от оснований COOTсетгтьуощи/ .опусов 5 и 7 якорей, что обеспечиваете перемещением каркасов 13 и 14 или конусов 5 и 7 по штокам 3 и 4. При этом наводимые в поверхностном слое электропроводящих неферромагнитных конусов 5 и 7 вихретоковые токи создают равные по величине магнитные потоки, которое вызывают в катушках 9 и 10 индуктивности одинаковые изменения сигналов, Таким образом, со средней точки пары катушек 9 и 10 индуктивности за счет их встречного

включения снимается нулевой сигнал, который поступает в блок 15 электроники (на усилитель 20 и синхронный детектор 22). На выходе блока 15 электроники возникает сигнал Ur 0. Катушки 11 и 12 индуктивности

0 могут располагаться на одинаковых (исходное состояние) или различных расстояниях от обоих оснований соответствующих конусов 6 и 8 якорей-В первом случае возникает ситуация, аналогичная описанной с KaTvut5 ками 9 и 10 индуктивности. При этом со средней точки пары катушек 11 и 12 индуктивности снимается нулспой сигнал, который поступает в блок 15 электроники (на усилитель 21 и синхронный детектор 23).

0Нэ выходе блока 15 электроники возникнет сигнал Uг 0. Во втором случае конусы 6 и 8 якорей сдвигаются на заранее выбранные равные расстояния от исходного по соответствующим штокам 3 и 4 в на5 правлении их возможного перемещения при деформациях чувствительного элемента 2. Сдвигом конусов 6 и 8 обеспечивается нечувствительность сигнала UT катушек 11 и 12 индуктивности в некоторой ЕОЗ0 можных перемещений чувствительного элемента 2. (Ui 0, который не выводится на выходной индикатор блока 15 электроники). Таким образом, создаются условия для оебспечения получения сигнала UT 0 толь5 ко в определенной части диапазона изменения измеряемого давления.

При изменении давления относительно исходного возникают деформация чувствительного элемента 2 (стенок анероидной ко0 робки),.за счет чего происходят одинаковые перемещения штоков 3 и 4 и, соответственно, конусов 5-8 якорей. Поскольку вершины конусов 5, 7 и 6, 8 повернуты одна к другой, то сигналы на катушках 9 и 11 индук5 тивности увеличиваются, а но катушках 10 и 12 уменьшаются. Таким образом, с пар катушек 9, 10 и 11, 12 индуктивности снимаются сигналы Ur 0 и Ui 0, линейно изменяющиеся от величины измеряемого

0 давления, причем Ur 0 линейно изменяется во всем диапазоне измеряемого давления, a Ut 0 линейно изменяется только на определенном (заранее выбранном) участке диапазона изменения измеряемое ;;аг ;;е5 кия, который определяется вы с о .он кг г 6 и 8 якорей. Чувствительность сигнала UT к измеряемому давлению БО столько раз больше чувствительности Ur, со сколько ряз высоты конусов 5 и 7 больше высот конуссз 6

и 8, поскольку отношение углов при вершинах конусов 6, 5 или 8, 7 обратно пропорционально отношению высот этих конусов.

Таким образом, предложенная конструкция датчика давления позволяет формировать два линейных выходных сигнала от измеряемого давления с различной чувствительностью на отдельном участке диапазоне его изменения, который может быть заранее изменен путем настройки датчика. Это позволяет повысить точность измерения давления и использовать датчик, в приборах определения высоты летательных аппаратов. За счет перенастройки датчика обеспечивается высокая точность измерения давления в месте предполагаемой посадки и тем самым повышается надежность и безопасность полетов.

Формула изобретения Датчик давления, содержащий чувствительный элемент в виде мембранной коробки, закрепленной в корпусе по периферии, электропроводящий неферромагнитный якорь, связанный штоком с центром одной из мембран чувствительного элемента, и

две катушки индуктивности, подключенные к вихретоковому измерителю перемещения якоря, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения на одном из выбранных участков рабочего диапазона,

он снабжен вторым якорем, связанным штоком с другой мембраной мембранной коробки, и двумя дополнительными катушками индуктивности, при этом оба якоря выполнены в виде двух усеченных конусов разной высоты, которые расположены на штоках большими основаниями друг к другу и имеют соотношение углов при вершине обратно, пропорциональное отношению высот этих конусов, а катушки

индуктивности, охватывающие конусы одинаковой высоты, соединены между собой встречно.

Изобретение относится к технике изме- рения давления, предназначено преимущественно для определения барометрической высоты полета летательного аппарата и позволяет повысить точность измерения на от/5SSS5SSSSSSSSSSSSSS дельно выбранных участках рабочего диапазона. Датчик содержит мембранную коробку 2 и присоединенные к ее центрам два электррпроводящих неферромагнитных якоря, выполненных в виде двух усеченных конусов 5.-, 6, 7 и 8 разной высоты, обращенных основаниями друг к другу. Оба якоря расположены соответственно в двухсекционных катушках индуктивности 10, 11 и 9, 12, которые соединены мехсду собой встречно и с соответствующим еходом вихре)ежового измерителя перемещения. На сер11 дней точке катушек 9,10 формируется сигнал Грубо, а на средней точке катушек 11, 12 - сигнал Точно. За счет перемещения конусов 6, 8 повышенную чувстии-.зль- ность можно создать на любом участке выходной характеристики. 3 ил. л 1C 4 О х| 4 Ю О

13

Фиг. 2

Ur

Фиг.З