Дифференциальный датчик давления Советский патент 1993 года по МПК G01L13/02 

Изобретение относится к авиационному приборостроению, а именно к приборам для измерения разности давлений жидких или газообразных сред в системах летательных аппаратов.

Это перемещение может быть обеспечено и обеспечивается на практике применением мембранных коробок и мягких (неметаллических) мембран с достаточно большими диаметрами и низкими собственными частотами. Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемой конструкции дифференциального датчика с мембранным чувствительным элементом и дифференциально-трансформаторным преобразователем в разделительной трубке из немагнитного материала, закрепленной одним концом на корпусе, последовательно установлены с определенными зазорами верхний сердечник, плунжер и нижний сердечник.

Плунжер связан с центром мембраны штоком, проходящим через нижний сердечник.

Снаружи трубки установлен кольцевой магнитопровод, представляющий в разрезе обойму Ш-образной формы, средний полюс которого обращен к плунжеру, а крайние - к верхнему и нижнему сердечникам соответственно. При этом в нижнем сердечнике против полюса магнитопровода (нижняя стенка) выполнены две канавки глубиной, равной 0,5-0,8 толщины нижнего полюса и шириной нижней и верхней канавки в 1,5 и 2 раза соответственно превышающей толщину нижнего полюса сердечника. Между канавками расположена перегородка, толщина которой равна толщине нижнего полюса сердечника. Соотношение этих размеров подобраны экспериментально.

В такой конструкции выходной сигнал датчика будет зависеть не от перераспределения площадей, а от перераспределения зазоров между торцевыми плоскостями плунжера и сердечников. Это позволило обеспечить мощный выходной сигнал при малом (0,02-1 мм) перемещении плунжера, т.е. применить мембрану с гораздо меньшим диаметром, повысить динамические характеристики подвижной системы и датчики в целом.

На чертеже приведена конструктивная схема предлагаемого дифференциального датчика.

Упругий чувствительный элемент 1 - металлическая мембрана с номинальной величиной перемещения центра 0,2 мм герметично закреплена в корпусе 2. Корпус имеет внутреннюю перегородку 3, в центре которой выполнено отверстие. В это отвер0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

стие вставлена разделительная трубка 4 из немагнитного материала - нержавеющей стали - и герметично приварена к перегородке 3. В трубке 4 установлен и приварен к ней сердечник 5, выполненный в виде втулки, на цилиндрической поверхности которой имеются две канавки прямоугольного сечения. В отверстии сердечника 5 установлен шток 6, жестко соединенный одним концом с мембраной 1. Шток выполнен из немагнитного материала. На втором конце штока б установлен плунжер 7, являющийся подвижным якорем электромагнитной системы, Плунжер 7 прикреплен к штоку 6 винтом 8 и saKOHtpen лазерной сваркой. В верхней части разделительной трубки 4 вставлен и герметично приварен верхний сердечник 9. Между верхним сердечником и плунжером установлен зазор (5i 1,5-2, а между нижним сердечником и плунжером зазор дг 0,5-1 величины перемещения центра мембраны при заданном номинальном перепаде давлений.

Величины зазоров 5i и fa получены экспериментально, исходя из обеспечения наилучшей линейности характеристики датчика. Нижний сердечник 5, плунжер 7 и верхний сердечник 9 выполнены из магнитсмягкого материала и являются элементами магнитной цепи дифференциально-трансформаторного преобразователя.

На разделительную трубку 4 идет магнитопровод 10, выполненный из магнито- мягкого материала, внутри которого установлены обмотки 11 и 12 дифференциально-трансформаторного преобразователя. Магнитопровод лапками, выполненными по середине образующей цилиндрической поверхности установлен на приливах корпуса и закреплен винтами 13. Его положение по вертикальной оси регулируется мерными прокладками 14. После регулировки винты 13 и прокладки 14 контрят лазерной сваркой.

Корпус сверху закрывается крышкой 15 которая герметично сваривается с корпусом 2.

Работа датчика заключается в следующем. Давление PI и 2, разность которых необходимо измерить подаются в герметичные полости датчика и воздействуют на мембрану с разных ее сторон. Под действием разности давлений () центр мембраны перемещается и перемещается плунжер, изменяя первоначально установленные верхний и нижний зазоры между сердечниками и плунжером.

Это приводит к перераспределению магнитных сопроти.влений в дифференциально-трансформаторном преобразователе и изменению выходного сигнала пропорционально перепаду давлений.

В предлагаемой конструкции введена наружная регулировка величины начального выходного сигнала (при перепаде давле- ний равном нулю) путем перемещения вдоль разделительной трубки всего цилиндрического магнитопровода с катушками относительно двух канавок прямоугольной формы на цилиндрической поверхности нижнего сердечника, разделенных перегородкой, толщина которой равна толщине нижнего полюса (стенки) магнитопровода, а ширина нижней и верхней проточки превы- шаеттолщину в 1,5 и 2 раза соответственно.

Нижний сердечник приварен к трубке и при сборке и регулировке датчика перемещаться не может. Регулировка максимальной величины выходного сигнала осуществляется традиционно вертикальным перемещением верхнего сердечника в разделительной трубке с последующей его герметичной сваркой с верхним .концом трубки в отрегулированном положении.

Таким образом новыми существенными отличительными признаками предлагаемой конструкции датчика разности давлений являются: установка в разделительной немаг- нитной трубке двух сердечников из магнитомягкого материала с зазором между верхней плоскостью нижнего сердечника и нижней плоскостью плунжера равным 0,5- 1, а между нижней плоскостью верхнего сердечника и верхней плоскостью плунжера равным 1,5-2 от величины перемещения центра мембраны при заданном номинальном перепаде давлений; применение нижнего сердечника специальной формы с двумя канавками прямоугольного сечения и перегородкой, выполненными на цилиндрической поверхности сердечника, при этом толщина перегородки равна толщине нижнего полюса (стенки) магнитопровода, а ширина нижней и верхней канавок в 1,5 и 2 раза превышает эту толщину соответственно.

Эти признаки позволили обеспечить ря- боту преобразователя по изменяющимся зазорам (а не по изменяющимся площадям как в прототипе), применить в нем малогабаритную мембрану с перемещением центра 0,2 мм и этим самым уменьшить габариты и массу датчика разности давлений.

При уменьшении перемещения центра мембраны датчика повысилась собственная частота его подвижной системы и соответственно повысились динамические характеристики.

Формула изобретения

1. Дифференциальный датчик давления, содержащий мембрану, установленную в корпусе и соединенную жестким центром с подвижным плунжером дифференциально- трансформаторного преобразователя с разделительной трубкой, внутри которой размещен плунжер, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов датчика и улучшения его динамических характеристик, в него введены два сердечника из магнитомягкого материала, установленных внутри разделительной трубки по обе стороны плунжера с зазорами относительно него, при этом зазор для первого сердечника, размещенного со стороны мембраны, равен 0,5-1,0, а для второго- 1,5-2,0 величины перемещения центра мембраны при номинальном перепаде давления,

2. Датчик давления по п.1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью обеспечения регулировки величины его начального выходного сигнала при неподвижных сердечниках, на наружной цилиндрической поверхности первого сердечника выполнены две канавки прямоугольного сечения, при этом расстояние между канавками выбрано равным толщине соответствующего полюса магнитопровода дифференциально- трансформаторного преобразователя, причем ширина первой канавки, расположенной в зоне преобразователя составляет 1,5, а второй, расположенной вне зоны преобразователя, - 2,0 расстояния между канавками.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения разности давлений жидких и газообразных сред в условиях воздействия вибраций. Цель изобретения-уменьшение габаритов датчика и улучшение его динамических характеристик. Сущность изобретения: наряду с мембраной 1, установленной в корпусе 2 и соединенной жестким центром с подвижным плунжером 7 дифференциально-трансформаторного преобразователя с разделительной трубкой 4, внутри которой размещен плунжер 7, дифференциальный датчик давления содержит два сердечника из магнитомягкого материала - первый 5 и второй 9, установленные внутри разделительной трубки 4 по обе стороны плунжера 7 с зазорами относительно него. Зазор для первого сердечника 5, размещенного со стороны мембраны 1, равен 0,5-1,0, а для второго сердечника 9 1,5-2,0 величины перемещения центра мембраны 1 при номинальном перепаде давления. Для регулировки величины начального выходного сигнала при неподвижных сердечниках на наружной цилиндрической поверхности первого сердечника 5 выполнены две канавки прямоугольного сечения. Уменьшение перемещения центра мембраны позволило повысить собственную частоту подвижной системы датчика и тем самым улучшить динамические характеристики датчика. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.