Устройство для измерения абсолютного или разностного давления Советский патент 1993 года по МПК G01L9/08 

Ј

(/

Применение: устройство может быть использовано для измерения абсолютного и разностного давления и обеспечивает высокую термостабильность и виброударную устойчивость. Сущность изобретения состоит в том, что датчик представляет собой монолитную конструкцию, в которой корпус и узлы выполнены за одно целое. Преобразователи частоты выполнены в виде полосовых перемычек, симметрично расположенных с двух сторон упругой опо- . ры. Опоры снабжены катушками, питаемыми током и выполненными из фольги, с зазором от последних закреплены двухоб- моточные катушки с сердечниками, концы которых соответственно включены во входные и выходные цепи каждого автогенератора. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для измерения абсолютного или разностного давления.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 изображен разрез по центру устройства абсолютного или разностного давления; на фиг. 2 - блок-схема измерения.

Прямоугольный корпус 1 датчика давления, содержит узлы, выполненные за одно целое с ним. Силопередающая система состоит из мембраны 2 с жестким центром (можно вставную гофрированную мембрану с жестким центром), коромысла 3, опирающегося на неподвижный упругий шарнир 4 (показано пунктиром), выполненный за одно целое с корпусом 1. Другое плечо коромысла 3 соединяется со второй мембраной 5 с жестким центром (можно и вставную гофрированную мембрану с жестким центром аналогично с мембраной 2), также выполненной за одно целое с корпусом. С

обоих сторон опоры 6 за одно целое с корпусом и коромыслом выполнены полосовые перемычки 7 и 8, на которых в средней части закреплены фольговые катушки 9 и 10 в виде Архимедовой спирали, питаемые постоянным током. С определенным зазором от указанных обмоток расположены двухобмо- точные катушки с сердечниками 11 и 12 с возможностью передвижения по горизонтали. С наружной стороны корпуса 1 закрепляется гермовод 13 (показано только отверстие). Мембраны 2 и 5 с наружной стороны имеют колпачки 14 и 15. Колпачок 14 имеет штуцер, через который давление Р передается к мембране 2, а колпачок 15 наглухо закрыт. Для повышения устойчивости и стабильности работы датчика давления полосовые перемычки преобразователя 7 и 8 при помощи болтов 16 и 17 с мелкой резьбой (показано пунктиром) в пределах упругой деформации приводятся в растянутое состояние, после чего с передней и задней сторон юпоры 6 прикладываются

00

NX

&

пластины 18 с двухсторонними вырезами и с электронно-лучевой сваркой по сторонам прикрепляются к опоре и к коромыслу. В дальнейшем растягивающие болты 16 и 17 удаляются и снизу прикрепляется крышка 19 (сваривается). Окончательной операцией сборки конструкции является закрытие корпуса 1 с передней и задней стороны крышками и сваривание их с корпусом по периметру, создавая герметично закрытый объем, в котором, а также в объеме между колпаком 15 и между мембраной 5 для повышения термостабильности через штуцер термовода создается вакуум величиной 10 -10 мм рт., ст. (датчик абсолютного давления). Обмотки катушки с сердечниками 11 и 12 подключены во входные цепи усилителей, где с выхода усиленные сигналы подаются к концам второй обмотки (обмотка возбуждения), создавая схему автогенераторов 20 и 21 (фиг. 2), где выходные сигналы с частотой fi и fa подаются смесителю 22. На выходе смесителя сигнал имеет частоту fif2. . ...

Датчик работает следующим образом. Действие давления Р через мембрану 2 с жестким центром в виде усилий через коромысло 3 подается к полосовым перемычкам 7 и 8, которые приводятся в колебания со своей собственной частотой. Если из-за деформации полосовая перемычка 7 сжимается, уменьшая свою частоту на величину - ДР, то полосовая перемычка 8, растягиваясь, увеличивает свою частоту на величину + Дт. На выходе смесителя изменение.частоты будет ± 2Д f. Для получения возможности измерения как давления, так и разряжения, первоначальные частоты автогенераторов f 1 и fa должны несколько отличаться друг от друга.:

На фиг. 1 заменой крышки 15 с крышкой со штуцером (как это выполнено для крышки 14} датчик превращается в датчик разности давлений. В предложенном датчике чувствительность увеличивается согласно эффекту усиления передачи усилий к механическим преобразователям в виде полосовой перемычки 7 и 8, Коэффициент трансформации КТр входного усилия F (приложенного к концу коромысла 3) в усилие, прикладываемое к полосовой перемычке 7 или 8 (Ррез), определяется соотношением плеч И и 10 коромысла:

,Кф-Ер-Ј.

где размеры И и 10 указаны на фиг. 1.

Коэффициент трансформации в среднем можно взять равным 5-8, При больших коэффициентах трансформации увеличиваются габаритные размеры датчика, что нежелательно. Значение зазора между сердечниками катушек с двумя обмотками и полосовой перемычкой можно регулировать

с изменением места закрепления указанных катушек с основанием, Изменение зазора приводит к изменению только размаха механических колебаний, т.е. изменяется амплитуда наводимых напряжений в обмотке усиления Wyc и в обмотке возбуждения Л/Возб (см, фиг. 2). Автогенератор позволяет произвести регулирование коэффициента усилия, т.е. в широком пределе можно регулировать значение выходного напряжения.

В предложенном устройстве значительно выше термостабильность. Это обусловлено тем, что имеется полная монолитность конструкции и симметричность механических преобразователей в виде полосовых

перемычек, выполненных за одно целое с узлами датчика. При изменении температуры полосовые перемычки изменяют одинаково свою частоту колебаний и поэтому на выходе отсутствует изменение разностной

частоты. Отсутствие приклеиваемых элементов и одинаковость полосовых перемычек, выполненных из одного и того же куска металла, значительно повышают термостабильность датчика..

По механической прочности полосовые перемычки значительно превышают прочность вставных чувствительных элементов и менее критичны к параллельному располо- жению их относительно оси основания. Выполненное монолитно с корпусом равноплечее коромысло полностью симметрично по отношению к полосовым перемычкам, выполненным на одинаковом расстоянии с обеих сторон опоры. Такая

симметричная конструкция позволяет получить устойчивое виброударное состояние без появления ложных выходных сигналов. Выполнение механической части датчика из одной заготовки позволяет исключить взаимно сдвигаемые элементы конструкции, т.е. созданная монолитная конструкция позволяет значительно уменьшить возможный гистерезис. Так как монолитная конструкция датчика с применением силопередающей системы в виде равноплечего коромысла с выполненными полосовыми перемычками позволяет получить достаточно высокую чувствительность, деформации мембран с жестким центром незначительны

и не превышают десятка микрон. Поэтому возникающий гистерезис небольшой и им практически можно пренебречь. Деформация полосовых перемычек значительно меньше деформации мембран.

В предложенной конструкции отсутствие несдвигаемых деталей конструкции и незначительная деформация чувствительных элементов позволяют уменьшить возможные погрешности.

Предложенный датчик имеет более простую конструкцию и в основном изготавливается фрезеровкой и дальнейшей обработкой на электроэрозионном станке.

Формул а изо б ретени я

0

5

0

повышения точности измерения, каждый преобразователь давления выполнен в виде полосовой перемычки за одно целое с корпусом и коромыслом, снабженной катушкой постоянного тока, и двухобмоточной катушки с сердечником, расположенной с зазором от катушки постоянного тока и закрепленной на корпусе, при этом сердечник двухобмоточной катушки размещен напротив обмотки катушки постоянного тока, а стенка корпуса, свободная от коромысла, закрыта крышкой и выполнена с двумя отверстиями, в которых размещены болты с мелкой резьбой, упирающиеся в оба конца коромысла напротив мембран, причем обмотка усиления двухобмоточной катушки включена во входную, а обмотка возбуждения - в выходную цепи соответствующего автогенератора.

w

УС,

20

Wy$

2i

Фиг. 2 .

W&oaSi

H

22

wg03s2

:&