ПАТЕНТНО- ^^ I '^^ П.лИ9Т?СКАЯ '"^ \v.-tijHiOTEKA Советский патент 1970 года по МПК G01L13/06 G08C19/14 

Изобретение относится к приборам для измерения давлений в газовых средах.

Известны вибрапионные датчики разности давления с размеиценными в корпусе двумя тонкостенными цилиндрическими резонаторами с системами самовозбуждения, подключенными через усилители к преобразователю Шстоты, соединенному с генератором стабильной частоты.

С целью линеаризации выходной характеристики в предлагаемом датчике внутренние полости резонаторов соедииепы между собой и образуют герметичную замкнутую камеру, заполненную жи:1костью под некоторым давлением.

С целью повышения точности измерения па иаружпой поверхности корпуса коаксиально с герметичной камерой размещена катушка электрообогрева, подключенная к генератоэу стабильной частоты.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого датчика; па фиг. 2 -- электрическая схема системы самовозбуледения одпого из резонаторов: на фиг. 3 - пневматическая схема датчика; на фиг. 4 - его принципиальная электрическая схема.

Наиболее ответственными элементами конструкции датчика являются два чувствительных элемента, выполненных в виде топкостепиых цилиидрических резонаторов /, запроссованных в корпус 2. Образованная внутренними полостями цилиндрических резонаторов / герметическая камера 3 заполняется жидкостью, в которой за счет упругой деформацпи стенок резонаторов создается некоторое начальное давление. В цилиндрических расточках корпуса 2 устанавливаются набранные из пластин тоиколистового железа магнитопроводы 4 с обмотками 5, являюодиеся элементами систем самовозбуждения резонаторов.

На центральную часть корпуса 2 наматывается катушка электрообогрева 6 системы температуриой стабилизации суммы частот собственных колебаний обоих резонаторов. Концы резонаторов У сочленяются с кориусом 2 с иомош,ью ирулсинных крышек 7, имеющнх малую л-;есткость в осевом направлении и иредохраняюидпх резонаторы от действия вибраций в направлении, перпендикулярном ; оси датчика. Давления, разность которых измеряется, подаются в приемные камеры 8 и 9 с номошью штуцеров 10 и //, герметично вваренных в корпус 2. Прибор находнтся н теплоизоляционном кожухе 12.

Системы самовозбуждения каждого из двух резонаторов / аналогичны. Схема системы самовозбулчдения, изображенная на фнг. 2, представляет собой мостовую схему, одна нз дпагоналей которой подключена ко

Ёходу, а другая - к выходу широкополосного усилителя 3, имеющего постоянный (близкий к 90°) сдвиг фазы между входным и выходным наиряжениями.

Два илеча этой схемы образованы двумч одинаковыми омическими сопротивлениями 14 и 15, третье плечо образовано сопротивлением обмоток возбуждения 16, намотанных на зубцах 17 магнитопровода 4 и, наконец, четвертое нлечо образовано сонротивлением обмоток 18, намотанных на зубцах 19 магнитопровода 4 балансного соиротивления, которое в электромеханическом и конструктивном отношениях подобно датчику давления и отличается от него лишь тем, что его резонатор заполнен твердым диэлектриком, исключающим возможность возникновения механических колебаний.

Помимо обмоток 16 и 18, на зубцах 17 и 19 магнитопроводов 4 датчика давления и балансного сопротивления намотаны также обмотки постоянного подмагничивания 20 и 21, завитываемые постоянным током и создающие в магнитопроводах 4 постоянные магнитные потоки, которые частично замыкаются через материал резонаторов 1.

Совместно с резонатором система самовозбуждения образует электромеханический генератор колебаний, частота которых равна частоте собственных колебаний резонатора и однозначно связана с разностью давлений, действующих на его внутреннюю и наружную новерхность.

Система возбуждения действует следующим образом. При колебаниях резонатора 1 его поперечное сечение принимает форму эллипса, оси которого совпадают с осями симметрии магнитопровода 4, причем с увеличением одной оси эллинса другая уменьшается и наоборот. При этом осуществляется модуляция создаваемого обмотками постоянного подмагничивания 20 магнитного потока, который проходит по зубцам 17 магнитопровода 4, частично замыкается через материал его резонатора /. В результате в обмотках возбуждения 16 индуктируется переменная э. д. с. реакции, частота которой равна частоте механических колебаний резонатора 1. Часть этой э. д. с. выделяется в одной из диагоналей мостовой схемы и поступает на вход широкополосного усилителя 13, с выхода которого переменное напряжение, сдвинутое но фазе на 90° относительно фазы э. д. с. реакции, поступает на другую диагональ мостовой схемы, вызывая дальнейшую раскачку резонатора 1.

Для обеспечения правильной работы мостовой схемы последняя тщательно балансируется таким образом, чтобы в отсутствие колебаний резонатора сигнал в любой из диагоналей моста был равен нулю при любых сигналах ( в диапазоне рабочих частот датчикаi, подаваемых в другую диагональ моста. Балансное сопротивление выполняется в виде точной копии датчика давления для обеспечения необходимой стабильности такой балансировки и независимости ее от изМененй внешних условий (температуры, напряжения постоянного нодмагничивания и т. д.).

Применительно к пневматической схеме датчика, изображенной на фиг. 3, зависимость между разностью измеряе.мых давлений Pi и и разностью частот /i и /г колебаний резонатор / определяется формулой

.,,

где к - постоянный коэффициент, величина которого зависит от конструктивных параметров прибора: массовой плотности резонаторов и за полняющей их жидкости, модуля упругости материала резонаторов, их геометрических размеров, начального (т. е. при Pi. P2 - 0) давления жидкости впутри камеры.

0Из приведенной формулы следует, что при

поддержании постоянства суммы частот /i и

/2 их разность б / /2 - /1 пронорциональна

измеряемой разности давления fi Р PZ -Pi.

Принципиальная электрическая схема

5 предлагаемого датчика, реализующего линейную зависимость между разностью измеряемых давлений и разностью частот собственных колебаний резонаторов в соответствии с приведенной выще формулой, изображена на

0 фиг. 4.

С выходов широкоиолосных усилителей 13 систем самовозбуждения сигналы с частотами /1 и /2 поступают в преобразователь частоты 22, имеющий два выхода. На одном из выходов преобразователя получается сигнал, частота которого равна сумме частот / и /2, а на другом - сигнал, частота которого равна ра: пости Э1ИХ частот, являющийся выходным сигнало.м прибора.

0 Для того чтобы за.висимость между частотой выходного сигнала и измеряемой разностью была стабильной и строго линейной, сумма частот /1 и /2 непрерывно сравнивается с частотой 2/0 специального генератора 23 стабилизированной частоты. При отклонении суммы частот /i и /2 от постоянного значения 2/0, задаваемого генератором стабилизированной частоты, преобразователь 24 изменяет ток в катушке электрообогрева 6 таким образом, что соответствующее изменение давления жидкоси внутри камеры прибора парирует это отклонение.

Предмет изобретения

1. Вибрационный датчик разности давления, содержащий размещенные в корпусе два тонкостенных цилиндрических резонатора с системами самовозбуждения, подключенными

через усилители к преобразователю частоты, соединенному с генератором стабильной частоты, отличающийся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики датчика, в нем внутренние полости резонаторов соедикамеру, заполненную жидкостью нод некоторым давлением.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в

нем на наружной поверхности корпуса, коЗКснально с герметичной камерой размещена катушка электрообогрева, нодключенная к генепатору стабильной частоты.

.,-