ЮТЕКА I Советский патент 1971 года по МПК G01L9/10 

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для нреоб|разо1вания разности давлений двух сред, ,из которых одна является газообразной, а другая - жидкой или газообразной, в выходной сигнал переменного тока, частота которого связана с измеряемой разностью давлений однозначной функциональной зависимостью.

Известны вибрационные датчики разности давлений с тонкостенными цилиндрическими резонаторами, предназначенные для измерения давлений в диапазоне примерно от О до 20-30 атм. Такие датчики представляют собой тонкостенный цилиндрический резонатор с электромагнитной системой самовозбуждения, выполненный в виде цилиндрического магнитопровода с обмотками.

Однако эти датчики имеют громоздкую систему самовозбуждения и их нельзя использовать для измерения давлений свыше 30- 50 атм.

В предлагаемом датчике для расширения верхпего предела измеряемых давлений магнитопровод выполнен в виде двух постоянных магнитов прямоугольной формы, располон енных в одной плоскости симметрично относительно резонатора и замкнутых по наружным торцам пластинами из магнитомягкого материала.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема описываемого датчика; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема системы самовозбуждения.

В корпусе / датчика размешены два постоянных магнита 2 с катушками 3 системы самовозбуждения. В зазоре между постоянными магнитами установлен тонкостенный цилиндрический резонатор 4 со штуцером 5 с

одной стороны и штуцером 6 с другой.

Концы катушек 3 системы самовозбуждения выведены с помошью гермовводов 7.

Магнитная цепь системы самовозбуждения кроме двух постоянных магнитов 2 и резонатора 4 включает магнитопровод в виде двух прямоугольных шайб (на чертеже не показаны), которые влол-;ены в корпус / с обеих сторон. Система самовозбуждения выполнена в виде мостовой схемы, одна из диагоналей которой подключена ко входу, а другая - к выходу широкополосного усилителя 8. Два плеча этой мостовой схемы образованы одинаковыми сопротивлениями 9 и 10, а два другие-

комплексными сопротивлениями катушек 3 датчика и катушек // балансного сопротивления, в качестве которого используется стандартный вибрационный датчик давления с резонатором, заполненным твердым диэлектриВ совокупности с тонкостенным цилиндрическим резонатором 4 система самовозбуждения образует электромеханическую автоколебательнзю систему, частота колебаний которой равна частоте собственных колебаний резонатора и связана с разностью давлений, разделяемых резонатором сред, однозначной функциональной зависимостью вида: .(1) где f -частота собственных изгибных колебаний резонатора, гц; /о - частота собственных изгибных колебаний резонатора нри отсутствии перепада давлений, гц; k - ностояпный коэффициент пропорциональности, сж/г; SP - разность давлений сред, разделяе.мых резонатором, г/сек--см. При условии что конструктивные параметры резонатора (толщина стенки /г, радиус R и длина L) удовлетворяют неравенствам - :зО,02 R 0,15, (которые должны выполняться при проектировании резонаторов), для определения зависимости между перепадом давлений и частотой собственных колебаний можно использовать приближенные формулы I, Г Р Ро + Рж - А где /%Е. kf, kf - безразмерные постоянные коэффициенты (/гк 0,025, /гр«0,06, йрЛ:0,05), Е - модуль упругости материала резонатора, г/сек -см; h -толщина стенки резонатора, см; R - радиус резонатора, см; ро - массовая плотность :матерлала резонатора, РХС - массовая плотность заполняющей резонатор среды, ejcMS; р - приведенная массовая плотность резонатора, г/сжз; SP - разность давлений сред, разделяемых резонатором, . 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Для определения верхней границы бРмако диапаадна измеряемых значений разпости давлений 8Р следует использовать формулу . - - „ макс где 0мако-предельное значение допустимого долговременного напряжения в материале резонатора. Онисываемый датчик работает следующим образом. В процессе изгибных колебаний резонатора 4 его поперечное сечение принимает форму эллипса, оси которого совпадают с осями симметрии системы самовозбуждения, причем с увеличением одной из осей эллипса другая его ось уменьшается и наоборот. При этом изменяется магнитная проводимость между стенками резонатора 4 и постоянными магпитами 2 и осуществляется модуляция магнитного потока, создаваемого этими магнитами. В результате в обмотках возбуждения 3 индуктируется переменная э.д.с. реакции, частота которой равна частоте механических колебаний резонатора. Часть этой э.д.с. выделяется в одной из диагоналей мостовой схемы и поступает на вход широкополосного усилителя 8. С выхода этого усилителя переменное напряжение, сдвинутое по фазе на 90°, ноступает в другую диагональ мостовой схемы, поддерживая незатухающие колебания резонатора 4. Различные модификации описываемого датчика давления можно будет использовать для преобразования разности давлений в частотный выходной сигнал не только в измерительных системах и устройствах, специально предназначенных для измерения давлений,но также и в целой гамме других измерительных устройств - в угловых и линейных акселерометрах, в универсальных датчиках сил и моментов и т. д. Предмет изобретения Вибрационный датчик разности давлений, содержащий чувствительный к давлению тонкостенный цилиндрический резонатор н систему самовозбуждения колебаний в виде магнитопровода с обмотками, отличающийся тем, что, с целью расширения верхнего предела измеряемых давлений, в нем магнитопровод выполнен в виде двух постоянных магнитов прямоугольной формы, расположенных в одной плоскости симметричпо относительно резонатора и замкнутых по наружным торцам пластинами из магнитомягкого материала.

2-

fua

ю