ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Советский патент 1972 года по МПК G01L11/00 G01L7/08 

Изо1брете.ние от1носи.тся к области из-мери,тельной техники, в частности к датчикам давления С частотным выходным -сигналом, и может быть использовано для точного измерения статических и динамических давлений жидкостей и газов в широком температурном диапа|30|Не с частотой измеря емого процесса до 500 гц.

Известны датчлки давления с частотным выходным сипналом, содержащие мембрану, соединенную рычажной передачей через упругий вьквод перемещения в корпусе с дифференциальным частотным преобразователем, у кото-рого .мембрана и передаточный рычаг, проходящий через упругий вывод перемещения, совмещены и выполнены за одно целое.

Недостатком таких датчиков является з ависимость выходной разности частот от влияния внещних дестабилизирующих фа кто-роз (температуры окружаюнцего давления, времени и т. д.). Кроме того, такие дат чикИ Имеют ограниче.иное быстродействие, величина которого зависит от электромеханических характеристИК дифференци.ального частотного преобразователя. Применение метода стабилизации суммы частот в таком датчике повышает стабильность его градуировочной характеристики и одновременно ониж.ает его быстродействие, В1следствие и:нер циоиности исполнительного элемента, изменяющего силу натяжения, струн.

Целью изобретения является иовыщение быстродействия и точности измерения давления. Это достигается благодаря тому, что передаточный рьичаг выполнен в виде балки,

середина которой и один из концов соединены пе,ремычками с мембраной, первая - с ее жестким центром, а второй - с периферийной частью, а на проти1воположных сторонах другого конца балки закреплены якори дифференцкального преобразователя, снабженного двумя дополнительными обмотками, подключенными к вькоду блока автоматической стабилизации сум:мы частот. На фиг. 1 изображен упругий элемент датчи.ка с передаточным рычагом и дифференциальными индуктивными преобразователями; на фиг. 2 - блок-схема датчика.

Упругий элемент датчика состоит из изготовленных как одно целое хмембраны / и передато1чного рычага 2, выполненного в виде балки, один конец которой соединен перемычкой 3 с периферийной частью мембраны /, а середина перемычкой 4 - с жестким центром мембраны. На консольной части рычгага 2 закреплены якорп 5 дифференциального индуктивного преобразователя 6 с П-Обраеными Магнитопроводами 7, рабочими об мотками 5 и 5 и подмагничивающи.ми обмотками 10 и //.

генераторов 12 и 13, выходные напряжения с которых поступают на смеситель 14, ооедидинанный с фильтром низких частот 15 и полосовым фильтром 16.

После фильтра 15 выделяется разность частот Af fi-/2, а после полооового фильтра 16 - сумма частот Sf /i+/2, поступающая «а вход смесителя 17, второй вход которого соединен с кварцевым генератором 18 с стабилизированной частотой fio-. Вырсод смесителя 17 соединен с преобразователем частоты 19.

Под действием измеряемого давления мембр.аиа 1 прогибается и перемещает консоль передаточного рычага 2, при этом изменяются заворы между якорями 5 и магпитопроводами 7, и, следовательно, индуктивность рабочей о,бм1отки 8 индуктивпого преобразователя 6 увеличивается, а о бмотки 9 - уменьшается. Тем самым изменяются и резонансные частоты автоколебательнык контуров генераторов 12 и 13, у генератора 12 - частота уменьщается, а у генератора 13 - увеличивается. Ра-зность частот Д/ /1-/г, онимаем а.я с смесителя 14 и фильтра низких частот 15, является выходным сигналом датчика. Напряжение суммы частоты 2/ fi+f2 поступает на смеситель 17, а разность частот А/о /кг-2/ преобразуется преобразователем 18 в напряжение AL, которое подмасничивает рабочие абмотки 10 и 11 индуктивного преобразователя 6.

Под воздействием какого-либо дестибилизирующего -флктора частоты f и /г генераторов 12 и 13 изменяются в одну сторону.

Если, напрИМер, частоты /i и /2 увеличиваются на величины Afi и А/г. то при этом сумма частот становится равной /i + f2+A/i+ -j-A/2, что приводит к появлению сипнала на выходе смесителя 17 с частотой

А/о /кг-(/, + /.+А/, + А/,).

Необходимым условием нормалкной работоопособности системы является соблюдение условия , т. е. неО|бходим|О, чтобы А/о не переходила через нуль при любых дестабилизирующих факторах в предел.ах эксплуатационных норм. На выходе преобразоВ1аг теля 18 происходит уменьщение амплитуды напряжения постоянного тока и, следовательно, увеличиваются индуктивности обмоток 8 и 9, что приводит к уменьшению частот /i

и /2.

Уменьшение частот происходит до тех пор, пока сумма частот RC-генераторов 12 и 13

не станет равной частоте кварцеВ|Ого renepiaiтора 18.

Одновременно с повышением стабильности выходного сигнала с датчика зн ачительно уменьшается нелинейность фзнкции преобразования, что видно из следующей зависимости.

R(l - k)P

/:-/.А + ,

232AS |j.oS W2 (/1 + /2) Ci

где/1 - частота первого RC-генератора;/2 - частота второго RC гeнepaтoра;

А -постоянный коэффициент; R - радиус мембраны; h - толщина мемб|раны; l-io - относительная магнитная проницаемость зазора; 05 - площадь сечения воздушного

зазора;

1 - число витков обмотки преобразователя;

Cj - емкость первого колебательно5

го контура;

Ci

К - - отношение емкостей первого и Cj

второго колебательных контуров;

Р - давление, приложенное к мембране;

Е - модуль упругости материала мембраны.

Предмет изобретения

Датчик давления, содержащий мембрану, вьиполненную заодно целое с передаточным рычагом, дифференциальный индуктивный преобразователь с П-образным магнитопроводом, включенный в колеблтельный контур, и блок автоцматической стабилизации суммы частот, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и бьцстродействия, в нем передаточный рычаг выполнен в виде балки, середина которой и один из концов соединены перемычками с мембхраной, первая - с ее жестким центром, а вторая - с периферийной частью, а на противоположных сторонах другого конца балки закреплены якори дифференциалыного индуктивного преобразователя, снабженного двумя дополнительными обмотками, подключенными к выходу блока автоматической стабилизации суммы частот.