Датчик давления Советский патент 1976 года по МПК G01L11/00 

1

Изобретение относится к области измерения давления жидкости и газов.

В настоящее время в связи с широким внедрением автоматических систем управления производственными процессами возросла потребность в датчиках давления, имеюи,их высокие метрологические .характеристики и выходной снгиал в форме частотио-модулировапиого сигнала.

Известен частотный датчик давления, состоящий из корпуса в виде стакана, упругой мембраны, жестко скрепленных с мембраной стоек, струны и системы возбуждения колебаний. Стойки скреплены с мембраной в места.х паибольи1его поворота ее сечепий.

Иедостатком такого датчика является трудиость получения максимально возможной чувствительности. Это объясняется тем, что в зависимости от соотношения размеров толщины ме.мбрапы и толн,ины CTeiiOK корнуса краевые условия заделки мембраны будут изменяться.

При толихннах стенок корпуса, соизмеримых с толщиной мембраны, будет ощутима податливость сампх стенок корпуса, и угол поворота сечений нагруженной мембраны в месте соединения ее со стенкой будет отличен от нуля. При толщине стенок кориуса, значительно больших толщины мембраны, можно считать, что угол поворота сечеппй нагруженпой мембраны в месте соединения ее со стенкой будет равен нулю. Соответственно и формы упругой линпп мембраны при измеиении давления в первом и втором случае будут различными.

Таким o6pa3ON, для раз.тичных соотношений размеров элементов копструкпий датчнков координата иаибольплего угла поворота еечеппй мембраиы будет отстоять от ее пентра иа различных расстояниях. Точное онределение координаты наибольшего угла новорота сечепнй для различных видов заделки расчетиы.м путем представляет зиачительпые трудности.

Ыеопределеииость положения онтимальиой коордниать расноложеиия стойки на мембране оГ)условлепа также влиянием продольиой жесткости струны иа искажеипе теоретпческой формы упругой лииии мембраиы. При этом, чем больше иродольиая жесткость струны, тем больше это искажение.

Погреииюсть в точном определеннп оптимальной коорд П1аты приводит к сиижеиию чувствительности датчика. Чтобы повысить чувствительность такого датчика, 1еобходимо увеличить прогиб мембраны, что приведет к увеличснню иогрешностн, обусловленной гистерезисом.

Иедостатком датчика является также отсутств1 е возможности TOHKoii регулировки его

начальной частоты после окончательного закренления концов струны. Это затрудняет обеспеченне взанмозаменяемости датчиков в процессе эксплуатацнн.

Для повышения чувствительности в предлагаемом дат1п:ке давлепня одиа нз стоек расположена от центра мембраны на расстоянии 0,58 ее радиуса, а другая - на расстоянии, большем радиуса рюмбраны, при этом наружный диаметр стакана больше диаметра мембраны не менее чем на десять толгцип мембраны. Геометрические размеры и глатерипл струны вь1;--;мы так, что ее продольная жесткость на.много iieibiHc жесткости системы «мембрана - стойки в паправлсннн продольной оси струны. Возможность окоичлтельиой регулировки пача;И)Ной частоты, а следозательио, и чувствите.льиости после окончательного закреплення концов струны достигается тем, что в датчике стойка, расположенная от центра ме лбраны ил расстоянии, большем ое 1адпуса, установлена с возможностью неремешения вдоль иродольиой оси струны.

Па чертеже показан описываемый датчик давления, состоящий из упругой мембраны 1, вынолне1П1О 1 за одно целое со стаканом 2 и стойкой 3. Стойка 3 расположена от центра мембраны 1 па расстоянии 0,, где R - радиус мембраны 1. Стойка 4 укреплена па стенке стака 1а 2 посредством вннтов 5 и 6 па расстоянии от центра мембраны 1, большем ее радиуса R. С целью электрической изоляции одного нз концов струны 7 от стакана 2 (корпуса) между стойкой 4 и плотпостью стакана 2 проложеиа тонкая слюдяиая прокладка 8. Соответственно, нод головкн виитов 5 и 6 устаповле1п слюдяиые шайбы 9. Коицы струиы 7 закрепляются на стойках 3 и 4 с номощью накладок 10 и 1 и винтов 12 и 13. Перед окончательным закреплением накладок 10 п 11 в cTjiyiic 7 создается начальное растягивающее veii;iHe. Ко;1цы струны 7 выводятся на к.1с:ммы ко:1одкн 4. к которым также подпаивается выводио кабель для подключения датчика к электроииой аппаратуре.

Для иоддержаипя гтезатухающнх iio;ie:)C4пых автоколебаний струны 7 нрн;,;снмется магнитоэлектрический способ возбуждс:1ня, при jTOM cTpyria 7 помещаете; в постоянного магннта 15, укреиленного исиоднижио па стакане 2.

11рисос;,и1П 1сл)Ный нггуиср () П)ива,)и;к;стся к стакану 2. Чупствнтслы;ые э. с ;сит;л датчика закрс ля1отся иредо:;рапите;пни 1л кожухоп 17 п i|).iaini,c:,i 18. Паружиый диаметр ста1;аиа 2 б() диал.стра мемб аны ие менее чем иа деспт:; то.пцин мембраны 1.

При иодачс дшхлении ;о вн греннюго полость MOM6pai;a 1 прогибается, расстояние между верхними концами стоек 3 и 4 увеличивается, продо;г;ц;а;1 раетягиваюи1,ая сила в струне 7 возрастает, что приводит к изу -иенню частоты ее колебапп1н Разность между начал1)Н1.1м н текуи1,пм зиачипнем час;чУ1ы ()v.leT функционально связана с величиной из.меряемого давления.

С целью обеснечеиия окончательной регулнровкн начальной частоты струны 7 носле сборкн датчика стойка 4 может неремещаться в направлении продольной оси струны 7 за счет изменения зазора между телом винтов 5, 6 и отверстиял п в стойке 4, которые имеют больший диаметр, чем винты о и 6 на 0,5-f 1 мм.

Перед началом окончательной регулировки затяжку винтов 5 п 6 ослабляют на 0,25 оборота. Стойку 4 можно перемещать либо вручную, либо при помощи снениальиого нриспособлеиия.

Датчик имеет большую чувствительное; . полученную за счет расположения стой .i 3 па расстоянии 0,58 радиуса мембраиы 1. Увеличеиие чувствительиости обт ясняетея следу го HUIM.

Пзвестно, что угол поворота иормали в любой точке 1гзогиутой мембраиы, жестко заи1емле П1ой по , равен

Р

Eh

D .(2)

Р - .з;ав.:1еиие;

R -радиус мембрапы;

г --радиус, иа котором расиоложеиа

стойка для креплеиия струны; /; -- то/пдипа мембраны; -- модуль упругости материала мембраны;

и, - коэффициеит Пуаееопа. Если распс.ложпть стойку 3 на мембране 1 в месте паиболыпего угла поворота норма.ли, то ирп прочих к;зпых условнях закрепленная струпа 7 иолуч1гг наибольшее приращение уиругой деформации, а следовательио, и растя| П5аю;ц1й силы. При этом изменеиие частоты стр;у1П) 7 Суде г максимально возможным для ;,аииых иараметров датчика.

Радиуе г, нри котором угол поворота стойлИ 3 будет максимальиым, определяется нутем :);:рави;::к1Г1ИЯ к «О чаетотой, ироизводноГ от в;лра:-1 еини (1):

- ,---., - ( -О,(3)

(4)

I юлучснное соотиои1еиие енраведливо то.плсо для случая yi ecTKoro защем.теиия по 1ч);:ям мембраи.л 1. Сс.ш толн1,ину стенок стакана 2 датчика сд(;лать меньше, чем пять толнии ме.мбраиы I, то за счет податливости етеиок стакана 2 форма упругой лииии изогнутой ;,1е:мОраны 1 ие будет еоответствовать случаю, опнсываемому приведенными уравие П1ями, и

аеиоложеипс стойки 3 па расстояиии 0,58 R