Датчик отношения давлений Советский патент 1977 года по МПК G01L13/02 

1

Изобретение относится к области приборостроения, а именно, к приборам измерения равления.

Для обеспечения высокой точности изм&рения функциональных давлений, в частности измерения отношения давлений. часто исполь з уют принцип компенсации сил, развеваемых чувствительными элементами прибора. Известны компенсационные датчики отношения дав лений с сильфонными чувствительными зл&ментами l. Такой датчик содержит четыре измерительных сильфона, расположенных попарно соосно и так, что оси парных сильг фонов ортогональны.Усилия,развиваемые сильфонами, формируют результирующую силу на рычаге, расположенном на подвижной плат форме, поворот которой осуществляется сервоприводом. Перемещение платформы выводит подвиж1гую систему из равновесия, при котором она поворачивается относительно оси и замыкает один из контактов цепи управления сервопривода. При этом двигатель через редуктор и передаточный мехнизм npi водит систему в состошше равновесия, при котором направление результирующей силы,

развиваемой сильфонами, совпадает с , проходящей через оси вращения обеих платформ. В состоящий равновесия угол между одной из ортогональных осей сильфонов и прямой, проходящей через оси вращеш1Я подвижных платформ, пропорционален аркта генсу отношения измеряемых давлений. Таким образом, выходная характеристика прибора имеет нелинейный характер. Частичная линеаризация выходной характеристики в таком приборе осуществляется механической передачей, содержащей поводковый механизм кулачкового типа, червячный и цилиндрические редукторы и другие злеме ты, усложняющие схему и вносящие допот нительные погрешности. Кроме того, сложен в технологическом отноше ши.

Известен датчик отнощения давлений, содержащий в качестве чувствитель}1ых элементов два сильфона 2, Подвижные концы сильфонов через гибкие передачи связаны с балансировочным рычагом, вращающимся на оси. Изменение давлений обуолоБливается поворотом рычага, а уравновещивание сил на рычаге - поворотом одного иа сильфонов, установленного на подвижной платформе и изменением величины нормальной составляющей силы от этого сильфона на рычаге. Недостатком такой конструкции является большая нешшейность выходной характеристики и низкая виброуотойчивость. Балансировка подвижной системы в таком.приборе осуществляется сложными механизмами и не может обеспечить достаточной виброустойч шости во всех пространственных положениях и, соответственно, Bbtсоких динамических характеристик, предъ$1&ляемых к авиационным приборам. Наличие гибких связей между сильфонами и рычагом также снижает динамические характеристики прибора.

Целью изобрете1шя является повышение линейности выходной характеристики, повин шение динамических характеристик датчика и расширение диапазона измерения отношекия давлений.

Это достигается тем, что в предлагаемо датчике, основанном на прщщипе компенсации сил, развиваемых чувствительными элементами, введен установленный на оси равг. новесный фигурный рычаг, содержаший рабочую поверхность, выполненную в форме дуги окружности, к которому с одной стороны от оси жестко {прикреплен /один сильj$oHla с д|эугой стороны на его рабочую поверхность- установлен ролик, связанный через жесткий кронштейн с другим сильфоном. Оба сильфона расположены так, что их оси во всех положениях проходят через центр окружности, : дугой которой является рабочая поверхность рычага,

В зависимости от абсолютных значений измеряемых давлений датчик может быть выполнен в двух вариантах: - с наружной рабочей поверхностью рычага и перемещением ролика по этой поверхности;|

- с внутренней рабочей поверхностью рычага и перемещением ролика по этой поверхности, I ,™

На фиг, 1 дана конструктивная |схема датчика, в котором меньшее по абсолютному значению давлениеподается в сильфон 1, а большее давление - под крышку прибора. Такая конструкция обеспечивает выео кую чувствительность и точность при измерении малых значений давлений,

.

При измерении больших давлений требуется обеспечение соответствующего запа- са прочности корпуса и крышки, i в соответст ВИИ с этим возрастает вес прибора, усложняется его герметизация.

На фиг. 2 дана конструктивная схема датчика отношения давлений, в которой большее

из давлений подводится во .внутрь cильфoлa а меньшее - под крышку. Такая конструкция позволяет расширить диапазон измерения отношения давлений.

Датчик содержит сильфон 1, прикрепленный неподвижно одним концом к корпусу, а другим концом жестко соединен с рычагом 2. Рычаг 2 установлен на оси 3 и сбалансиро ван относительно этой оси.

Наружная поверхность рычага (рабочая его поверхность) выполнена в виде дуги окружности. Радиус этой дуги выбран конструктивно, с учетом требований минимальных габаритов прибора и диапазона измерения отношения давлений. На одном конце 2 через изолятор укрепленподвижный контакт 4, а на корпусе прибора укреплены неподвижные контакты 5 и 6,

На подвижной платформе 7 укреплен сильфон-анероид 8. Платформа через зубчатую передачу- связана с валом |двигателя 9. К сильфону-анероиду 8 прикреплен кронштейн 10, установленный на оси 11 и сбалансированный относительно этой оси. -, На конце кронштейна 10 укреплен ролик 12, упирающийся в рычаг 2. Сильфон-анероид 8, как и сильфон 1, установлены так, что их оси пересекаются точке, являющейся центром окружности,дугой которой является рабочая поверхность рычага. На корпусе установлен потенциометр 13, щетка которого соединена с платформой 7, Вращение платформы 7 ч&рез зубчатую передачу передается сельсингенератору 14. Корпус датчика закрывается крышкой,

Датчик работает следующим образом.

Одно из измеряемых давлений поступает под крышку датчика и воздействует снаружи на сильфоны 1 и 8; другое измеряемое .давление через трубку-15 подается внутрь сильфона 1. Прибор настроен так, что в установившемся режиме {при неизменяющемся значении отношения давлений) контакты 4 и 5, 4 и 6разомкнуты. Изменение одного из давлений или непавнозначное изменени обоих давлений вызьшает изменение сил,действующих на рычаг и поворот рычага,

В результате поворота рычага на угол, достаточный для замыкания контактов, последние замыкаются и управляющий сигнал поступает на двигатель 9, который через зубчатую передачу перемещает платформу 7 Поворот платформы 7 и связанного с ней кронштейна 10 вызывает перемещение ролика 12 по рычагу и изменение точки приложения силы, развиваемой сильф он ом-анероидом 8 на рычаге 2. Перемещение ролика 12 по рычагу 2 продолжается до момента уравновешивания рычага, при котором контакты разомкнутся. При движении платформы 7 перемещается щетка потенциометр, 13 и происходит вращение ротора сельсингенератора. Сигналы, снимаемые с потенциометра и сельсин-генератора, поступают на систему измерения или контроля.

Отличие конструкщш,: показанной на фиг. 1, от конструкции на фиг. 2 заключается в форме выполнения рычага 2 и кронитеина 10. Рабочей поверхностью рычага 2 на фиг, 1 является его наружная поверхнос по которой перемещается ролик, а рабочей поверхностью рычага 2 на фиг. 2 является его внутреняя поверхность.

Выполнение рабочей поверхности рычага в форме дуги окружности и расположение сильфонов обеспечивает получение линейной выходной характеристики в большом диапазоне угла поворота;платформы, т.е. в широком диапазоне изменения, отношения давлени В датчике предлагаемой конструкции платформа допускает поворот на угол 60 , при этом нелинейность выходной характеристики составляет менее 1%.

Диапазон измерения отношения давлений датчиком предлагаемой конструкции (см. фиг. 2), составляет 1 - 30 при точности 0,7-1%.

Введение жестких связей между снльфо|- нами и рычагом, а также введение механической контактной связи рычага с кронштейном при помощи ролика позволяет полу1чить сбалансированную подвижную систему, обладающую высокой устойчивостью к ме- ханическим нагрузкам во всем диапазоне измерения.

Формула изобретен и л

1. Датчик отвошения давлений, содержащий сильфонные чувствительные элементы, равновесный рычаг, двигатель с редуктором, отличающийся тем, что, с целы повышения линейности выходной характернотики, расширения диапазона измерений, повышения динамических характеристик, в него введен установленный на оси равновеоный фигурный рычаг, к которому с одной стороны от оси жестко прикреплен открьь:тый сильфон, а с другой стороны на нем выполнена рабочая поверхность в форме дуги окружности, на которой установлен ролик, связанный через жесткий кронштейн с сильфоном-анероидом и изменяющий при своем перемещении точку приложения силы на рычаге, причем сильфоны расположены так, что их оси во всех положениях проходят через центр окружности, дугсй которой является рабочая поверхность рычага, 2. Датчик по пД, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью увеличения надежности при увеличении номзшального значения одного из измеряемых давлений и обеопечения малых габаритов и веса, рабочей поверхностью рычага служит его внутренняя поверхность, а большее из измеряемых давле1ший подведено внутрь открытого силь фона, меньщее - снаружи обоих сильфонов.

Источники шформащш, принятые во внимание при экспертизе:

1.Патент Великобриташш № 111383, кл. С 1 N , опубл. 1961 г.

2.Патент США № 3266320, кл. 73407, опубл. 1966 г., (-прототип).