Устройство для измерения давления Советский патент 1978 года по МПК G01L11/04 

1

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к устройствам для измерения давления.

Известны устройства для измерения давления, содержащие колебательную pesoнансную систему, которая включает колеблющийся элемент в цепи положительной обратной связи усилителя. Таким элементом может быть струна, пластина, камертон и т. п., способные изменять собственную резонансную частоту при внешнем механическом воздействии .

Недостатками такого устройства является ограниченный динамический диапазон изменения частоты на выходе и низкая чувствительность, поскольку частота колебаний системы, основанной на механическом резонансе, обычно лежит в пределах звукового диапазона и не может быть увеличена из-за технологических трудностей.

Наиболее близкое к изобретению техническое рещение-устройство для измерения давления, содержащее соединенные между собой и частично заполненные жидкостью две камеры разного сечения {2. В этом устройстве в качестве колебательной системы используется полуволновый акустический резонатор. Соединенный с измеряемой средой резонатор возбуждается с помощью электроакустических преобразователей в

пепи положительной обратной связи усилителя, образуя электроакустический генератор.

Недостатком устройства является его низкая чувствительность из-за большой длины резонатора и относительно большие габариты устройства, определяемые длиной акустического резонатора.

Цель изобретения - повышение чувствительности зстройства для измерения давления и уменьшение его габаритов путем уменьшения длины акустического резонатора.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержашем соединенные между собой и частично заполненные жидкостью две камеры разного сечения, одна из которых является полуволновым акустическим резонатором и включена в цепь положительной обратной связи усилителя носредством электроакустических преобразователей, в камере меньшего сечения на границе раздела сред установлена мембрана, снабженная жестким центром.

Такое выполнение позволяет уменьшить длину резонатора, так как максимально возможное для данного устройства изменение длины резонатора определяется прогибом центра мембраны, что приводит к повышению чувствительности устройства для измерения давления и уменьшению его габаритов. На чертеже показана принципиальная схема устройства для измерения давления. Устройство состоит из камеры 1 с номещенной внутри камерой 2, электроакустических преобразователей 3, усилителя 4 и регистратора 5. В камере 2 закреплена мембрана 6 с жестким центром 7, диаметр которого соответствует внутреннему диаметру камеры 2. Полость над мембраной в камере 2 имеет патрубок 8 для сообщения ее с измеряемой средой. Полость 9 под мембраной соединена с внутренней полостью камеры 1 через отверстие 10 в корпусе камеры 2. Полость 9 служит полуволновым акустическим резонатором. Она заполнена жидкостью и через электроакустические преобразователи 3 включена в цепь положительной обратной связи усилителя 4, образуя с ними электроакустический генератор. Камера 1 заполнена рабочей жидкостью и газом и является компенсационной. Газовая полость в ней необходима для компенсации изменения объема рабочей жидкости при прогибе мембраны 6 в камере 2 или изменении температуры среды. Объем жидкости в камере 1, диаметр и место расположения соединительного отверстия 10 в корпусе камеры 2 выбраны такими, что попадание газа в полость 9 (полуволновый акустический резонатор) исключается при любом положении устройства. Для заполнения устройства применяется жидкость, проводящая ультразвуковые колебания и имеющая температурный коэффициент скорости звука, близкий к нулю, например водный раствор спирта. Электроакустические преобразователи 3 выполнены из пьезоэлектрического материала. Регистратором 5 служит стандартный частотомер. Устройство работает следующим образом. Полуволновый акустический резонатор 9 возбуждается с помощью электроакустических преобразователей 3, образуя электроакустический генератор. Частота колебаний генератора определяется соотнощением где с - скорость звука в среде, заполняющей резонатор 9; /о - длина резонатора 9. При подаче измеряемого давления Р в полость над мембраной происходит прогиб мембраны, и длина резонатора изменяется на величину А/. Изменение длины резонатора А/ связано с величиной измеряемого давления Р соотношением А/ Л где R - радиус мембраны; d - толщина мембраны; Е - модуль упругости; А - коэффициент, зависящий от коэффициента Пуассона ц и отношения радиусов мембраны и ее жесткого центра. Изменение длины резонатора вызывает изменение частоты колебаний акустического генератора. Согласно выражениям (1) и (2) частота акустического генератора определяется выражением л ftл. / 2 (/о -ДО Таким образом, измеряя частоту f электроакустического генератора посредством регистратора 5, можно определять величину давления Р. Использование в устройстве в качестве отражателя акустического резонатора мембраны, расположенной в камере меньщего диаметра на границе раздела сред и снабженной жестким центром, позволяет обеспечить постоянство акустических свойств резонаторов, уменьшение величины возможного изменения, длины резонатора, что приводит к повыщению чувствительности н уменьшению габаритов устройства. Формула изобретения Устройство для,измерения давления, содержащее соединенные между собой и частично заполненные жидкостью две камеры разного сечения, одна из которых является полуволновым акустическим резонатором и включена в цепь положительной обратной связи усилителя посредством электроакустических преобразователей, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и уменьшения габаритов, в камере меньшего сечения на границе раздела сред установлена мембрана, снабженная жестким центром. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.И. А. Горенштейн Гидростатические частотные датчики первичной информации. М., «Машиностроение, 1976, с. 12-17. 2.Авторское свидетельство СССР № 317934, кл. G OIL 11/00, 1970.