Устройство для измерения давления Советский патент 1979 года по МПК G01L7/04 

Ивобретение относ.ится к области приборостроения, а именно к устройствам, преобразования механических величин в электрические. Известны датчики давления, содержащие упругий элемент и индуктивный преобразователь перемещения в электриче- кое напряжение ij . При воздействии на устройство раеличных дестабилизирующих факторов (тем пературьг, изменения амплитуды, частота и формы кривой напряжения питания, внещних магнитных полей, старения материалов и др.) в трансформаторном преобразователе имеют место изменение нуля вы ходной характеристики (аддитивная погрешность ) и изменение крутизны выходной характеристики (мультипликативная погрешность). Наиболее близким по технической сущкости и постигаемому техническому э4 фекту к изобретению является устройство для Измерения давления с упругим чувств тельным элементом и дифференциальным трансформаторным преобразователем пеpav eщeния, выполненным в виде магнитопровода с воздушным зазором в котором расположены измерительная катуппса, закрепленная на чувствительном элементе, н компенсационная катушка, закрепленная неподвижно зЗ . В известном устройстве наличие компенсационной катушки, включаемой встречно с измерительной, позволяет исключить аддитивную составляющую погрешность. Мультипликативная составляющая погрешность в известных устройствах имеет место. Однако это устройство имеет недостаточную точность. Целью изобретения является повышение точности устройства за счет исключения как аддитивной, так и мультипликативной составляющей погрешности трансформаторного преобразователя. Это достигается тем, что в предлагаемое устройство для Измерения давления, содержащее магнитопровод с воадушны 1 завором и катушкой возбуждения, упругий чувствительный элемент, измерительную и компенсациогшую катушки,, расположенные с противоположных сторон воздушного завора магнитопровода, введены допол нительная катушка, которая установлена неподвижн.о в плоскости воздушного зазора магнитопровода и смещена относитель.но компенсационной катушки вглубь e/iopра на величину хода чувствительного элемента, потенциометр, нуль-орган и электродвигатель, при этом конец дополнительной катушки соединен с концом измерительной и концом компенсационной катушек, а начало потенциометра, соединено с одним концом потенциометра, другой конец которого соединен с началом компенсационной катушки, а щетка соединена с одним входом нуль-органа, другрй вход которого соединен с началом ивмерительнрй катущки, при этом выход нульоргана соединен с обмоткой электродвигателя, вал которого механически связан со щеткой потенциометра. На фиг. 1 приведена конструктивная схема сшисываемого устройства на фиг. 2 и 3 - сечения устройства; на фиг. 4 электрическая схема устройства, Устройство состоит из упругого чувст вительного элемента 1 магнитопровода 2, имеющего воздушный завор; обмотки возбуждения 3f измерительной катушки 4j пружинных токопроврдов 5| компенсационной к.атушки 6, закрепленной неподвижно дополнительной катушки 7, закреп .дяемой неподвижно и установленной в йлоскости воздушного зазора таким обравом, что площадь катушки 7 перекрывает полюс магкитопровоца .2 на величннугмаксИм ального хода чувствительного элемента| потенциометра 8; нуль-органа 9; серводвигателя 10, который через редуктор II связан со щеткой потенциометра 8. Компенсационная 6 и дополнительная 7 катущки установлены с одной стороны завора, измерительная катушка 4 - с другой ; при этом коллпенсационная катушка 6занимает положение, симметричное с из мерити1ьной при положении измерительной катушки, соответстЬувэхцем давлеки ю, равному нулю; допоянител4 ная - соответствующек максимальному измеряемому давлению. Измерительная 4 и дополнительная 7катущки соединены встречно с компенсационной катушкой 6 (см. фиг. 4). Устройство работает следующим образом. При включении обмотки возбуждения 3 в сеть переменного тока в магнитопроводе образуется магнитный поток, который наводит в измерительной, компенсационной и дополнительной катушках напряжения и ;иц; Ьд соответственно. При подаче давления Р упругий чувствительный элемент прогибается и перемещает измерительную катушку 4 вглубь воздушного зазора магнитопровода 2. При этом в измерительной катушке увеличивается напряжение ( U j ) пропорционально измеряемому давлению. В компенсационной катушке наводится напряжение 1)| , равное напряжению в измерительной катушке при . В дополнит льной катушке наводится напряжение Од , равное напряжению в измерительной катушке при максимальном измеряемом давлении. Так Kait катушки. 4-6 и 6-7 соединены встречно, напряжение с катушек 4-6: c-V KНапряжение с катушек 5-7, которым за- : питывается потенциометр 8; n-V. При равенстве напряжений UQ, и U X Ujj( - напряжение между щеткой и началом потенциометра, см. фиг. 1), напряжение На входе нуль- органа 9 равно нулю, и серводвигатель 10 находится в равновесии. При изменении давления нап-, ряжение UQ изменится, и Сбрьодвигатель переместит щетку потенциометра 8 до положения, при котором U(-; - Ug Отметим, что перемещение щетки потенциометра можно осуществлять вручную, фиксируя равенство по индикатору нулевого положения нуль-органа (гальванометру). . (3) где оС - угол поворота шетки потенцнг Из выражений (l) и (З) следует: Ou-Uw . V4 Обозначим: .hic, - текущее значение перемещения чувствительнотп элемента; жах максимш1Ы ог aHeieitHc nefjcмещоиия увстЬйГйльиогп улп-. мента; м , и - напряжения на измерительной и добавочной катушках при их положениях, соответствующих К - крутизна характеристики измерительной катушки;Кд - постоянный коэффициент Ив выражений (б), (б), () получим cL-bl lI iovT lm, Так как 1l пропорционально давлению, то oi.-f (Р). Покажем, что предлагаемое устройство инвариантно к воздействию дестабилизирующих факторов (температуры, напряжения, внешних магнитных полей и др.). Действительно, при воздействии деста билизирующих факторов будет происходит изменение линейных размеров катушек, магнитеттровода, основания устройства и изменения магнитного -потока в воздушн зазоре, что приводит, во-первых, к изме и К А соответственно на неНию N f Д К л и, во-вторых, к изUj4 и UoA СООТ менению ветственно на ±&Ucn J При этом Из выражения (7): ,- JoH- K UK Вследствие идентичности конструкции измерительной, компенсационной и допол- нительной катушек и симметрии их распо ложения в воздушном зазоре, имеют место равенства::. д дио, с учетом выражений (9), (Ю), (ll) из уравнения () oL Формулаизобретения Устройство для измерения давления, содержащее магнитопровод с воздушным зазором и катушкой возбуждения, упругий чувствительный элемент, измерительную И компенсационную катушки расположенные с протйвопопожйых сторон воздушйого зазора магнитопроврда, о т л п ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены допсЛНИтепьная катушка, которая установлена неподвижно в плоскости воздушного зазора магнвиропровода и смещена относительно компейсационной катушки вглубь зазора на величину хода чувствительного элемента, потенциометр, нуль-орган и электродвигатель, при этом конец дополнительной катушки соединен с концом измерительной и ковдом компенсацйойной катушек, нача ло дополнительной катушки соединено с одним концом потенциометра, второй ко1нец которого соединен с началсж компе нсационнрй1:-.катушки, ,а щетка соедине- на с одним входом нуль-органа, другой вход которого соединен с началом дополнительной обмотки при этом выход нульоргана соединен с обмоткой электродвигателя, вал которого механически связан со щеткой потенциометра. Источники информации, ;ярчнятые. во внимание при экспертизе 1. Агейкин Д. :И. Костина Е. Н., Кузнецова Н. Н.Датчики контроля и регулирования, М„ 1965, с. 586, 2,: Авторское свидетельство СССР № 386293, кл/G 01 L 9/10, 1971 (прототип).