Датчик давления с частотным выходом Советский патент 1980 года по МПК G01L11/00 G08C19/16 

(54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ

Изобретение касается контрольно (измерительной техники и может быть использовано в приборах для йзмере ния давлений жидких и газообразных сред. Известен датчик давлений с частот ным выходным сигналом, в которэм в качестве упругого ч вствительного элемента используется тонкостенный цилиндрический резонатор, в последнем непрерывно возбуждаются изгибные колебания. Собственная частота этих колебаний связана с измеряемой величиной и является выходным параметром 1 . . , Наиболее близким по технической сущности к предложенному являетсзя , устройство имейщее датчик, у которого резонирующий узел представляет собой керамическую трубку обхватывающую резонатор с минимально допустикь&л зазорсхм. На концах этой трубки имеются фланцы, которые соединяются с концами резонатора.с помощью не.разъемных жестких сочленений, причём в зазоре между резонатором и трубкой создается опорный вакуум 2. . Однако в этом устройстве при пере даче механических напряжений меаду корпусом и резонатором, через жесткие сочленения возникают инструментальные ошибки. Цель изобретения - устранение инструментальных ошибок., Это достигается тем, что в предложенном датчике сочленение узла резонатора с корпусом осуществляется с помощью двух сильфонов, установленных по концам узларезонато1 а, а сам резонатор выполнен в видетонкостенной трубы круглого сечения с утолщенияьш йа обоих концах. На фиг.1 изображен узел резонатора, продольный разрез; на фиг.2 - резонатор; на фиг.З - датчик; на фиг.4 - то же, сечение А-А на фиг.З; на фиг.5 - электрическая схема датчика. I Наиболе е .ответственным узлом предложенного датчика является узел резонатора. Несущим силовым элементом этого узла является трубка 1 с фланцами 2 и 3, изготовленная из вакуумплотного Диэлектрика (на-. пример из керамики типа 22 ХС) .Трубка 1 соединяется с пер.ехрдными втулйами 4 и 5 с помощью неразъемных ваку плотных плоских фланцевых сочленений 6 и 7 (например, путем пайки

717581

твердым припоем), плоскости которых перпендикулярны оси узла. Переходные втулки 4 и -5 изготавливаются йэ металла, образующего соглабова нный спай с диэлектриком, из которог сделана трубка 1, В случае применения керамики 22 ХСтаким металлом является , например, ковар. Каждая ИЗ переходных втулок 4 и 5 имеет п6 два цилиндрических участка разных радиусов с кольцевым уступом между ними. По плоскостям этих уступов и осуществляются сочленения переводных втулок 4 и 5 с трубкой 1, Диаметры цилиндрических участко втулок ,4 и 5, в которые входят фланщл 2 и 3, таковы, что между боковыми поверхностями втулки и фланца остается зазор 8, превыщающий технологический допуск на несоосность этих деталей. Внутри , диэлектрической трубки 1 смонтироBiaH тонкостенный цилиндрический резОнатор 9, представляющий собой проточную тонкостенную трубу круглОго.сечения, на обоих концах которой имеются утолщенные установочные пояски 10 и 11. С целью обеспечения -технологичности детали уступ 12, за счет которого образован утолщенный поясок 10, расположен ;на внутренней поверхности резона;тора., а уступ- 13, за счет которого образован второй утолщенный поясок -Ц, расположен на внешней поверхности резонатора. Посадочные поверхности утолщенных установочных поясков 10 и 11 резонатора 9 совмещаются с соответствующими посадочными поверхностями 14 и 15 переходных втулок 4 и 5 и соединяются с нймй с пОмОщью неразъёмных вакуумплотных сочленений 16 и 17. При сборке узла резонатора в зазоре 18 между внешней поверхностью резонатора 9 и внутренней поверхностью диэлектрической трубки 1 создается опорный вакуум. С этой целью можно, н&пример, в качестве заключительной сборочной операции выполнять сочленение 16 или 17 путем электроннолучевой сварки, автоматически обеспечивающей. создание необходимого вакуума в зазоре 18. Для соединения узла рейонанса с корпусом да;тчика, а также для подвода 1кон р°олйруе;мЬЙ средывнутрь резонатора служат .сильфоны 19 и 20. С помощью неразъемных вакуу отлотных сочленений 21-24 эти сильфбны с одной стороны соединены с охватывающими фланцы 2 и 3 цилиндрическими участками переходных втулок 4 и 5, а с другой - с оконечными втулками 25 и 26, внутри которых имеются резьбовые отверстия 27 и 28 В случае, когда контролируемая среда,заполняющая резонатор, не должна обновляться, в резьбовое от;верстие одной из оконечных втулок

(например втулки 25) ввинчивается заглушка 29, а в резьбовое отверстие другой оконечной втулки 28 -ввинчивается штуцер 30 для сообщения резонатора 9 с контролируемой средой, 5 Если же заполняющая резонатор контролируемая с должна непрерывно (или периодически) обновляться, то в оба резьбовых отверстия ввинчиваются штуцерьГ 30, один из которых

Q является в этом случае подводящим, а другой - отводящим. В цилиндрическом корпусе 31, изготовленном из магнитомягкого ферромагнетика (низкоуглеродистая сталь, спла„ |вы) f вокруг узла 32 резонатора размещаются четыре постоянных магнита 33, направления намагничения которых указаны на фиг,4 стрелками. В качестве материала для изготовления этих магнитов рационально использовать анизотропный ферроксдюр (феррит бария) . Между магнитами 33 р асполагаются четыре электрода 34 емкостной системы регистрации колебаний резонатора. Электроды 34 электрически изолированы как один от другого, так и от остальных элементов конструкции с помощью изоляционных прослоек 35, выполняемых в виде диэлектрических покрытий на электродах 34,

D либо на магнитах 33. Корпус 31 закрыт с обоих концов крышками 36 и 37 из диэлектрика, в центральных отверстиях которых крепится оконечные втулки 25 и 26 узла резонатора.

5 Соединение крышек 36 и 37 с корпу- / сом 31 датчика и с оконечными втулками 25 и 26 узла 32 резонатора может осуществляться, например, с помощью паяных швов 38-40. В крышке 36 имеются четыре гермоввода 42,

через которое осуществляется включение электродов 34 в электрическую схему датчика. Элементы системы самовозбуждения - постоянные магниты 33 и электроды 34 крепятся

5 на узле 32 резонатора (вокруг его центрального цилиндрического участ ка) с помощью трубчатой пружины 43. Четыре постоянных магнита 33 создают в области, где расположен ре-

0 |зонатор 9, квадрупольное магнитное поле, направление силовых линий которого указано стрелками на фиг. 5. Один конец резонатора 9 соединен с ВЫХОДОМ дифференциального усилителя

t ;44 системы самовозбуждения , а другой - с ifopnycoM датчика и далее с

общим проводом (землёй) всей схемы. Накрестлежащие пары электродов 34 соединяются между собой и через высокоомные сопротивления 45 подключаются к источнику 46 постоянного напряжения Uo, а через раздельные конденсаторы 47 - к входам дифференциально го усилителя 44. Входы диф.фере.нциального усилителя 44 шунтируются построечными сопротивлениями 48,

Датчик, работает следуюедим образом.

При подаче измеряемого давления (внутрь резонатора 9 в нем возникают растягивающие механические напряжения, однозначно определяющие собственную частоту низшей формы его иэгибных колебаний. В совокупности с электронным блоком системы самовозбуждения датчик образует электромеханическую автоколебательную систему, частота которой близка к собственной частоте колебаний резонато 9, При колебаниях резонатора 9 изменяются емкости, образуемые резонйтором с электродами 34, в результат чего, на электродах возникает переменный электрический сигнал, частота которого равна частоте колебаний резонатора. Через разделительные конденсаторы 47 этот сигнал ftoступает на входы дифференциального усилителя 44, С выхода этого усилителя усиленный сигнал подается на резонатор 9, обусловливая тем саным протекание через резонатор переменного тока в осевом направлении. При взаимодействии этого тока с квадрупольным магнитным полем возникает система приложенных к,резонатору пондеромоторных сил, поддерживающих его незатухающие колебания на частбте близкой к частоте низшей изгиб-, ной формы. Разделительные конденсаторы 47 введены в схему для предохранения усилителя 44 от попадания на его входы относительно высокого постоянного напряжения U от источника 46. Подстроечные сопротивления 48, шунтирующие входы усилителя 44, предназначаются для точной фазовой подстройки системы самовозбуждения.

0

Формула изобретения

Датчик давления с частотным выхо-. дом, содержащий корпус, систему возбуждения и узел резонатора с

5 цилиндрическим полым резонатором, о. тличающийся тем, что, с целью устранения инструментальных ошибок, сочленение узла резонатора с корпусом юсуществлено с помощью

0 двух сильфонов, установленных По концам узла резонатора, а сам резонатор выполнен в виде тонкостенной трубы круглого сечения с утолщениями на обоих концах.

Источники информации,

5 принятые во внимание при экспертизе

по заявке № 2530781, кл. G 01 L 11/00,

0 1977 (прототип) .

1

Фег.}

717581

Wк

3S

J3 IS

k2

Фие.З Л-Л

JJ

г

3

5f

1-3