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

(54) ДАТЧИК АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЫМ . ВЫХОДОМ

что приводит к увеличению стоимости датчика.

Цель изобретения состоит в повышении чувствительности преобразования измеряемого датчиком Давления в частоту с одновременным снижением стоимости его производства.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в датчике, содер жащем тонкостенный цилиндрический резонатор, по обе :стороны кбторого расположены неподвижные газонепроницаемые экраны, а такжэ элементы систем возбуждения колебаний и съё один из газонепроницаемых экранов выполнен в виде упругого, .а другой жесткого коаксиальных цилиндров, причем поперечное сечение одного из экранов спрофилировано таким образом что он образует с противолежащим экрном (кругового исходного сечения) контактные линии, совпадающие с узловыми меридианами резонатора. Благодаря этому обеспечивается механический контакт/обоих цилиндров с резонатором вдоль узловых меридианов При такой конструкции датчика в сечении, перпендикулярном оси резонатора, в отличие от известной конструкции достигается плавное изменение величины зазоров между поверхностями резонатора и обращенных к ни поверхностями экранов по закону, близкому к синусоидальному (от нулевого зазора вблизи узлового- меридиана до максимального.посередине между двумя смежными узловыми меридианами) Именно благодаря такому профилю зазоров и обеспечивается одновременно как максимальная крутизна характеристики преобразования, так и максимальное подавление возможных побочных резонансов.

Допустимы. две эквивалентные конструктивные схемы построения предлагаемого датчика: одна - когда жестки цилиндр расположен внутри резонатора а упругий снаружи, и другая - когда упругий цилиндр расположен внутри резонатора, а жесткий - снаружи.

На фиг.1 изображен общий вид варианта конструкции датчика, в которой жесткий цилиндр расположен внутри резонатора и имеет круглое поперечное сечение; на фиг.2 - общий вид варианта конструкции с таким же расположением жесткого цилиндра, имеющего однако поперечное сечение подушкообразной формы; на фиг.З общийвид варианта конструкции, Та KotopoM жесткий ц;йлйндр круглого сечения охватывают резонатор снаружи, на фиг.4 - схема системы самовозбуждения датчика.

Вариант конструкции датчика (фиг.1) устроен следующим образом. Узел чувствительного элемента (УЧЭ), .осуществляющий преобразование из|мёрЯёйбго давления в частоту, соетоит из трех деталей I жесткого цилиндра 1,изготовленного,например, из керамики и являющегося основанием УЧЭ, тонкостенного цилиндрического резонатора 2, представляющего собой отрезок тонкостенной трубки постоянного сечения, имеющего в свободном состоянии форму правильной окружности, и упругого цилиндра 3, форма поперечного сечения которого всвобоном состоянии близка к квадрату со скругленными углами, причем размеры этой фигуры таковы, что если в нее впирать окружность, то радиус этой окружности будет меньше, чем радиус окружности, описанной вокруг сечения жесткого цилиндра 1. Если через Пэ обозначить периметр поперечного сечения внутренней поверхнЬсти внешнего экрана, Пр - периметр поперечного сечения внешней поверхности резонатора. Пр., - периметр поперечного сечения внутренней поверхности резонатора и, наконец Пд.; - периметр поперечного сечения внешней поверхности внутреннего экрана, то между указанными велич.инами вьвдерживаются еле-дующие приближенные соотношения:

5-.

.(2)

Толщины h , hp и h,y жесткого цилиндра 1, резонатора 2 и упругого цилиндра 3 соответственно также должны удовлетворять приближенным соотношениям:

(3)

.

Узел чувствительного элемента заключен в защитный корпус, состоящий из цилиндрического кожуха 4 с отбортовкой 5, переходной установочной втулки 6 и крышки 7с отверстием 8 цля присоединения штуцера (на фиг.1 он не показан), через который измеремое давление с помощью отверстий во втулке б подводится к УЧЭ. На внутреннюю поверхность жесткого керамического цилийдра 1 наносятся электроды 9 и 10 емкостных систем возбуждения колебаний резонатора И съема выходного сигнала.

УЧЭ соединяется с корпусными деталями Датчика с помощью вакуумплотных сочленений 11-и 12 (сварка, пайка твердыми пРипоями). Подобным же сочленением 13 соединяются между собой и корпусные детали 4, 6 и 7. ,С помощью электрических выводов 14 датчик.включается в схему системы самовозбуждения, два варианта которой (для случаев наружного и внутреннего . Положений жесткого цилиндра 1) изображены на фиг.4.

На фиг.2 изображен еще один вариант конструкции предлагаемого дат чика, отличающийся от первого лишь тем., что поперечное сечение жесткого цилиндра 1 имеет форму, близкую к форме квадрата со скругленными углами, а резонатор 2 и упругий цилиндр 3 в свободном состоянии имеют круглое селение. V . - . На фиг.З показан вариант констру ции, в котором жесткий цилиндр 1 ра положен снаружи резонатора 2, а упр гий цилиндр 3 - внутри него. При эт жесткий цилиндр 1 играет одновремен но и роль защитного кожуха прибора, благодаря чему уменьшается общее ко чество деталей датчика. С обоих тор цов жесткий цилиндр 1 закрывается крышками 15 и 7, причем в крышке 7 делается отверстие 8 для присоедине ния штуцера (который на чертеже не показан). Как жесткий цилиндр 1, так и резонатор 2 в свободном состЬянии имеют в поперечном сечении форму правильных окружностей, а упругий . цилиндр 3 - форму, близкую к квадрату со скругленными краями. В всех описанных здесь вариантах конструкций применены емкостные системы возбуждения и съема, хотя в принципе возможно и использование этих систем иных типов. Любой из рассмотренных выше вари антов датчика работает следующим образом. С выводов от электродов съема 9 сигнал поступает на вход электронного блока системы самовозбуждения (ЭБСС) 17 и далее на выводы, соединенные с электродами 10 системы возбуждения колебаний резонатора 2. В совокупности с резонатором 2 электроды 9 и 10 и блок 16 образуют электромеханическую автоколебательную систему, частота колебаний которой близка к собственной частоте изгибных колебаний резонатора. С изменением измеряемого давления, а следовательно, и упругости газа в зазорах между резонатором 2 ицилиндрами 1 и 3 изменяется также и собственная частота изгибных колебаний резонатора. Использование описанного датчика обеспечивает достижение предельной крутизны характеристики, потенциально возможной для датчиков этого типа, и снижение стоимости изготовления таких датчиков. Формула изобретения Датчик абсолютного давления с частотным выходом, содержащий цилиндрический, резонатор, газонепроницаемые экраны, расположенные по обе стороны резонатора, и системы возбуждения и съема колебаний, отличающийся тем, что,.с целью повышения чувствительности, один экран выполнен в виде упругого, а другой жесткого цилиндров, расположенных коаксиально, причем поверхности экранов и резонатора соприкасаются по пиниям узловых меридианов резонатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №181848. кл. G 01 L 11/00, 1965. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2598873/18-10, кл. G 01 L 11/00, 30.03.78 (прототип) .

ч:

««с

ri I I -I « «- - J

N

e4j

t5

t- Q

iS

Т

9 2 }в

16