Частотный датчик давления Советский патент 1980 года по МПК G01L11/00 

1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может найти применение в устройстве барометров.

Известен датчик с частотным выходным сигналом для измерения барометрического давления, содержащий в качестве преобразователя резонатор в виде колеблющейся струны, растягиваемой двумя связанными с ее концами сильфонными вакуумными камерами, укрепленными на жестком основаНИИ .

Недостаток этого датчика состоит в том, что он имеет малую чувствительность, так как диапазон его рабочего давления в несколько раз меньще атмосферного давления, создающего начальное натяжение резонатора. К тому же характеристика такого струнного датчика недостаточно стабильна во времени из-за несоверщенства заделки концов струны.

Наиболее близким к изобретению является известный датчик, содержащий два рычага, выполненных за одно целое с соединяющими их поперечной траверсой и резонатором и соединенных между собой по концам посредством упругих систем, в качестве которых применены сильфоны, В которые подается разное давление 2.

Однако этот датчик не обладает достаточной точностью в барометрическом диапазоне.

Цель изобретения - повышение точности датчика.

Эта цель достигается тем, что упругая система со стороны резонатора состоит из двух стержней, выполненных как одно целое с рычагами и стянутых между собой с преднатягом.

На чертеже изображен частотный датчик, общий вид.

Частотный датчик давления содержит два рычага 1, соединенные жесткой поперечной траверсой 2 и стержневым резонатором 3, сильфон 4, два стержня 5, болт с гайкой 6, основание 7, адаптер 8, возбудитель 9 колебаний 8, усилитель 10 и кожух 11.

Концы стержней снабжены бобыщками и стянуты болтом. При этом выбирается зазор между бобышками Л и стержни остаются в напряженном состоянии. Чтобы сохранить силу затяжки неизменной в различных температурных условиях, все детали болтового соединения и упругий элемент выполнены из соседних частей одного прутка, (поковки); это обеспечивает для их

материала близкие значения коэффициентов линейного расширения. Соединениебо- бышек может быть осуществлено и другими устройствами, а также сваркой.

Капсюли адаптера и возбудителя колебаний несколько разнесены, чтобы уменьшить связь их магнитных полей.

Адаптер соединен с входом, а возбудитель - с выходом полупроводникового усилителя и образуют автоколебательный контур, задающим элементом которого служит стержневой резонатор, совершающий поперечные колебания на основной форме.

Датчик работает следующим образом.

Атмосферное давление, воздействуя на сильфоннУ ю , создает сжимающее камеру усилие, передаваемое на плечо а рычагов. Это усилие включает в себя «баластную нагрузку, определяемую атмосферным давлением, численно равным началу барометрического диапазона. Величина этой нагрузки примерно в 7 раз больше рабочей, создаваемой давлением в барометрическом диапазоне.

На противоположном плече рычагов также действует CHjfa со стороны упругих стержней за счет деформации каждого из

Д

них на величину -. Варьируя жесткостью

и зазором А, усилие от стержней подобрано таким, чтобы уравновесить действующую на рычаг «баластную нагрузку, передаваемую сильфонной камерой. При выборе размеров стержней также учитывалось, чтобы напряжения в них были менее 20 кгс/мм благодаря этому обеспечивается постоянство уравновешивающей нагрузки во времени.

При такой схеме от сильфонной камеры на резонатор передается только рабочая нагрузка, которая с учетом передаточного

отнощения рычагов - трансформируется в Ь

натяжение резонатора. При этом увеличение натяжения, связанное с возрастанием

атмосферного давления, приводит к повышёнию частоты поперечных колебани-й резонатора, а следовательно, и частоты автоколебательного контура. Таким образом, частота .выходного сигнала датчика находится в однозначной функциональной зависимости от измеряемого давления в Оределах барометрического диапазона. Частота при,этом изменяется от значения /о,при

котором натяжение резонатора близко к нулю, до 1,3 /0. На этом участке характеристики чувствительность датчика к измеренному давлению наибольшая, а максимальное напряжение в резонаторе с начальной

частотой 6000 Гц не превышает 20 кгс/мм. Датчик описанной конструкции соответствует классу точности 0,25, чего требует

применение в автоматизированных измерительных комплексах стендов для испытаНИИ энергетических установок, характеристики которых рассчитываются с учетом фактического значения барометрического давления.

Формула изобретения

Частотный датчик давления, содержащий два рычага, выполненных за одно целое с соединяющими их поперечной траверсой и резонатором и соединенных между собой по концам посредством упругих систем, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, упругая система со стороны резонатора состоит из двух стержней, выполненных как одно целое с рычагами и стянутых между собой с преднатягом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Новицкий В.. П., Кноринг В. К., Гутянинова В. С. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л. «Энергия, 1970, с. 124, рис. 5-1, 3, с. 158.

2.Авторское свидетельство СССР №318840, кл. G01L 11/00, 1970 (прототип).