Датчик давления с частотным выходом Советский патент 1981 года по МПК G01L11/00 

(54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЬМ ВЫХОДОМ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано о всех отраслях народного хозяйства для измерения давления жидких и газообразных сред.

Известны датчики давления с частотным выходом, предназначенные для измерения давления жидких и газообразных сред, в которых в качестве первичного измерительного преобразователя используется упругий резонатор с тонкостенным цилиндрическим активным участком (1.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик давления с частотным выходом, содержащий первичный измерительный преобразователь в виде упругого резонатора с тонкостенным 11илиндрическим активным участком,,закрепленный внутри корпуса и разделяющий его на.два объема, а также элементы систем возбуждения и съема колебаний резонатора 2.

Однако этот датчик непригоден для измерения давления выше 40 МПа, поскольку при воздействии на резонатор высоких давлений в его стенках возникают недопустимо большие механические напряжения, приводящие к его разрушению.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых давлений.

Указанная цель достигается тем, что один из двух объёмов заполнен жидкостью и герметизирован, а другой сообщен с контролируемой средой.

Более значительное увеличение верхнего предела диапазона измеряемых давлений достигается-путем вве10дения между объемами, разделенными стенкой резонатора, разделителя в виде упругого манометрического элемента, прикрепленного к торцу резонатора.

15

Система самовозбуждения выполнена емкостной, а герметизированный объем, в котором размещены электроды этой системы, заполнен жидким диэлектриком.

20

На фиг. 1 изображены конбтруктивные схемы датчика с подводом измеряемого давления внутрь резона тора; на фиг. 2 - конструктивные схемы

25 датчика с подводом измеряемого давления к внешней поверхности резонатора на фиг. 3 - датчик, общий вид одного из возможных вариантов конструкции; на фиг. 4 - сечение А-А

30 на фиг. 3.

Датчик (фиг. 1)с подводом измеряемого давления внутрь резонатора содержит силовой корпус 1, упругий резонатор 2 с тонкостенным цилиндрическим активным участком, жесткое ,днище 3 резонатора, объем 4, -граничащий с внешней поверхностью резонатора, внутренний объем 5 резонатора, дополнительный упругий разделитель 6 в виде сильфона, разделяющий внутренний объем резонатора и объем, граничащий с его наружной поверхностью, входной упругий разделитель 7.

Наиболее простым вариантом конструктивной схемы предлагаемого датчика с подводом измеряемого давления внутрь резонатора является вариант а В этом случае объем 4, граничащий с внешней поверхностью 2, сплошь заполняется жидкостью под некоторым началным давлением Р. Если в датчике, построенном в соответствии с конструктивной схемой этого варианта, подают измеряемое давление внутрь резонатора, то последний, деформируясь, сжимает жидкость, контактирующую с его внешней поверхностью. При этом давление указанной жидкости увеличивается, в результате чего изменение разности давлений, воздействующих на внутреннюю и внешнюю поверхности резонатора, будет меньше, чем изменение самого измеряемого давления. Именно этот эффект и позволяет в данном сдучае использовать тонкостенный резонатор для измерения относительно больших давлений. Более отчетливо этот эффект проявляется, если между внутренним объемом резонатора и объемом, граничащим с его наружной поверхностью, вводят (фиг.16) дополнительный упругий разделитель б типа сиЛьфона(или мембраны). Однако оба этих варианта (а и б) конструктивных схем имеют значительные температурные погрешности, парировать которые можно, например, путем термостатирования соответствующих датчиков. Другой путь снижения температурных погрешностей датчиков этого типа состоит в заполнении внутренней полости резонатора жидкостью с последукнцей герметизацией этой полости с помслцью входного упругого разделителя 7 (фиг 1 в,г). В этом случае подбор жидкостей (по их 1 озФФициентам температурного расширения) и параметров (жидкостей и эффeIfтивныx плсндадей) используемых разделителей позволяет в приципе полностью компенсировать температурную погрешность датчика в определенном интервале диапазона его рабочих температур.

Кроме вариантов конструктивных схем датчика с°подводом измеряемого давления внутрь резонатора возможны также и такие, в которых измеряемое давление подводится к внешней поверхности резонатора (фиг. 2). По принципу действия и по основным конструктивным особенностям схемы, изобращенные на фиг. 2, аналогичны соответствующим схемам на фиг. 1. Разница между ними состоит главным образом в том, что если в схемах на фиг. 1 частота собственных колебаний резонатора с увеличением измеряемого давления увеличивается, то в схемах на фиг. 2 эта частота при тех же условиях уменьшается. Входной упругий разделитель 7 выполнен в форме мембраны (в отличие от разделителя 7 в-форме сильфона на фиг. 1).

В прочном силовом корпусе (фиг.З) образованном цилиндрическим стаканом 8 и крышкой 9 с отверстием 10 для подвода измеряемого давления, монтируется узел резонатора, включающий в себя упругий резонатор 11 с тонкостенным цилиндрическим активным участком 12, охранными кольцевыми утолщениями 13 и утолщенными установочными (монтажными) пояаками 14, корпус 15 узла резонатора с кольцевыми выступами 16, служащими для крепления резонатора, входной упругий разделитель в виде сильфона 17 с крышкой 18, дополнительный упругий разделитель в виде сильфона 19 с крышкой 20. Корпус 15 узла резонатора своими кольцевыми выступами 16 жестко соединяется с установочными поясками 14 резонатора 11 посредством вакуумплотных сочленений 21, например, с помощью сварных или паяных швов. Входной сильфон 17 и дополнительный сильфон 19 с помощью вакуумплотных сочленений 22 и 23 закреплены иа кольцевых уступгис корпуса 15 узла резонатора. Собранный узел резонатора с помощью вакуумплотного сочленения 24 монтируется в крышке 9 корпуса прибора, в котором имеется отверстие 10 для подвода измеряемого давления. Крышка 9 в свою очередь соединяется с прочным цилиндрическим стаканом 8 с помощью вакууплотного сочленения 25. В днище цилиндрического стакана 8 смонтированы гермовводы 26, служащие для включения датчика в электрическую схему системы самовозбуждения. В прямоугольные .окна, профрезерованные в боковой цилиндрической поверхности корпуса 15 узла резонатора, вставлены Керамические вкладыши 27 (фиг.4 на которых располагаются тонкопле- ночные электроды 28 систем возбуждения и съема колебаний резонатора. Оба объема, разделяемые стенкой резонатора 11, а именно объем 29, граничащий с внешней поверхностью резонатора, и объем 30, граничащий с внутренней поверхностью резонатора, сплсяаь заполнены жидкостью под некоторым начальным давлением и герметизированы. При подводе измеряемого давления внешней поверхности входного сильфон 17 последний,деформируясь, передает &ГО давление жидкости, заполняющей внутренний .объем 30 резонатора, которая в свою очередь через дополни тельный сильфон 19 передает его жидкости, заполнйкицей внешнюю камеру 29 ,В результате разность давлений, воздействующий на внешнюю и внутреннюю стенки резонатора изменяется на ве личину намного меньшую, чем величина измеряемого давления. Использование предлагаемого изобретения позволит без промежу;точного преобразователя получать в частотной форме информацию об относительно высоких давлениях (до 1000-2000 МПа). Формула изобре1 ения 1. Датчик давления с частотным выходом, содержаний первичный изме- рительный преобразователь в виде упругого резонатора с тонкостенным дилиндрическим активным участком, закрепленный внутри корпуса и разделяющий его на два объема, а также элементы систем возбуждения и съема колебаний резонатора, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых давленнй, один из двух объемов заполнен жидкостью и герметизирован,а другой сообщен с контролируемой средой. 2.Датчик по п. 1, о т л и ч а гоад и и с я тем, что в нем меясду объемами, разделенными стенкой резонатора, введен разделитель в виде упругого манометрического элемента, прикрепленный к торцу резонатора. 3.Датчик по п. 1, отлича-ю щ и и с я тем, что в нем система самовозбуждения выполнена емкостной,. а герметизированный объем, в котором размещены электроды этой системы, заполнен жидким диэлектриком. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 473072, кл. G 01 L 11/00, 1973. 2. Авторское свидетельство СССР 584621, кл. G 01 L 11/00, 1970 (прототип).

Пм|1 lll/ I I || I jlч: 11

Ii.ITIii iiiJdiiiii :: ;;

Гц I |i I Г / I 11 Ч Ч III/ I Г p I Ч ||/ПТ

|г J jJ-ili и ii i/iiiii:i ч l/ii ,1

III3 МИНИН ПНИ

ini ||l|lll | ciJ ll

I III 11..1111 III I III 11

,4 «o

I I 11/

CV4i

I I L

,

ц

Q.

Ш«(

I I U4 I I I I I I I 1 I I I I и I I , J I I I I 1 I . lllll I

I 1| I 1 I 1 I I - I I I I I I I

J I i

,

и 111: I, I IM 11111 ii 1.1 J ( I I M I I и I 11 I I 11 ; I,

lililililiil/lliilliii

i4Tiilii

1 I 11 и I ; M I, Ilillili : ; I:) и

«ч

/ /

JiliiiHiiiiniTiTi

/ / / /

«M

3

&

/

г /

/

illlllfiil

13

25

(риг. 3

П

28 IS

11

30