Датчик разности давлений Советский патент 1981 года по МПК G01L13/02 

Изобретение относится к контрольн измерительной технике, в частности к датчикам разности давлений, и может быть использовано для измерений разности давлений с высокой точность в аппаратуре применяемой в устройствах автоматического контроля и регулирования. Известен датчик разности давлений обладающий высокой точностью измерения, в котором гермовывод приемного узла содержит торсионный элемент, выполненный в виДе центрального стер ня и трубки, один конец которой укреплен в корпусе приемного узла, при чем для повьппения точности преобразования трубка таким образом соединена с мембраной, воспринимающей перепад давлений, что при наличии перепада давлений трубка, а вместе с ней центральный стержень поворачиваются на угол, пропорциональный перепаду давлений СО Однако приемный узел такого дифференциального датчика давления имеет недостаточно высокую точность из-за наличия погрешности от статического давления, действующего на разделительный элемент трубки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик, содержащий размещенный в герметичном корпусе чувствительный элемент, взаимодействующий с торсионным элементом, вращающимся вокруг своей оси, выведенным наружу относительно корпуса и вьшолненным в виде центрального стержня и трубки. Повышение точности в этом датчике достигается за счет снижения погрешности от статического давления, так как действие статического давления не приводит к повороту стержня вокруг своей оси С 23. Однако известный датчик имеет недостаточно высокую точность из-за. воздействия дополнительного усилия на разделительный элемент { торсионную трубку от статического давления) ,Так как вследствие технологических допусков трубку невозможно изготовить абсолютно равной по диаметру и длине, то под действием статического давления она деформируется неравномерно, что приводит к поворот ным перемещениям центрального стержня вокруг мест заделки, что при присоединении к нему преобразователя дает дополнительную погрешность. Кроме того, из-за действия статичес кого давления на торцовую поверхность трубки происходят линейные перемещения центрального стержня вдоль его оси, что при присоедине- . НИИ к нему преобразователя также дает дополнительную погрешность. Цель изобретения - повышение точ ности измерения разности давлений при действии высокого, уровня статич кого давления. Эта цель достигается тем, что в датчике разности давлений торсионны вывод вьшолнен в виде стержня, коак сиально размещенного в трубке и дес ко связанного с ней в центральной части, при этом оба конца стержня выведены за пределы корпуса, соедин ним жестко посредством радиально расположенных относительно стержня плоских пружин, а между собой - с помощью коромысла, центральная част которого связана с преобразователем перемещения в электрический сигнал. Такое конструтстивное исполнение датчика обеспечивает поворот цент™ рального стержня вокруг своей оси, пропорциональный измеряемой разност давлений, и уменьшает перемещение центрального стержня вдоль его оси и вокруг мест заделки на стенках корпуса, обусловленные действием оп тического давления. Вьшолнение торсионного элемента в виде центрального стержня и трубк жестко связанных между собой в цен ральной части, позволяет уменьшить линейные перемещения центрального стержня вдоль его оси из-за компенс и;ии усилий, возникающих на противоположных торцовых поверхностях трубки. Соединение выведенных наружу ко цов центрального стержня с корпусом посредством радиально расположенны плоских пружин и объединение этих концов с помощью коромысла позволя исключить поворотные перемещения центрального стержня вокруг мест заделки, которые возникают из-за разной толщины стенок трубки по диаыетру и длине. Радиально расположенные относительно центрального стержня плоские пружины имеют малую жесткость при повороте стержня вокруг своей оси, что обеспечивает передачу полезного усилия от чувствительного элемента к преобразователю и значител1ьную жесткость к другим перемещениям, возникающим при действии статического давления, что обеспечивает снижение погрешности от действия статического давления. На фиг.1 схематично представлен предлагаемый датчик, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.1. Датчик содержит герметичный корпус 1, чувствительный элемент 2 (например, сильфон торсионный элемент, состоящий из центрального стержня 3, размещенного внутри трубки 4, Выведенные наружу оба конца центрального стержня 3 соединены с корпусом 1 с помощью радиально расположенных относительно центрального стержя плоских пружин 5 и 6 и объединены помощью коромысла 7. между центральной частью которого и корпусом датчика установлен преобразователь 8, например вйброчастотный. Центральный стержень 3 выполнен за одно целое с трубкой 4 по технологии, обеспечиванлцей максимальное равенство торцовых площадей противоположных концов трубки, скрепленных с корпусом 1, например, с помощью герметичной сварки. Радиапьно расположенные относительно центрального стержня плоские пружины конструктивно выполнены с помощью колец, внутреннее из которых приваривается к центральному стержню, а внешнее - к герметичному корпусу 1 датчика, причем оба кольца соединены между собой с помощью радиально расположенных относительно стержня плоских пружин5 и 6, которые выполнены за одно целое с кольцами с помощью элект)оискровой обработки. Перемещение чувствительного элемента 2, пропорциональное разности давлений, передается наружу герметичного корпуса 1 с помощью рычага 9, выполненного за одно целое с центральным стержнем 3. Вращающий момент центрального стержня передается на преобразовател вибрационно-частотного типа с помощью коромысла 7, Вибрационно-частотный преобразователь вьшолнен в виде упругой перемычки 8 прямоугольного сечения. Предлагаемый датчик работает следующим образом, В сильфон подается динамическое давление, а в герметичный корпус 1 статическое. При статическом давлении, равном нулю 0 , и динамическом давлении Рд ЛР д еформация сильфона, пропорциональная tiP, приводит во вращательное движение центральный стержень 3, который вместе со связанной с ним трубкой 4 и рычагом 9 поворачивается на некоторый угол, пропорциональный ходу сильфона Радиально расположешше относительно центрального стержня 3 плоские пружины 5 и 6 работают на изгиб при . кручении центрального стержня, сильфон динамического давления + дР на чувствитепьньй элемент дейст вует перепад давлений R , и его деформация, равна деформации , сильфона в предыдущем случае, аналогичным образом передается к лреобраз вателю В. Статическое давление также

|Цействует на трубку 4 и вызывает ее деформацию, что однако не приводит к дополнительной погрешности от статического давления.

Это объясняется тем, что линейный перемещения центрального стержня вдоль его оси, которые, передаваясь на преобразователь, вызывающие дополнительную погрешность от статического давления, сведены к минимуму в виду того, что торсионный элемент выполнен в виде центрального стержня и трубки, жестко связанных между собой в центральной части, что обеспе- чивает равенство площадей противопо1

ня выведены за пределы корпуса, соединены с ним жестко посредством радидльно расположенных относительно стержня плоских пружин, а между собой - с помощью коромысла, центральная часть которого связана с преобразователем перемещения в электрический сигнал.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР №354305, кп. G01L. 19/02, 1972.

2,Измерение, контроль, автоматизация. № 3, 1977, с.39 (прототип). ложных торцовых поверхностей трубки. Кроме того, поворотные перемещения центрального стержня, вызванные влияtt нием статического давления, ограничены, так как часть радиально расположенных плоских пружин (3 которых закреплен центральный стержень) работает на растяжение-сжатие, Поатому -Перемещения центрального стержня вокруг мест заделки, которые, передаваясь на преобразователь вызывают дополнительную погрешность от статического давления, сведены к минимуму, что, в свою очередь, приводит также к уменьшению погрешности от статического давления, до 0,2%. Формула изобретения Датчик разности давлений, содержащий герметичный корпус, в котором размещен упругий чувствительный злемент, соединенный с торсионным выво дом, связанным с преобразователем перемещения в злектрический сигнал. отличающийся тем, что. с цепью повьш1ения точности измерения разности давлений, в нем торсионный вывод выполнен в виде стержня, коаксиально размещенного в трубке и яестко связанного с ней в центг альной части, при этом оба конца стерж