Датчик давления с частотным выходом Советский патент 1982 года по МПК G01L11/00 

I

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к датчикам давления с частотным выходным сигналом.

Известен датчик давления с частотным выходом, содержащий резонатор в виде цилиндра, электромагниты возбуждения и съема колебаний, корпус, магниты регулировки начальной частоты колебаний и другие элементы. Измеряемое давление подается в герметичную полость, образованную резонатором и корпусом, в зависимости от величины давления измеряется жесткость резонатора, что приводит к изменению частоты механического резонанса резонатора tO.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является тороидальный резонаторный датчик давления воздушных ударных волн, выполненный в виде сверхвысокочастотного (СВЧ) резонатора с внешним возбуждением и манометрическим элемеиТОМ в виде центрального стержня резонатора.

Под дeйctвиeм измеряемого давления изменяется емкостный зазор между торцом манометрического элемента и торцом второго, неподвижного стержня резонатора, что обеспечивает изменение резонансной длины волны резонатора 21.

10

Недостатком известного устройства является нелинейная зависимость резонансной частоты от величины измеряемого давления из-за использования в качестве информативного па15раметра емкости между торцами стержней

е боЗ

С

(1)

сЛ

М

где S - площадь торца стержня резонатора-,

ff - зазор между торцами; С - емкость между торцами. 393 При стремлении повысить мувствительность и диапазон измеряемых давлений резко возрастает нелинейность зависимости выходного сигнала от величины давления на входе. Цель изобретения - повышение точности преобразования в широком ди апазонё измеряемых давлений. Указанная цель достигается тем, что в устройстве манометрический элемент выполнен в виде сильфона, а подвижный электрод сосредоточенной емкости резонатора выполнен в виде цилиндрического колпачка и закреплен на торце сильфона. На чертеже показано предлагаемое .устройство, общий вид. Устройство содержит корпус 1 с центральным стержнем 2, сильфонный манометрический элемент 3 с цилиндрическим колпачком , элемент 5 подстройки частоты, элементы 6 связи, элемент 7 возбуждения колебаний, погреть резонатора 8. Элементы 1-6 образуют сверхвысокочастотный резонатор с коаксиальноторцевым емкостным зазором, изменяющимся под действием измеряемого давления. Изменение X коаксиального емкостного зазора (f определяется выражениемX f , (2) К К где I|ja«A РО соответственно измеряемое и опорное давления;К - коэффициент жесткости манометрического элемента по осевой линии Соответствующим выбором К. обеспечивается необходимая чувствительность преобразования перемещения X в изменение резонансной частоты

г--х- :

к,

Подставляя (2) в (3),

вь« | ЧВ свою очередь от величины перекрытия «Л зависит емкость коаксиального зазора

(5) In .

W

где GO - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме;

Kj - коэффициент замедления. Очевидно, что при соответствующем выборе соот юшения размеров в резонаторе обеспечивается близкая к линейапишем сЛ в виде (Л сЛр + х, (6) (/Q-- величина перекрытия при начальном значении измеряемого давления Р Е, , дР о - OQ ТГ- одставляя (7) в (5), получаем 2Л€е„к.|) мкость резонатора имеет две соляющиеС С(+ CT-, - емкость между (10) С T. торцами стержнейST Г площадь торца (11) идно что, J1 3ie€od 4Д d Гл Р 4 (Ло-) езонансная частота коаксиального натора может быть определена по жению In -т - индуктив- (14) L ность коаксиального резонатора. осле подстановки выражений (8), и (И) в выражение (13).и презований получаем для вакуумного воздушного заполнения полости натора ной зависимости fpej or Pj, так как . где Рр - опорное давление в полости резонатора. Использование сильфона в качестве стержня коаксиального резонатора поз воляет также снизить размеры датчика при работе на относительно невысоких частотах СВЧ диапазона. Это объясняется тем, что поверхность сильфона служит одновременно замедляющей системой СВЧ резонатора которая обеспечивает снижение резонансных частот колебательных СВЧ систем вследствие снижения скорости распространения волн в резонаторе. Добротность резонаторов с замедляющей системой достигает значения 10 и выше, что создает предпосылки возбуждения с помощью соответствующе го активного прибора СВЧ колебаний с весьма малым выбегом частоты (Ю- - . Практически нелинейность преобразования давления в СВЧ частоту близка к нулю при обеспечении соотношения размеров в соответствии с выраже нием ,4o -f-И- Элемент возбуждения СВЧ колебаний совмещен с конструкцией резонатора таким образом, чтобы обеспечит автоколебания СВЧ в системе СВЧ рез натор - элемент возбуждения СВЧ кол баний. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечить линейное преобразование давления в СВЧ частоту с достаточно высокой чувств тельностью. Наличие замедляющей системы в виде сильфона обеспечивает возможность уменьшения габаритов ройства при работе в низкочастотном участке СВЧ-диапазона. Устройство может быть использовано для измерения давлений с высокой точностью в широком диапазоне в радиотелеметрии для непосредственной передачи информации о давлении в СВЧ диапазоне, в качестве первичного преобразователя цифровых измерителей давления и т.д. Формула изобретения Датчик даапения с частотным выходом, выполненный 8 виде коаксиального резонатора с сосредоточенной емкостью и содержащий корпус, манометрический чувствительный элемент с подвижным электродом, элементы настройки, возбуждения и съема колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования в широком диапазоне измеряемых давлений, в нем манометрический элемент выполнен в виде сильфона, а подвижный электрод сосредоточенной емкости резонатора выполнен в виде цилиндрического колпачка и закреплен на торце сильфона. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №304466, кл. G 01 L 11/00, I960. 2,Варданян В,Р. Тороидальный резонаторный датчик давления воздушных ударных волн. - Приборы и системы управления, 1973f N 11, с. 41-42 (прототип).