Датчик давления

Датчик давления

Реферат

 

Использование: изобpетение относится к контpольно-измеpительной технике, может быть использовано в системах измеpения давления и позволяет повысить точность измеpения и вpеменную стабильность датчика. Сущность изобpетения: датчик содержит тонкостенный цилиндрический резонатор и расположенный внутри него стержень с электромагнитными катушками системы возбуждения и регистрации колебаний соответственно. Резонатор заключен в цилиндрический корпус из магнитомягкого материала, между ними образована герметичная полость опорного давления. Напротив полюсов электромагнитов в одной с ними плоскости расположены кольца из магнитного материала с высокой точкой Кюри, которые крепятся к корпусу через прокладки из немагнитного материала. Рабочая полость датчика между резонатором и стержнем сообщается с входным штуцером. Отношение внутреннего диаметра колец к диаметру резонатора находится в пределах от 1,05 до 1,11. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в системах измерения давления повышенной точности. Целью изобретения является повышение точности и временной стабильности датчика. На фиг. 1 приведена конструкция датчика; на фиг.2 зависимость амплитуды выходного сигнала от соотношения диаметров колец и резонатора. Виброчастотный датчик давления содержит тонкостенный цилиндрический резонатор 1 и расположенный внутри него стержень 2 с электромагнитными катушками 3 и 4 системы возбуждения и регистрации колебаний соответственно. Резонатор 1 заключен в цилиндрический корпус 5 из магнитомягкого материала, между ними образована герметичная полость 6 опорного давления (вакуума). Напротив полюсов электромагнита 4 системы регистрации колебаний в одной с ними плоскости расположено кольцо 7 из магнитного материала с высокой точкой Кюри, которое закреплено на корпусе 5 с помощью прокладки 8 из немагнитного материала. Такое же кольцо 7 может быть расположено в плоскости полюсов электромагнита 3 системы возбуждения колебаний, также закрепленное на корпусе через соответствующую немагнитную прокладку 8. Рабочая полость 9 у датчика между резонатором 1 и стержнем 2 сообщается с входным штуцером 10. Датчик работает следующим образом. С помощью электромагнитных катушек 3 и 4 системы возбуждения и регистрации колебаний возбуждаются и поддерживаются колебания стенок резонатора 1 на частоте его собственного резонанса. Измеряемое давление через штуцер 10 поступает в измерительную полость 9 и, воздействуя на резонатор 1, меняет его резонансную частоту, величина которой и является выходным параметром датчика. Замыкание магнитного поля катушек 3 и 4 осуществляется частично через стенки резонатора 1 частично через кольца 7, большую долю составляют также поля рассеяния, что объясняется тем, что из-за малой толщины стенок (40-70 мкм) резонатор обладает достаточно большим сопротивлением магнитному потоку, существующему между полюсами каждой электромагнитной катушки. Экспериментальные исследования показали, что эффективность работы электромагнитных катушек в сильной степени зависит от соотношения диаметров резонатора и колец, как это показано на фиг.2. Существует оптимальная величина отношения диаметра кольца D к диаметру резонатора D₁, при которой достигается максимальная эффективность работы катушек, выражающаяся в увеличении полезного выходного сигнала U на катушке регистрации колебаний. При уменьшении или увеличении этой величины эффективность работы катушек ухудшается. Объяснить это можно следующим образом. При увеличении зазора между резонатором и кольцами происходит увеличение суммарного сопротивления для магнитного потока между полюсами катушек, увеличивается доля полей рассеяния, поэтому уменьшается и величина этого потока, а следовательно, и его полезная доля, замыкающаяся через стенки резонатора. При приближении колец, т.е. при уменьшении зазора между ними и резонатором, уменьшается сопротивление магнитному потоку, увеличивается его величина, а следовательно, и полезная составляющая, замыкающаяся через резонатор. Однако, начиная с определенной величины зазора, процесс роста полезного сигнала прекращается и дальнейшее сокращение зазора ведет уже к его уменьшению из-за того, что все большая доля магнитного потока замыкается через кольца, имеющие благодаря своей большой толщине меньшее магнитное сопротивление,чем резонатор. Доля магнитного потока, замыкающаяся через резонатор, уменьшается. Приняв за критерий оптимальной величины эффективности работы катушек уровень 0,7 от максимально возможного, по аналогии полосе пропускания электрических или электромеханических фильтров, у которых эта величина составляет экспериментально было определено, что оптимальное отношение внутреннего диаметра колец D к диаметру резонатора D₁ должно находиться в пределах от 1,05 до 1,11. В описываемом датчике корпус выполняет роль экрана, а кольца, отделенные от него прокладками из немагнитного материала, служат только для повышения эффективности работы электромагнитных катушек. Благодаря этому удается в несколько раз улучшить соотношение сигнал-помеха, что особенно важно при малой величине полезного сигнала, имеющей место при повышенной рабочей температуре, когда начинает размагничиваться материал, из которого сделан резонатор. Для уменьшения зависимости полезного сигнала от температуры материал, из которого изготавливаются кольца, должен иметь точку Кюри значительно выше, чем у материала резонатора. Имеется и еще одно важное преимущество. Магнитные поля каждой электромагнитной катушки замыкаются через разные кольца и поэтому уменьшается их влияние друг на друга, что дополнительно улучшает соотношение сигнал-помеха и позволяет сблизить их геометрически и расположить в центральной части резонатора, там, где амплитуда колебаний его стенок выше, за счет чего их эффективность еще более улучшается. К тому же система возбуждения и регистрации колебаний будет в лучшей степени настроена на возбуждение низшей (рабочей) формы колебаний резонатора, когда вдоль его образующей имеет место одна полуволна, и в меньшей степени на возбуждение более высоких форм колебаний, имеющих 2,3 и более полуволн. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить величину полезного сигнала, в несколько раз улучшить соотношение сигнал-помеха, в том числе и при повышенной температуре, повысить избирательность системы возбуждения и регистрации колебаний на возбуждение низшей (рабочей) формы колебаний резонатора, что в итоге повышает точность измерения и позволяет повысить временную стабильность.

Формула изобретения

1. Датчик давления, содержащий цилиндрический резонатор с тонкостенным рабочим участком, фланцем и дном, помещенный в цилиндрический корпус из магнитомягкого материала, герметично соединенный с фланцем резонатора, систему возбуждения и регистрации колебаний резонатора в виде электромагнитов, расположенных внутри резонатора, а также первое кольцо, выполненное из магнитного материала с высокой точкой Кюри, расположенное напротив полюсов электромагнита системы регистрации колебаний в одной с ними плоскости снаружи резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и временной стабильности датчика, в нем первое кольцо закреплено на внутренней поверхности корпуса через введенную первую кольцевую прокладку, выполненную из немагнитного материала, при этом внутренний диаметр кольца находится в пределах от 1,05 до 1,11 диаметра резонатора. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что он снабжен вторым кольцом, идентичным по конструкции первому кольцу, расположенным напротив полюсов электромагнита системы возбуждения в одной с ними плоскости снаружи резонатора и закрепленным на внутренней поверхности корпуса через введенную вторую кольцевую прокладку, идентичную первой прокладке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины заподдержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 06.06.2010

Дата публикации: 10.12.2011