Датчик давления

Датчик давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Ф=-cA aa

ЗАДQ!!; но у риче нееееб

6кь ."-1яо тфны g = Д

«ФММ»

Союз Советских

Соереалистииесних

Республик

О П И С А Н И Е ац зев то

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено17.05.76 (21) 2360739/10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано25.03.78Бюллетень № 11

2 (5Ц М. Кл, С 01 L 9/04

Государственный нацнтет

Совете Мнннстрев СССР ее делам нэабретеннй н атнрепнй (5З» ygK 531 . 9(088.8) (46) Дата опубликования описания 10,03.78 (72) Авторы изобретения

В. A. Тихоненков, Л. В. Букин и А. И. Тихонов (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение QTHocHTGB к контрольно-измерительной технике и предназначено для измерения быстропеременнык давлений в лабораторных, стендовых и натурных условиях. б

Известны устройства для измерения давлений, основанные на тензорезистнвном эффекте, в которых давление измеряемой среды действует на разделительную мембрану, преобразующую давление в силу (1) . Под дей- )О ствием этой силы деформируется упругий элемент, выполненный в виде заделанного одним торцом тонкостенного цилиндра, деформация которого тензорезисторами преоб разуется в выходной сигнал измерительной 5 с.хамы.

Известны также тензометрические дат.чики давлений, в которых используется упругий элемент в ввиде жестко-заделанного по торцам тонкостенного цилиндра с прило- ро жением силы от измеряемого давления в задней части цилиндра f2) .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик давления, содержащий полый упругий элемент 25

2 с кольцевым выступом в средней части, один торец которого заглушен, а другой упирается в. корпус датчика f3) .

Все эти устройства имеют значительные температурные погрешности при измерении давления <с нестационарными температурными режимами. Это связано с тем, что при неравенстве температур, измеряемой и окружающей, распределение температуры вдоль упругого чувствительного элемента неравномерно. Один его торец, который ближе к измеряемой среде, или воспринимающий измеряемую среду, имеет температуру, близкую к температуре измеряемой среды. Другой торец имеет температуру, приближающуюся к температуре окружающей среды.,Но поскольку тензорезисторы расположены вдоль упругого элемента, они имеют разную темпера- . туру и принципиально компенсация темпераl турных погрешностей в таких устройствах не может быть обеспечена. Наибольшая величина температурной погрешности известных устройств получается при нестационарном температурном режиме измеряемои среды и

s переходном температурном режиме достнгЮ. 3О Ь.

Для повышения точности измерения путем исключения температурных цогрешностей при измерении быстропеременных давлений с неcTRrrNoHBpHbIMH температурными режимами в датчике давления, содержащем корпус, полый упругий элемент с кольцевым выступом посередине полости, симметрично относительно которого закреплены рабочие и компенсационные тензорезисторы, упругий элемент выполнен в виде стакана за одно целое с .корпусом и снабжен фланцем, наружный радиус которого определяется по формуле

hR - vR а расстояние от фпанца до кольцевого выступа, закрепленного неподвижно относительно корпуса, выбрано исходя из соотношения .Я и 2,ЧД К, 20 где )(— внешний радиус цилиндрической части. упругого элемента;

f — относительная деформация цилиндрической части упругoro элемента;

E — модуль упругости материала упругого элемента;

-толщина стенки цилиндрической части упругого элемента;

Р -измеряемое давление;

М -коэффициент Пуассона;

39

2%Ксю

Fl -коэффициент пропорциональности, K e где K m габличный коэффициент прогиба 35 мембраны от распределенной загрузки, зависящий от соотношения ЯIМ, Кии -габличный коэффициент прогиба мембраны от сосредоточенной силы, зависящий от с о отношения к / Я

3< -внутренний радиус цилиндрической части упругого элемента.

На чертеже изображен общий вид датчика давления, разрез.

Датчик состоит из изготовленных за одно целое корпуса 1, фланца 2 и упругого элемента 3, выполненкого в виде стакана

/ 4 с расположенным . посередине его внут ренней полости кольцевым выступом 5, симметрично oTHocHTerlbHD которого закреплены рабочие 6 и компенсационные 7 тензорезисторы упора 8, закрепленного в корпусе 1 прижимной гайкой 9 и штепсельного разьема 10.

Датчик работает следуюшим образом.

Измеряемое давление действует однсл ременно на всю внешнюю поверхность упругоГо элемента н фланца.При этом,так как срединная

7О

4 часть упругого элемента 3 неподвижна относительно корпуса за счет выст па 5, воздействие на заглушенный торец упругого элемента 3 приводит к деформации сжатия одной части упругого элемента, а воздействие давления на фланец 2 — к деформации растяжения другой части. Воздействие давлекич на боковую поверхность упругого weмента 3 исключается выполнением условия > Ж Ь и установкой тензорезисторов 6 па некотором расстоянии х от торцов упругого элемента 3. Это расстояние определяется из условия т

tA(a) à < (caspx "ь п )<щк/ где M(X) -изгибающий момент в поперечном сечении упругого элемента от воздействия внешнего давления Р на боковую поверхность упругого элемента 3; 4, <85

Параметры фланца 2 (толшика и рабочая плошадь) выбирают из условия равенства по абсолютной величине деформаций в обенх частях упругого элемента.

Всвязи с тем,,что температурные погрешности датчика зависят от радиуса кривизны поверхности, ка которую установлены тензорезисторы, радиусы обеих частей упругого элемента 3 выполняют одинаковыми, " а тензорезисторы 6 устанавливают идентично вдоль оси упругого элемента 3.

Компенсация аддитивкой температурной погрешности датчика осуществляется медным сопротивлением 7 (компенсационным тензоре истором) 1 изготовленным аналогично рабочим тензорезисторам 6, которое устанавливается на упругий элемент 3 так же, как устанавливаются текзорезисторы 6.

В предлагаемом датчике все элементы измерительной схемы установлены ка упругом элементе 3, и температура измеряемого давления воздействует на все элементы измерирительной схемы идентично. Поэтому при изменении температуры измеряемой среды происходит идентичное изменение температуры всех элементов 1измерителькой схемы, что дает возможность избавиться от, появления температурных погрешностей, обусловленных нестационаркыми температурными режимами измеряемой среды.

Так как толщина стенок упругого weмента 3 мала (порядка 0,1 мм), температура элементов измерительной сх":.ìû фактически без запаздывакич повторяет температуру измеряемой среды, что позволяет использовать датчик при сравнительно больших скоростях изменения температуры (цри термоударах) .

588170

OHHHflH Заказ 1398/ЗЗ Тираж 1112 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Так как тензорезисторы устанавливают на длинной оболочке на определенном расстоянии (Х ) от торцов упругого элемента, температурные деформации фланца 2 не воспринимаются тензорезисторами 6. А так как фланец имеет малую толщину, он является ( тепловым разделителем упругого элемента

3 и корпуса11 датчика, тем самым создавая

1 равенство тепловых потоков в упругом элементе.

10 формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус, полый упругий элемент с кольцевым выступом посередине полости, симметрично относительно которого закреплены рабочие и компенсационные тензорезисторы, о т л и ч а юшийся . тем, что, с целью повышения точности измерения путем исключения температур ных погрешностей при измерении быстропеременных давлений с нестационарными тем-20 . пературными режимами,упругий элемент выполнен в виде стакана за одно целое с корпусом и снабжен фланцем, наружный радиус которого оп с разделяется по формуле = o а расстояние от фланца до кольцевоговыступа, закрепленного неподвижно относительно корпуса, выбрано исходя из соотношения

6 где o — внешний радиус цилиндрической части упругого элемента; с — относительная деформация цилиндрической части упругого элемента;

Š— модуль упругости материала упругого элемента;;; — толщина стенки цилиндрической части упругого элемента;

Р— измеряемое давление; ) — коэффициент Пуассона; в = — — коэффициент пропорциональ! К(В ности, где

ХШ - табличн. ко ффицие пр гиба мембраны от распределенной нагрузки, зависящей от соотношения Й/ R, — табличный коэффициент прогиба мембраны от сосредоточенной силы, зависящий от соотношения М/R

М вЂ” внутренний радиус цилиндрической части упругого элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Агейкин Д. И. идр. датчики контроля и регулирования, М„ Мащиностроение, 1965.

2. Авторское свидетельство М 37508, кл. 601,4 9/06, 1966.

3. Авторское свидетельство М 324531, (01 4. 9/04, 1970.