Датчик давления с частотным выходом

Датчик давления с частотным выходом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 (и) 640I54

ОПИСАНИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕДЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.09.76 (21) 2407562/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.12.78. Бюллетень № 48 (45) Дата опубликования описания 30.12.78 (51) M. Кл.2

G 01L 11/00

Государственный комитет (53) УДК 531.787.91 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

И. А. Горенштейн, В. Г. Кравцов и В. С. Тарасов (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЫМ ВЪ|ХОДОМ

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для измерения давлений газообразных сред. 5

Известны датчики давления с частотным выходом, в которых в качестве первичного измерительного преобразователя используется тонкостенный цилиндрический резонатор (1). 10

В этих датчиках измеряемое давление или разность давлений преобразуется в частоту одной из форм изгибных колебаний резонатора. Датчики давления этого типа обеспечивают высокую точность измерений, 15 однако изготовление таких датчиков требует высокой культуры производства, в связи с чем их себестоимость оказывается очень высокой. В результате эти датчики мало пригодны для массового потребления и ис- 20 пользуются лишь в наиболее ответственных устройствах, в которых требование высокой точности измерений безусловно превалирует перед всеми другими требованиями.

Известен также датчик давления с ча- 25 стотным выходом, содержащий резонатор в виде плоской упругой пластины, жестко закрепленной по части поверхности н разделяющей внутренний объем датчика на две

"ообщающиеся с контролируемой газовой З0 средой зеркально симметричные пневмокамеры, с постоянными времени, превышающими полупериод собственных изгибных колебаний упругой пластины, и электроды емкостных систем возбуждения и регистраций колебаний. Недостатками этого датчика являются: большие температурные погрешности, которые возникают вследствие температурных изменений растягивающих (сжимающнх) напряжений, действующих в серединной поверхности резонатора; динамическая несбалансированность колебательной системы, приводящая к снижению добротности датчика; чувствительность датчика к внешним вибрационным ускорениям.

Цель изобретения — обеспечение динамической сбалансированности датчика и устойчивости его к вибрациям путем возбуждения веерных изгнбных колебаний резонатора с числом и узловых диаметров.

Эта цель достигается тем, что в датчике давления с частотным выходом, содержащем резонатор в виде плоской упругой пластины, жестко закрепленной по части поверхности н разделяющей внутренний объем датчика на сообщающиеся с контролируемой газовой средой две зеркально симметричные пневмокамеры, с постоянными времени, превышающими полупериод соб640154

40 р — массовая плотность материала резонатора;

R< — внешний радиус резонатора;

Rz — радиус окружности защемления резонатора;

Р— измеряемое давление;

V — объем рабочей камеры датчика;

S — площадь резонатора;

Лю; К,, Кг — безразмерные коэффициенты, зависящие от отношения L,/L> и от коэффициента Пуассона р, материала резонатора.

Система возбуждения колебаний резонатора образована четырьмя накрестлежащими электродами 17 (по два с каждой стороны резонатора), подключенными (через разделительную емкость 25) к выходу 27 усилителя системы самовозбуждения 28.

При подаче на эти электроды переменного напряжения они создают перпендикулярную к плоскости резонатора распределенную возбуждающую силу, направление которой изменяется на обратное при переходе через каждый из четырех узловых радиусов. Указа гная сила вызывает раскачку изгибных колебаний резонатора. При этом на других четырех электродах системы съема (образующих такую же накрестлежащую конфигурацию, как и электроды системы возбуждения, но повернутую на угол

90 ) возникает электрический сигнал той же частоты с амплитудой, пропорциональной амплитуде механических колебаний резонатора. Этот сигнал поступает (через разделительную емкость) на вход 26 усилителя 28 системы самовозбуждения. С выхода

27 этого усилителя усиленный сигнал вновь подается (через другую разделительную емкость) на группу из четырех возбуждающих электродов 17, обеспечивая тем самым незатухающие колебания резонатора.

Датчик, показанный на фиг. 5, отличается от датчика, изображенного на фиг. 1, отсутствием герметичного корпуса. В этом варианте герметизация рабочих камер 11 датчика осуществляется с помощью цилиндрической обоймы 29, которая соединяется с керамическими дисками 5 посредством паяных швов 30. Датчик включается в электрическую схему системы самовозбуждения с помощью электрических выводов

31, подпаянных к электродам 17. В отличие от предыдущего варианта в данном случае отверстие 8 стяжного винта 7 является глухим.

На фиг. 6 представлены возможные конфигурации обращсшгой к резонатору по5

60 верхности керамических дисков 5, пригодные для обоих вариантов конструкции датчика.

Теоретически более предпочтительной является конфигурация, показанная на фиг.

6, а, однако в технологическом отношении вторая конфигурация (с плоской поверхностью) значительно проще. Для увеличения крутизны осуществляемых электродами 17 системы самовозбуждения преобразований

«перемещение резонатора — электрический сигнал» и «электрический сигнал — возбуждающая сила» керамические диски 5 следует изготавливать из керамики с высокой диэлектрической проницаемостью (например, цз тптаната бария).

Возбуждение в резонаторе датчика динамически сбалансированной формы колебаний при условии закрепления резонатора в окрестности естественной узловой точки позволяет существенно повысить добротность его колебательной системы и практически полностью устранить чувствительность датчика к воздействию вибрационных ускорений.

Таким образом, значительно расширяется диапазон внешних условий, в которых может использоваться описываемый датчик.

Формула изобретения

Датчик давления с частотным выходом, содержащий резонатор в виде плоской упругой пластины, жестко закрепленной по части поверхности и разделяющей внутренний объем датчика на две сообщающиеся с контролируемой газовой средой зеркально симметричные пневмокамеры, с постоянными времени, превышающими полупериод собственных изгибных колебаний упругой пластины, и электроды емкостных систем возбуждения и регистраций колебаний, о тл и ч а ющи и ся тем, что, с целью обеспечения динамической сбалансированности датчика и устойчивости его к вибрации путем возбуждения веерных изгибных колебаний резонатора с числом и узловых диаметров, свободная часть упругой пластины и расположенная внутри нее жестко закрепленная часть имеют общую ось поворотной симметрии порядка 2 и 2и проходящих через эту ось плоскостей симметрии, а электроды емкостных систем возбуждения и регистраций колебаний выполнены в виде

4и секторов с теми же элементами симметрии, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Лвторское свидетельство СССР № 427256, кл. G 011 11/00, 1966.

2. Лвторское свидетельство СССР № 228992, кл. G 011 11/00, 1972.

640154 аоикб

Составитель Л. Никиточкина

Техред С. Антипенко Корректор 3. Тарасова

Редактор Т. Рыбалова

Типография, по. Сапунова, 2

Заказ 2211/7 Изд. № 777 Тираж 1080 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5