Датчик давления
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (ii>779834 (61) Дополнительное к авт. свид-ву
Р1)М. К .з (22) Заявлено 30.11.78 (21)2690359/18-10
G 01 L 23/10
G О1 L 9/08 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет. Государственный комитет
СССР но делам изобретений н открытий
Опубликовано 15.1180 Бюллетень № 42
Дата опубликования описания 151180 (53) УДК 531. .787(088 ° 8) (12) Автор изобретения
Г, 1, с в ь, с ь °О. М. Коробов (71) Заявитель (54 ) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ
Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения быстроменяющихся давлений, например, в цилиндре двигателей, внут- треннего сгорания (ДВС).
Известны датчики давления, содержащие корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде мембраны, закрепленной в корпусе, и пьезокварцевый преобразователь, преобразующий давление на мембрану в электрический сигнал 11 ).
Недостатком указанного датчика . является то, что он имеет сравнитель;но большую погрешность в измерениях давлений.
Известно техническое решение, со-. держащее корпус с закрепленной в нем между двумя полусферическими ре-. 20 шетчатыми поверхностями чувствитель ной мембраной преобразователя давления в электрический сигнал 2) °
Существенным недостатком указанного датчика давления является то, . 25 что он Фиксирует только усредненные значения текущего давления за определенное количество циклов, что не всегда удовлетворяет экспериментатора, особенно при исследовании фазо- 3Р вых характеристик процесса горения в ДВС.
По этой причине при пронедении экспериментальных работ на ДВС иСйользуют два датчика давления: пневмоэлектрический, для измерения усредненных за несколько циклов значений индикаторного давления, и пьезоэлектрический, для измерения теку- . щих значений давлений за один цикл.
Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения за счет расширения объема инФормации о значениях быстроменяющегося давле ния и возможности одновременной регистрации по цикловых.и усредненных значений измеряемого давления.
Указанная цель достигается тем, что преобразователь давления выполнен в виде последовательно расположенных индуктивного и пьезоэлектрического преобразователей с установленной между ними дополнительной мембраной, образующей с чувствительной мембраной полость компенсирующего давления.
На чертеже представлен общий вид предлагаемого датчика, включающего корпус 1,- внутри которого находятся приемная мембрана 2, зажатая меж779834 ду двумя полусферическими решетками
3, индуктивный преобразователь 4 с катушкой индуктивности 5 и магнитопроводом б, разделительная мем- брана 7", йроставка 8 ; изолятор 9; медная прокладка 10 ; пьезокварцевый преобразователь 11, состоящий из двух кварцевых пластин 12, между ко. торыми расположен токосъемник 13, + корпус чувствительного элемента 14,на, который опирается пьезокварцевый преобразователь, затянутый гофрированным стаканчиком 15; второй токосъемник 16, опирающийся через изолятор
17 на штуцер 18. При помощи штуцера 18, ввернутого во втулку 19, пьезокварцевый преобразователь 11 1$ прижимается к верхне полусферической решетке 3. Подвод воздуха под давлением осуществляется через серьгу 20, которая крепится во втулке
19, имеющей отверстие для передачи, (ф воздуха в компенсирующую полость между мембранами 2 и 7 через кольца
21. Конец обмотки индуктивного преобразователя 4 соединен с корпусом
1 датчика давления, а начало обмот ки выведено через отверстие в магнитопроводе 6 к прокладке 10, с которой электрически связан корпус
14, на который опирается пьезокварцевый преобразователь 11.
Датчик давления работает следующим образом.
Измеряемое давление через нижнюю полусферическую решетку 3 подается на приемную мембрану 2. 2ак как верхняя полусферическая решетка
3 имеет сферическое углебление, то приемная мембрана 2 под действием давления прогибается. Вследствие этого изменяется зазор между приемной мембраной 2 и магнитопроводом 6 ин- 40 дуктивной катушки 5.индуктивного преобразователя 4. Полученный при этом электрический сигнал от обмотки преобразователя 4 через токосъемник 16, соединенного с корпусом разь 45 ема 22, изолированного от основного корпуса 1, датчика, может быть подан по экранной оплетке соединительного кабеля на входы индуктивного и стробоскопического усилителей (на чертеже не указаны). Корпус датчика электрически соединен с корпусами этих усилителей через трубку подвода компенсирующего давления, которая крепится к серьге 20. Величина элек". трического сигнала определяется усилием, которое потребно для прогиба мембраны 2, и пропорциональна измеряемому давлению. В этой фазе работы датчика производится измерение низких быстроменякщихся давлений, ео в том числе и давлений нийе атмосферного, т. к. мембрана имеет возможность прямого и обратного хода (за счет полусферических углублений в верхней и нижней решетках 3). б5
В этой же фазе работы датчика дс момента соприкосновения приемной мембраны 2 с верхней полусферической решеткой 3 от индуктивного преобразователя 4 производится подача импульса на стробоскопический индикатор.
В следующей фазе с ростом измеря1 емого давления приемная мембрана 2 начинает давить на верхнюю полусферическую решетку 3, которая с свою очередь передает это усилие на корпус индуктивного преобразователя
4 и через разделительную мембрану
7 и изолятор 9 далее на пьезокварцевый преобразователь 11. При этом происходит сжатие кварцевых пластин
12, в результате чего образуется электрический заряд, пропорциональный приложенной силе или измеряемому давлению. Заряд с пьезопреобразователя 11 снимается с помощью токосъемника 13 и может быть подан на электрометрический усилнтель (на чертеже не указан), соединенный с центральным штырем разъема 22 по центральной жиле соединительного кабеля (на чертеже не указан). Если корпусы приборов связаны электрически между собой, а внутреннее сопротивление индуктивного преобразователя мало по сравнению с входным сопротивлением электрометрического усилителя (10-100 OM и 100 -10 " Ом), то для последнеГо экранная обмотка кабеля является замкнутой на корпус.
Поэтому предлагаемый датчик давления с применением двух преобразователей неэлектрических величин (индуктивного и пьезокварцевого) дает возможность применять его одновременно с тремя различными усилителями (индуктивным, электрометрическим и стробоскопическим) с помощью одной линии связи (кабеля).
При спаде измеряемого давления процесс измерения происходит в обратном порядке и в момент отрыва при» емной мембраны 2 от верхней полусферической решетки 3 происходит подача импульса на стробоскопический индикатор. Причем в процессе измерения давления и калибровки стробоскопического индикатора в полость между йриемной 2 и разделительной 7 мембранами через втулку 19 и канаты конец 21 из специального воздушного баллона, подсоединяемого к серьге 20, подается компенсирующее давление, которое прижимает приемную мембрану 2 к нижней полусфери- ческой решетке 3. Если величина компенсирующего давления меньше изме ряемого на величину Р, то на стробоскопический индикатор подается электрический импульс, который фиксируется на диаграмме в виде точки, . 1зменяя компенсирукв ее давление от
779834
0 до максимальной величины измеряемого давления, можно получить на диаграмме ряд последовательных точек, образующих. кривую измеряемого давле" ния эа несколько циклов.
Подачей компенсирующего давления между мембранами 2 и 7 можно воспользоваться и для калибровки пьезокварцевого преобразователя 11. Калибровка может производиться в двух режимах: в статическом, когда измеряемое давление отсутствует, и в динамическом - в процессе регистрации измеряемого давления.
В первом случае компенсирующее, давление, воздействуя на разделитель. ную мембрану 7, сжимает кварцевые пластины 12, на которых возникает заряд, пропорциональный пОданному компенсирующему давлению.
При динамической калибровке на осциллограмме получается запись только части измеряемого давления за вычетом величины. Компенсирующего давления РН (Р =ри РК-аР).От сюда видно, что погрешность пьеэокварцевого преобразователя при измерении давлений и динамическом способе калибровки в основном определяется величиной усилия прогиба приемной мембраны 2 (ЬР) и может быть сведена к минимуму, как систематическая.
При измерении низких давлений (eP) с помощью индуктивного преобразователя 4 калибровка произво-. дится аналогично, но. с подачей небольших (до 1-4 кгс/cM ) значений компенсирующего избыточного или вакуумного давлений °
Предел измерения низких давлений (йР) устанавливается подбором различной толщины приемной мембраны 2.
Технико-зкономическая эффектив. ность от использования датчика дав- ления, выражается в том, что он, во-первых, дает возможность регистрировать низкие давления, имеющие место в цилиндре двигателя в период продувки и выхлопа, во-вторых, позволяет осуществлять калибровку преобразователей непосредственно на работающем двигателе в любой момент и тем самым повысить точность измерений и, а-третьих, обеспечивает одновременную регистрацию усредненных и цик ловых значений текущего давления, а также позволяет производить замеры низких давлений, что сокращает время проведения экспериментов при
15 испытании ДВС и повышает производительность труда.
Формула изобретения
Датчик давления, содержащий корпус с закрепленной в нем между двумя решетчатыми полусферическими поверхностями чувствительной мембраной преобразователя давления в электрический сигнал, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, преобра. зователь давления выполнен в виде последовательно расположенных индуктивного и пьезоэлектрического преобразователей с установленной между ними дополнительной мембраной, образующей с чувствительной мембраной полость компенсирующего давления.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
9 +36820, кл. G 01 L 23/10, 24.07.67.
2. Краткое описание .и инструкция по эксплуатации стробоскопического индикатора,:модели MAN-2A, Москва, МАИ, 1970 (прототип).
779834
1Ф а
rz
Составитель В. Козлов
Редактор. И. Кузнецова Техред Й.Бабурка: Корректор Г. Решетник
Заказ 313 6 - Уираж 1019 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035,. Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.
Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,