Датчик давления

 

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий упругий чувствительный элемент, преобразователь перемещения чувствительного элемента в электрический сигнал, состоящий из измерительного трансформатора с якорем, закрепленным на упругом чувствительном элементе, компенсационный трансформатор с якорем, закрепленным на основании, при этом первичные обмотки трансформаторов включены последовательно, а вторичные встречно, и измеритель отношения напряжений , отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения мультипликативной погрешности, он снабжен дополнительным трансформатором с якорем , который закреплен на основании и образует с-магнитопроводом трансформатора воздушный зазор, равный воздушному зазору измерительного трансформатора при максимально допустимом измеряемом давлении, одна обмотка дополнительного трансформатора включена последовательно с первичными обмотками измерительного и компенсаци- S онного трансформаторов, а другая сое (Л динена с общей точкой вторичных обмоток этих трансформаторов и первым входом измерителя отношения напряжений , второй вход которого соединен с р вторичной обмоткой измерительного трансформатора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСГВБЛИН (19) (111

3(5DС01L910 1 ".ЯОЗР, (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ зиья1(0 "l&(p

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Ф

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3607529/24-10 (22) 20.06.83 (46) 07. 10.84. Бюл. У 37 (72) А.И.Иоффе (53) 531. 787 (088. 8) (56) 1. Агейкин Д.И., Костина Е.Н., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования. М., "Машиностроение", 1965, с. 119, 587-589.

2. The Bell and Howell pressure

transduser handbook. london СЕС/Instrument division Bell and Howell, 1973 (прототип). (54)(57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий упругий чувствительный элемент, преобразователь перемещения чувствительного элемента в электрический сигнал, состоящий из измерительного трансформатора с якорем, закрепленным на упругом чувствительном элементе, компенсационный трансформатор с якорем, закрепленным на основании, при этом первичные обмотки трансформаторов включены последовательно, а вторичные встречно, и измеритель отношения напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения мультипликативной погрешности, он снабжен дополнительным трансформатором с якорем, который закреплен на основании и образует с магнитопроводом трансформатора воздушный зазор, равный воздушному зазору измерительного трансформатора при максимально допустимом измеряемом давлении, одна обмотка дополнительного трансформатОра включена последовательно с первичными обмотками измерительного и компенсаци- Я онного трансформаторов, а другая соединена с общей точкой вторичных обмоток этих трансформаторов и первым входом измерителя отношения напряжений, второй вход которого соединен с вторичной обмоткой измерительного трансформатора.

1117471

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления.

Известны датчики давления, содержащие упругий чувствительный элемент и трансформаторный преобразователь перемещения в электрическое напряжение.

При воздействии на датчики давления дестабилизирующих факторов (тем- 10 пературы, внешних магнитных полей, старения материалов) в преобразователях перемещения изменяются значение начального нулевого сигнала (аддитивная погрешность) и коэффициента преобразования (мультипликативная погрешность) .

Аддитивная погрешность исключается или сводится к минимуму в дифференциальных трансформаторных преобразова- 20 телях перемещения в электрическое напряжение за счет использования двух вторичных обмоток трансформатора, включенных встречно, или за счет использования компенсирующего преобра- 25 зователя, такого же как измерительный, но не воспринимающего перемещения упругого элемента (1) .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 3б датчик давления с трансформаторным

Преобразователем перемещения, содержащим две одинаковые вторичные обмотки, включенные встречно f2) .

Основным недостатком известного датчика давления является наличие мультипликативной составляющей погрешности трансформаторного преобразователя перемещения.

Цель изобретения - повышение точ-,О ности измерений за счет исключения как аддитивной, так и мультипликативной составляющих погрешности трансформаторного преобразователя перемещения в электрический сигнал.

4S

Поставленная цель достигается тем, что датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент, преобразователь перемещения чувствительного элемента в электрический сигнал,сос- 50 тоящий из измерительного трансформатора с якорем, закрепленным на упругом чувствительном элементе, компенсационный трансформатор с якорем, закрепленным на основании, при этом SS первичные обмотки -трансформаторов включены последовательно, а вторичные встречно, и измеритель отношения напряжений, снабжен дополнительным трансформатором с якорем, который закреплен на основании и образует с магнитопроводом трансформатора воздушный зазор, равный воздушному зазору измерительного трансформатора при максимально допустимом измеряемом давлении, одна обмотка дополнительного трансформатора включена последовательно с первичными обмотками измерительного и компенсационного трансформаторов, а другая соединена с общей точкой вторичных обмоток этих трансформаторов и первым входом измерителя отношения напряжений, второй вход которого соединен с вторичной обмоткой измерительного трансфор- матора.

На фиг.1 приведена конструктивная схема датчика давления, продольный разрез",на фиг.2 — электрическая схема датчика.

Датчик содержит упругий чувствительный элемент 1, измерительный трансформатор 2, состоящий из магнито. провода 3, на котором размещены первичная 4 и вторичная 5 обмотки, и якоря б, который закреплен на чувствительном элементе 1.

Компенсационный трансформатор 7 состоит из магнитопровода 8„ на котором размещены первичная 9 и вторичная

10 обмотки, и якоря 11 который закреплен на основании 12 образуя с магнитопроводом 8 воздушный зазор, равный воздушному зазору между якорем б и магнитопроводом 3 при давлении равном нулю.

Дополнительный трансформатор 13 состоит из магнитопровода 14, на котором размещены первичная 15 и вторичная 16 обмотки, и якоря 17, который закреплен на основании 12 и образует с магнитопроводом 14 воздушный зазор, равный воздушному зазору между якорем 6 и магнитопроводом 8 при максимальном значении измеряемого давления. Измеритель 18 отношения напряжений предназначен для определения отношения 0 / (1 о, где U — напряжение на концах обмоток Sи10,,0о11 - напряжение на концах обмоток 16 и 10.

Первичные обмотки 4, 9 и 15 трансформаторов 2, 7 и 13 соединены последовательно между собой (фиг.2), вторичные обмотки 5 и 16 трансформаторов

2 и 13 соединены встречно с вторичной обмоткой 10 трансформатора 7. Свобод1117471

4 и LI можно пред(2) Напряжения Ц ставить так:

Ug=- u " "on )

u =K .bma%%Uo з ные концы вторичных обмоток 5 и 16 подключены к входам измерителя 18 отношения напряжений.

Устройство работает следующим образом. 5

При подключении первичных обмоток трансформаторов 2, 7 и 13 к источнику переменного тока (U<) во вторичных обмотках измерительного 2, компенсационного 7 и дополнительного 1О

13 трансформаторов наводятся напряже" ния Ц > Ц к Ц соответственно.

При подаче давления P упругий чувствительный элемент 1 прогибается и перемещает якорь 6 в сторону уменьше- 15 ния воздушного зазора между якорем 6 и магнитопроводом 3. При этом во вторичной обмотке 5 измерительного трансформатора 2 увеличивается напряжение (Ц ) пропорционально измеряемому дав- 2О лению. Так как воздушный зазор между якорем 11 и магнитопроводои 8 равен воздушному зазору между якорем 6 и иагнитопроводом 3 при давлении P О, а между якорем 17 и иагнитопроводом 25

14 — воздушному зазору между якорем б и магнитопроводом 3 при максимальном измеряемом давлении P „ то во вторичной обмотке 10 компенсационного трансформатора 7 наводится ЗО напряжение 0 к lf < при P -" О, а во вторичной .обмотке 16 дополнительного трансформатора 13 напряжение

"а = 0ц. при п о . Так как обмотки 5-10 и 10-16 соединены

35 встречно, то напряжение с обмоток 510 будет 0с = 0в - U y, напряжение с обмоток 10-16 будет О, = О - Q >

Напряжения 0 z u U поступают на входы измерителя отношения напря" 4О жений, который вычисляет отношение где и — текущее значение перемещения чувствительного элемента от давления; 1 - максимальное значение перемещения чувствительного элемента (о„и0 — напряжения на вторичных обмотках измерительного и дополнительного трансформаторов при P =0:

1(я. — крутизна изменения напряжения на вторичной обмотке измерительного трансформатора от перемещения якоря (Ь)

" — постоянный коэффициент.

Из выражений (1), (2) и (3) следует

"и " "on-" к и (4), я: 1 та х+ (1 оф (1 к

При воздействии дестабилизирующих факторов будет .происходить изменение

k,1, (,jJ „,Цо и 0 к соответственно

При этом из выражения (4) отношение

П будет: (к„ ЕМц) Ь+ Оопп Иод (Oat Оg) п ("ф" 1 Я1"век (1о " о ((1к к1

При идентичности конструкции измерительного, компенсационного и дополнительного трансформаторов и принятом закреплении якорей 11 и 17 относительно магнитопроводов 8 и 14 имеют место равенства (б)

ll0A Uk Opal

Так как Ucg пропорционально измеряемому давлению, а 0 и () не зависят от давления, то отношение 11 пропорционально измеряемому давлению.

В этом датчике давления отсутству-50 ют как аддитивная, так и мультипликативиая погрешности преобразователя перемещений, т.е. предлагаемое устройствб не имеет погрешности.при воз- действии на него дестабилизирующих 55 факторов (температуры, изменения параметров источника питания, внешних магнитных полей и др.).

ku = ks. > аирп 5 "к= 6upp > аК„- а<у. (7) (8) (9) С учетом равенств (6)-(9) уравнение (5) будет

11 1

Ь с х т.е. отношение и, измеряемое измерителем отношения давлений, не зависит от изменения крутизны и нуля характеристики измерительного трансформатора.

11174 71

Фиг.1

Составитель А.Зосимов

Редактор Е.Папп Техред М.Гергель

Корректор А. Зимокосов

Филиал ППП "Патент" r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4

Заказ 7185/25 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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