Ютека i
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
304463
Союз Советских
Социалистичаских
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 12.V 111.1969 (№ 1355700/18-10) с присоединением заявки ¹
Приоритет
Опубликовано 25Х.1971. Бюллетень ¹ 17
Дата опубликования описания 6ХП.1971
МПК G 011 9/10 комитет по делам иаобретений и открытий лри Совета Министров
СССР
УДК 531.787.91 (088.8) Авторы изобретения А. К. Айламазяи, И. А. Горенштейн, А. И. Иоффе и P. Г. Чачикяи
Заявитель "í - ттлкттакц "" -" ОТЕК
ВИБРАЦИОННЫЙ ДАТЧИК РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ
Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для преоб,разования разности давлений двух сред,,из которых одна является газообразной, а другая — жидкой или газообразной, в выходной 5 сигнал переменного тока, частота которого связана с измеряемой разностью давлений однозначной функциональной зависимостью.
Известны вибрационные датчики разности давлений с тонкостенными цилиндрическими 10 резонаторами, предназначенные для измерсния давлений в диапазоне примерно от 0 до
20 — 30 атм. Такие датчики представляют собой тонкостенный цилиндрический резонатор с электромагнитной системой самовозбужде- 15 ния, выполненный в виде цилиндрическGI о магнитопровода с обмотками.
Однако эти датчики имеют громоздкую систему самовозбуждения и их нельзя исполь- 20 зовать для измерения давлений свыше 30—
50 атм.
В предлагаемом датчике для расширения верхнего предела измеряемых давлений магнитопровод выполнен в виде двух постоянных 25 магнитов прямоугольной формы, расположенных в одной плоскости симметрично относительно резонатора и замкнутых по наружным торцам пластинами из магнитомягкого материала. 30
На фиг. 1 изображена конструктивная схема описываемого датчика; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема системы самовозбуждения.
B корпусе 1 датчика размещены два постоянных магнита 2 с катушками 8 системы самовозбуждения. B зазоре между постоянными магнитами установлен тонкостенный цилиндрический резонатор 4 со штуцером 5 с одной стороны и штуцером б с другой.
Концы катушек 8 системы самовозбуждения выведены с помощью гермовводов 7.
Магнитная цепь системы самовозбуждения кроме двух постоянных магнитов 2 и резонатора 4 включает магнитопровод в виде двух прямоугольных шайб (на чертеже не показаны), которые вложены в корпус 1 с обеих сторон.
Система самовозбуждения выполнена в виде мостовой схемы, одна из диагоналей которой подключена ко входу, а другая — к выходу широкополосного усилителя 8. Два плеча этой мостовой схемы образованы одинаковыми сопротивлениями 9 и 10, а два другие— комплексными сопротивлениями катушек 8 датчика и катушек 11 балансного сопротивления, в качестве которого используется стандартный вибрационный датчик давления с резонатором, заполненным твердым диэлектриком 12.
304463 (2) — 0,02
1 = (015, L
В совокупности с тонкостенным цилиндрическим резонатором 4 система самовозбуждения образует электромеханическую автоколебательную систему, частота колебаний которой равна частоте собственных колебаний резонатора и связана с разностью давлений, разделяемых резонатором сред, однозначной функциональной зависимостью вида:
f =f +/ ЬР (1) где f — частота собственных изгибных колебаний резонатора, гц;
fp — частота собственных изгибных колебаний резонатора при отсутствии перепада давлений, ги,;
Й вЂ” постоянный коэффициент пропорциональности, см/г;
ЬР— разность давлений сред, разделяе,мых резонатором, г/сек- сл.
При условии что конструктивные параметры резонатора (толщина стенки Й, радиус R u длина L) удовлетворяют неравенствам (которые должны выполняться при проектировании резонаторов), для определения зависимости между перепадом давлений и частотой собственных колебаний можно использовать приближенные формулы
Eh h ьРИ
Я4 Ф Я х
Р— Ро + хс / Р
R и (5) где kE, kp, k, — безразмерные постоянные коэффициенты (kE — 0,025, kp — 0,0б, k> = 0,05), Š— модуль упругости материала резопатора, г/сек2 см;
Й вЂ” толщина стенки резонатора, сл;
R — радиус резонатора, см;
pp — массовая плотность материала резонатора, гlсм, р„, — массовая плотность заполняющей резонатор среды, г/ела; р* — приведенная массовая плотность резонатора, г/сма;
pP — разность давлений сред, разделяемых резонатором, г/см- .сл.
Для определения верхней границы ЬР-,„,, диапазона измеряемых значений разности давлений ЬР следует использовать формулу
h макс — — макс (6)
R где о.„,— предельное значение допустимого долговременного напряжения в материале резонатора.
Описываемый датчик работает следующим образом.
В процессе изгибных колебаний резонатора 4 его поперечное сечение принимает форму эллипса, оси которого совпадают с осями симметрии системы самовозбуждения, причем с увеличением одной из осей эллипса другая его ось уменьшается и наоборот. При этом изменяется магнитная проводимость между стенками резонатора 4 и постоянными магнитами 2 и осуществляется модуляция магнитного потока, создаваемого этими магнитами.
В результате в обмотках возбуждения д индуктируется переменная э.д.с. реакции, частота которой равна частоте механических колебаний резонатора. Часть этой э.д.с. выделяется в одной из диагоналей мостовой схемы и поступает на вход широкополосного усилителя 8. С выхода этого усилителя переменное напряжение, сдвинутое по фазе на 90, поступает в другую диагональ мостовой схемы, поддерживая незатухающие колебания резонатора 4. Различные модификации описываемого датчика давления можно будет использовать для преобразования разности давлений в частотный выходной сигнал не только в измерительных системах и устройствах, специально предназначенных для измерения давлений, но также и в целой гамме других измерительных устройств — в угловых и линейных акселерометрах, в универсальных датчиках сил и моментов и т. д.
Предмет изобретения
Вибрационный датчик разности давлений, содержащий чувствительный к давлению тонкостенный цилиндрический резонатор и систему самовозбуждения колебаний в виде магнитопровода с обмотками, отличающийся тем, что, с целью расширения верхнего предела измеряемых давлений, в нем магнитопровод выполнен в виде двух постоянных магнитов прямоугольной формы, расположенных в одной плоскости симметрично относительно резонатора и замкнутых по паружньп| торцам пластинами из магнитомягкого материала.
304463
Составитель Л. В. Никиточкииа
Редактор С. И. Хейфиц Техред Т. П. Курилко Корректоры: A. Николаева и Е. Ласточкина
Заказ 1835/14 Изд. № 766 Тираж 473 Подписное
ЦНИКПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр Сапунова, 2
