Датчик абсолютного давления с частотным выходом

Г- Т - нтяо тек gи еcчод

6::.яяио.юк.< Ц,А

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

«н717582

К АВТОБУСЫ©МУ СВ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (>>3< кл. (22) Заявлено,030478 (21) 2596906/18-10 .

G 01 L 11/00 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 250280. Бюллетень Ио 7 (533 УДК 531 787. . 91 (088. 8) Дата опубликования описания 250280 (72) Авторы изобретения

И.А.Горенштейн и В.Г.Кравцов (71) Заявитель (54) ДАТЧИК АБСОПОТНОГО ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЫМ

ВЫХОДОМ

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может найти применение в приборах для измерения давления. 5

И э в ес тны датчики абсолютного давления с частотным выходом и с первичным Измерительным преобразователем в виде тонкостенного цилиндрического резонатора, внутрь которого подводит-)p ся измеряемое давление (1).

Наиболее близким к изобретению является датчик, содержащий цилиндрический тонкостенный резонатор, окруженный изнутри и снаружи газонепроницаемыми цилиндрическими экранами (2).

В этом датчике тонкостенный ци-линдрический резонатор, выполненный в виде отрезка трубки постоянного сечения, расположен с зазорами

S „— „ -,Ч вЂ” (1), йк", где о — зазор между обращенными одна к другой поверхностями экрана и резонатора, м;

В„с,„- предельная величина указанного зазора, м;

R — радиус резонатора, м;

К" — безразмерный числовой коэф- фициент, (2 К" и 6)

n - число полных волн, укладывающихся по окружности резонатора (безразмерное) т .

- кинематическая вязкость газа, находящегося s зазорах, м2/c; и — частота колебаний резонатора в вакууме, Гц с — скорость звука в газе, м/с, между двумя неподвижными газонепроницаеваюми цилиндрическими экранами круглого сечения, причем кольцевые зазоры, расположенные по разные стороны стенки резойатора, пневматически сообщаются между собой и с контролируемой средой.

Недостатком этого датчика является невозможность создания совершенной пневматической развязки между пучностями, вследствие чего в нем нельзя достигнуть теоретического предела крутизны преобразования измеряемого давлений в частоту. Другой недостаток его заключается в требовании высокой точности изготовления деталей датчика (особенно резонатора и экранов) и высокой прецизионности его сборки, 717582

Что приводит к увеличению стоимости датчика.

Цель изобретения состоит а ïîâûшении чувствительности преобразования измеряемого датчиком давления в частоту с одновременным снижением стоимости его производства °

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в датчике, содер жащем тонкостенный цилиндрический резонатор, по обе стороны кОторого расположены неподвижные гаэонепроницаемые экраны, а также элементы систем возбуждения колебаний и съели, один из гаэонепроницаемых экранов выполнен в виде упругого, .а другой жесткого коаксиальных цилиндров, при- 15 чем поперечное сечение одного из экранов спрофилировано таким образом, что он образует с противолежащим экраном (кругового исходного сечения) контактные линии, совпадающие с 20 узловыми меридианами резонатора. Благодаря этому обеспечивается механический контакт обоих цилиндров с резонатором вдоль узловых меридианов.

При такой конструкции датчика в 25 сечении, перпендикулярном оси резонатора, в отличие от известной конструкции достигается плавное изменение величины зазоров между поверхностями резонатора и обращенных к ним поверхностями экранов по закону, близкому к синусоидальному (от нулевого зазора вблизи узлового.меридиана до максимального посередине между цвумя смежными узловыми меридианами).

Именно благодаря такому профилю, 35 зазоров и обеспечивается одновременно как максимальная крутизна характеристики преобразования, так и максимальное подавление возможных побочных резонансов. 40

Допустимы две эквивалентные конструктивные схемы построения предлагаемого датчика: одна — когда жесткий цилиндр расположен внутри резонатора, а УпРугий снаРУжи,и другая — когда 45 упругий цилиндр расположен внутри резонатора, а жесткий — снаружи.

На фиг.1 изображен общий вид варианта конструкции датчика, в которой жесткий цилиндр расположен внутри резонатора и имеет круглое поперечное сечение; на фиг.2 — общий вид варианта конструкции с таким же расположением жесткого цилиндра, " имеющего однако поперечное сечение подушкообразной формы; на фиг.3 общий аИД варианта конструкции, в котором жесткий цилиндр круглого сечения охватывают резонатор снаружи, на фиг.4 — схема системы самовозбуждения датчика.

Вариант конструкции датчика (фиг.1) устроен следующим образом.

Узел чувствительного элемента (УЧЭ), .осуществляющий преобразование из леряемого,пааления в частоту, соса ПР 2 (2) толщины h„, hp è Ь, жесткого цилиндра 1, резонатора 2 и упругого цилиндра 3 соответственно также должны удовЛетворять приближенным соотношениям: и„» ьи, иж» иу (.3 ) Узел чувствительного элемента заключен а защитный корпус, состоящий из цилиндрического кожуха 4 с отбортовкой 5, переходной установочной втулки 6 и крышки 7 с отверстием 8 цля пРисоединения штуцера ;на фиг.1 он не показан), через который измеряемое давление с помощью отверстий ао втулке 6 подводится к УЧЭ. На внутреннюю поверхность жесткого керамического цилийдра 1 наносятся

Электроды 9 и 10 емкостных систем

Возбуждения колебаний резонатора и съема выходного сигнала.

УЧЭ соединяется с корпусными деталями датчика с помощью вакуумплотных сочленений 11.и 12 (сварка, пайка твердыми припоями). Подобным же сочленением 13 соединяются между собой и корпусные детали 4, 6 и 7.

С помощью электрических выводов 14 датчик. включается в схему системы самовозбуждения, два варианта кото рой (для случаев наружного и внутреннего положений жесткого цилиндра 1) изображены на фиг. 4.

На фиг.2 изображен еще один вариант конструкции предлагаемого дат тоит из трех деталей" жесткого цилиндра 1, из готовле нного, например, из керамики и являющегося основанием

УЧЭ, тон кос тенно го цили ндрическ oro резонатора 2, представляющего собой отрезок тонкостенной трубки постоянного сечения, имеющего в свободном состоянии форму правильной окружности, Й УпругОГО ЦилинДра 3, форма поперечного сечения которого а свободном состоянии близка к квадрату со скругленными углами, причем размеры этой фигуры таковы, что если в нее вписать окружность, то радиус этой окружности будет меньше, чем радиус окружности, описанной вокруг сечения жесткого цилиндра 1. Если через П об означить периметр поперечного сечез з ния внутренней поверхности внешнего экрана, ITp„— периме гр поперечного сечения внешней поверхности резонатора, Пp — периметр поперечного сечения внутренней пов ерхности рез онатора и, наконец, Пэ — периметр поперечного сечения внешней поверхности внутреннего экрана, то между указанными величинами вЫцерживаются сле-. дующие приближенные соотношения:

3 Р юИСн

717582 чика, отличающийся от первого лишь тем,, что поперечное сечение жесткого цилиндра 1 имеет

Форму, близкую к Форме квадрата со скругленными углами, а резонатор 2 и упругий цилиндр 3 в свободном 5 состоянии имеют круглое сечение.

На фиг.3 показан вариант конструкции, в котором жесткий цилиндр 1 расположен снаружи резонатора 2, а упру- о гий цилиндр 3 — внутри него. При этом жесткий цилиндр 1 играет одновременно и роль защитного кожуха прибора, благодаря чему уменьшается общее количество деталей датчика. С обоих торцов жесткий цилиндр 1 закрывается крышками 15 и 7, причем в крышке 7 делается отверстие 8 для присоединения штуцера (который на чертеже не показан). Как жесткий цилиндр 1, так и резонатор 2 в свободном состОянии 2О имеют в поперечном сечении форму правильных окружностей, а упругий . цилиндр 3 — форму, близкую к квадрату со скругленными краями.

В всех описанных здесь вариантах конструкций применены емкостные системы возбуждения и съема, хотя в принципе возможно и использование этих систем иных типов.

Любой из рассмотренных выае вариантов датчика работает следующим образом. С выводов от электродов съема 9 сигнал поступает на вход электронного блока системы самовозбуждения (ЭБСС) 17 и далее на выводы, соединенные с электродами

10 системы возбуждения колебаний резонатора 2. В совокупности с резонатором 2 электроды 9 и 10 и блок

16 образуют электромеханическую автоколебательную систему, частота колебаний которой близка к собст-: венной частоте изгибных колебаний резонатора. С изменением измеряемого давления, а следовательно, и упругости газа в зазорах между резонатором 2 и цилиндрами 1 и 3 иЪменяется также и собственная частота изгибных колебаний резонатора.

Использование описанного датчика обеспечивает достижение предельной крутизны характеристики, потенциально возможной для датчиков этого типа, и снижение стоимости изготовления таких датчиков.

Формула изобретения

Датчик абсолютного давления с частотным выходом, содержащий цилиндрический..резонатор, газонепроницаемые экраны, расположенные по обе стороны резонатора, и системы возбуждения и съема колебаний, о т л и ч а ю— шийся тем, что,. с целью повышения чувствительности, один экран выполнен в виде упругого, а другой жесткого цилиндров, расположенных коаксиально, причем поверхности экранов и резонатора соприкасаются по линиям узловых меридианов резонатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9181848 кл, G 01 L 11/00, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке р 2598873/18-10, кл. G 01 L ll/00, 30.03.78 (прототип) .

717582

Состав и тель Л. Кочура ев

Техред М.Петко Корректор н.Веселовская

Редактор Л. Бибер

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

Заказ 9826/57 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, РаушскаЯ наб., Д. 4/5