Частотный датчик давления

(5 ц 5 О 01 . ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Проектирование датчиков для измерения механических величин./Под ред,Е,П. Осадчего. М 1979, с, 320.(54) ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к частотным датчикам давления со струнными резонаторами,и может быть использовано для измерениядавления с высокой точностью в условиях:-".Е 0;НИЯпеременных температур. Цель изобретения - повышение точности измерения давления за счет уменьшения температурной погрешности. Это достигается эа счет того, что в частотном датчике давления, содержащем мембрану 2 с установленными на ней стойками 3, между которыми закреплена струна 4, введены две дополнительные стойки 5, между которыми закреплена дополнительная опорная струна 6, а место закрепленияизмерительной и опорной струн выполнено путем спаивания металлических струн в стекле 7 с втулками 8, выполненными из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике,. в частности к частотным датчикам давлений со струнными резонаторами, и может быть использовано для измерения давления с высокой точностью в устройствах контроля и управления, работающих в условиях переменных температур.Целью изобретения является повышение точности измерения давления эа счет уменьшения температурной погрешности.На фиг. 1 показан частотный датчик давления, разрез; на фиг. 2 - то же, вид сверху,Частотный датчик содержит изготовленные за одно целое корпус 1 с мембраной 2 и стойками 3 и 5, причем дополнительные стойки 5 расположены на недеформируемом периферийном участке мембраны 2 на одной прямой с основными стойками 3, Между основными стойками 3 жестко закреплена измерительная струна 4, а между дополнительными стойками 5 - опорная струна б, пропущенная сквозь отверстия в основных стойках 3, Места закрепления измерительной 4 и опорной 6 струн выполнены путем спаивания их в стекле 7 с втулками 8, выполненными из материала, температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) которого очень мал и имеет значение, близкое к ТКЛР стекла, Струны 4 и 6 расположены м ежду пол ю сами ма гнитов 9.Частотный датчик работает следующим образом,Измеряемое давление, воздействуя на мембрану 2, вызывает поворот стоек 3, в результате происходит изменение натяжения струны 4, закрепленной между стойками с помощью стеклоспая 7 и втулок 8 и расположенной в магнитном поле, образованном постоянными магнитами 9, Изменение натяжения струны 4 вызывает изменение ее собственной частоты колебаний, Возбуждение и снятие сигнала осуществляются на основе магнитоэлектрического способа возбуждения в автоколебагельном режиме. При изменении температуры измеряемой среды происходят температурные деформации мембраны 2, которые выэываютдополнительный поворот стоек 3, относительно измеряемого давления, а следовательно, и дополнительное изменение натяжения струны 4 и изменение ее собственной частоты.Аналогично работает опорная струна б, собственная (резонансная) частота которой изменяется только от воздействия температуры и не изменяется от давления, так как она закреплена в дополнительных стойках 5, которые расположены на недеформируемом участке мембраны 2. Учитывая, что измерительная 4 и опорная 6 струны закреплены на одинаковом расстоянии от центрамембраны 2, а также учитывая идентичностьих размеров, креплений и материала, из ко 5 торого изготовлены струны, то при изменении температуры измеряемой средылинейные приращения от температуры одинаковы, Крепление струн путем спаиванияих в стекле 7 между втулками 8 из материа 10 ла, ТКЛР которого близок к стеклу, позволяет исключить силовое воздействие наконцах струн, По раэностной частоте колебаний измерительной и опорной струн судят о величине измеряемого давления. В15 силу того, что измерительная и опорнаяструны находятся в одинаковых температурных условиях, а также учитывая идентичность их размеров, креплений, материалов,сила натяжения струн от воздействия тем 20 пературы изменяется нэ одинаковую величину, следовательно. разностная выходнаячастота не зависит от изменения температуры.Сьем информаций с датчика реалиэует 25 ся путем измерения разности частот колебаний струн 1 и 12 в зависимости отприложенного давления Р и температуры,Функция преобразования для такого типаустройств запишется в виде30 д=г+Л И 1(Т)- ЛцР)-2++ Ю 2(Т)+ Ь 2(Р), (1)где 11, 12 - частота колебаний измерительнойи опорной струн;ЬЯ, Ж 2 Щ - приращение частот из 35 мерительной и опорной струн от изменениятемпературы;Ю 1(Р), Ю 2(Р) - приращение частот измерительной и опорной струн от давления,В предлагаемой конструкции Ьт 1(Т)=40 =Ю 2 Я, так как струны одинаковы по конструктивным размерам и креплению.612(Р)=0, так как опорная струна размещенана недеформируемом периферийном участке мембраны,45 С учетом изложенного, выражение (1)принимает видЛ =Ь Ь 1(Р)-2 (2)Из выражения (2) видно, что раэностнаячастота не зависит от изменения температу 50 ры, а зависит от изменения давления измеряемой среды.Таким образом, предлагаемый датчикдавления с частотным выходом обладаетповышенной точностью измерения. Это до 55 стигается эа счет равномерного температурного расширения мембраны и стоеко овных и дополнительных, рэсположенны на мембране. Следовательно, собственные частоты на измерительной 11 и опорнойаказ 2994 Тираж 334 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 1 г струнах изменяются от температуры посуществу в равной степени, а значит, и преобразование полученной информации вформе измерения частот 11 и 1 г выделяетразностный выходной сигнал, который не 5зависит от изменения температуры,Предлагаемый датчик давления обладает высокой точностью измерения за счетпрактически полного исключения аддитивной и уменьшения мультипликативной температурной погрешности,Формула изобретенияЧастотный датчик давления, содержащий мембрану с утолщенным периферий ным участком и с установленными на ней основными стойками с отверстиями, в которых закреплена измерительная струна с утолщенными концами, расположенная между полюсами магнитов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения давления за счет уменьшения температурной погрешности. в нем на периферийном участке мембраны выполнены две дополнительные стойки с отверстиями, расположенные с основными стойками в одной плоскости, проходящей через центр мембраны, при этом в отверстиях дополнительных стоек закреплена введенная в датчик дополнительная опорная струна, идентичная измерительной струне, причем опорная струна расположена между полюсами магнитов, а точки закрепления опорной и измерительной струн расположены на одинаковом расстоянии от центра мембраны и опорная струна пропущена через отверстия, выполненные в основных стойках, имеющие диаметр, больший, чем утолщенные концы струны, при этом концы измерительной и опорной струны опаяны стеклом и к ним с помощью пайки прикреплены крепежные втулки, выполненные из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения,