Датчик давления

Союз Советскии Соцналистицеских Респубт 5 ик"1 5 Ю 659 ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ(51) М,Кл.е С 011. 7/08й 011. 11/00 с присоединением заявки ЛЪ -Гасударстаенньй камитет Совета Министров СССР ва делам изобретений и етнрь 1 тий(72) Авторы изобретения Е. А, Карцев и В. П. Коротков Московский институт электронного машиностроения(54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к области измерения давления жидкости и газов,В настоящее время в связи с широким внедрением автоматических систем управления производственными процессами возросля 5 потребность в датчиках давления, имеющих высокие метрологические характеристики и выходной сигнал в форме частотно-модулированного сигнала.Известен частотный датчик давления, со- и стоящий из кортуса в виде стакана, упруГгой мембраны, жестко скрепленных с мембраной стоек, струны и системы возбуждения колебаний. Стойки скреплены с мембраной в местах наибольшего цоворотд ее сечений. 15Нсдостя Гко м тя кого датчика 5 в. 5 с тс 5 трудность получения максимально возможГой чувствительности. Это объясц 5 ется тем, что в зависимости от соотношения размеров толщины ме 151)яци Толщины стенок корпуса 2 д краевыс условия заделки мембраны будут изменяться.При толщицах стенок корпуса, соизмеримых с толцицой мсмораны, будет ощутима податливость самих стенок корпуса, и угол 25 поворота сечений нагруженной мембраны в месте соединения ее со стенкой будет отличен от нуля. При толщине стенок корпуса, значительно больших толщины мембраны, можно считать, что угол поворота сечений нагружен- зо цои мембраны в месте соединения ее со стенкой будет равен нулю. Соответственно и формы упругой лицин мембраны при изменен:1 и давления в первом и втором случае будут различными.Таким образом, для различных соотношений размеров элементов конструкций датчиков координата цаиболыцего угла поворогд сечений мембраны будет отстоять от ее центра ца различных расстояниях, Точное определение координаты наибольшего угла поворота сечений для различных видов заделки расчетным пмтем прсдстявг 51 ст значиГслы 1 ыс трудности.1-1 сопредсгснцось положения оптимальной кК 1 рдццаты расположения стойки ця мембране обусловлена также влиянием продольной жесткости струпы ця искажение теоретической формы упругой линии мембраны. При этом, чем больше продолыая екссткосгь струпы, тем Оольше это пскяжш 1 ис.Погрешность в точном определении оптима.1 ьцой коордццдты приводит и сцижсци 1 о чувствительности датчика, Чтобы повысить чувстг.итсльцость такого датчика, цсобходимо увеличить прогиб мембраны, что приведет к увслцчецию погрешности, обусловленной гистсрезисом.Недостатком датчика является также отсутствие возможности тонкой регулиювки егоначальной частоты после окончательного закрепления концов струны. Зто затрудняет обеспечение взаимозаменясмостн датчиков в ПРОЦЕССЕ ЭКСГЛ йтйЦНН.,ля повышения чувствительности в предлагаемом ддгчикс ддвлсш я однй из стоск расположена от цсптрд мембраны ня расстоянии 0,58 се рсдпусс, й дэугдл - ня рйсстояпии, большем рддиусй )с)б 1)аны, пр;1 этом нару:к- ПЫЙ диймстр стакя:1, больше дийметрй ме:5- браны пе мсксе чс)д на десячь толщин мс)ябраны, Гсомстрнче кдс рд:мс,ь и ,:атеридл струны 1 ь; дчь т; , что се продо;ппяя жсст- КОСТЬ На 1)ОГО МС,;ЬШС ЖЕСТКОСТИ СПСТСМЬ МСМбрапсСтОЙК Б НянраЗЛСНИП ПродОЛЬ- пой осн струпь. Г)оз:(0 кпость окончдтельпо:,1 РЕГУЛИ)ОБКН НйчйЛ;1 он Чйетоть, й СЛСДОВс 1- ТЕ;Ы 0, И с) БСБТСЛЬНОСН ПОСЛС ОКОПЧЯТС;- ПОГО ЗДКР(.ПЛС:ННЛ 1:0)ИОБ СТРТЫ ДОСТНГйЕТСЛ ТСМ, ГО 13 ДЯТЧПКС СТО)(Д, РЯСПОЛО)4 ЕПН 251 О центрй мсорйпь пд рйсстоянп., 00.ьшс)1 радиуса, устяновлс):я с возможностшо ирсмсцен 15 вдоль продольной Оси струны.Пд чертеже покдзап описызаемын датчик давления, состоящий из упругой мембраны 1, выполненной за Одно целое со стаканом 2 и стойкой 3. Стоика 3 расположена от центра еморйпы 1 нй рйсс 05 ии 0,58)5, где Р - радиус мембраны 1. Стойка 4 укрсплспа ня стенке стяканя 2 посредством винтов 5 и 6 ня расстоянии от центра ., емораны 1, большем сс радиуса Л. С целью электрической изоляции Одного из копцов стр) пы 7 От стйкйпя 2 (корпусй) 3 с)кду стонко4 н плотпостшо стакйнд 2 роло)кепд тонкял сл 10 длпдл 11)0:ддкд 8. СоотвстстВсппо, нод ГОЛОВ 1 и Впптог 5 и 6 усГдповлсп слюдлпс шяйбы . 1(,опп;1 н 1 7 закрепляются на стокд.( 3 н; с помощью накладокО и 11 и Винтов 12 и 13. Перед окончятГь:ьздк)Плс;ем накладок О и 1 Б ст;)у;с 7 соз;)2 ГС.1 пячсльпордс",л- ГПБД 101 ЦСС 3 С 1111 С. ,01.П С 1 Р ПЬ с БЬ ЬОДЛТСЛ пя клс.1) :ОЛОдк 1 1, к котзр 11. яс)кс 110 д.ЯИВдстся ывдной кдбсль дгл 1;Одкг 1:01:и дс 1 т 1 икя к элс(тРОП 1 си сп.с,)ст 1)с.,)Ля ПОддЕрждння ПЕЗяту.;дОщип О:1" с- :,11.; йВто.0.1(.Оди т) ,ы 7 рп) п.сл ); -птоэлсктр:чкп способ 1)озбу)кд.".:, 151, пр; эТО)ч Тру.,1 7 110)ещдсг 5 В 1 О( О "ТО 1 ОГО МЯГНП ГД 1:), ) КРСНЛСНПО) О .1 П,( 11 ЖПО )1;1 ( Гскд(. 211 р 1 ОДПТГЬЬ 11 Гр 1) 11)13;1и:32 - с 51 к (с якдн, 2, 11)стт ьыс э ( (1 ГДДТ 1 ся,сл( С.ОТ(. Л ПР(,О,Р 1 ИТ(.,1 ЬП Ы. 1 )0 )ку:О) 17;,),.2,:с:,1 18. 1120) жпый дпямс 1 р ТЯКснд ) бОГ)11:( 12). Гд МС.брдп 1 1 ПС 1(с чм 11,( лт олцпн:(мбрп, 1,11,)и ПоддЧдБГ 5 1 Ю БнГрЮ 0 10- л Ость .с бр 2 2 1 пр)01 нбд(ГСЯ р Ясстол и и . (,ДБЭл)1) М 1) сос (сМИ СОС 5 сЗ И с " БС.11 П- БЯС СЯ, 111)СДО.Ьня 1 РЯСТЛГ 1 Бс 10 НЯ 5 СН,12 В струне 7 возрдстдст, что пригодпг к из.;П;Ю Чаетдтц СС КОЛЕОД;ШЙ. " ЯЗЬОСтЬ )1 с,У 1 с ЧЯГ)1 М 1 Т(1 СГ 1(.",: 1(."., .Д":О",Дс фУкцносльпо сБ 513 ЯПЯ с Всличипой изе" РЯСМОГО ДДВ(1 СПИЯ.С цельо обеспечения окончательной регулировки началИой частоты струны 7 после сбор ки Датчнк 2 стойка 4 может ере)сещаться В направлении .родольной оси струны 7 за счет изменения зазора между телом винтов 5, 6 и отверстиями в стойке 4, которые имеют больший диаметр, чем винты 5 и 6 на 0,5 - , 1 мм.Перед ндча.,ом окончательной регулировки затяжку винтов 5 и 6 ослабляют на 0,25 оборота. Стойку 4 можно перемещать либо вруч:ую, либо прп помоши специального приспособления.15 татчнк имеет большую чувствительное,.ПО У,С 11 У 0 3 Я СЧЕТ РЯСНООЖС)1 ИЯ СТОИ 1 с) пд рдсстолппн 0,58 радиуса мембраны 1. Увс.личсннс:увствнтсльности об ьлслетсл лс- Д 1 ци20 1 зв(стпо, что угол -,оворота нормялн в лк).бон ОЧКС .30 Путо 1 МСор;1 Ы ЖССТКО ЗсдПС- Л 1) ПО 1:15.,1, )ЯБ("1 с =- -- (с 2) - Г 3),16, гГДС Г1) (1,(2(2) 30 Р - дявлепие;Л - рддиус мембраны;Г -- радиус, на котором расположс 2стойка для крепления струны;-- ОЛЦинй МЕ.;ОРЯНЫ;33 1:модуль упругости матсрияла мсмбпдпы;и . Коэффициент Пуассона.1 сл рсс)(,.10)ГГ( стОЙ 5 у 3 на мембране 1В месте паибоьшего угла поворота нормали,4) то прп прочих рдвнык условияк закрепленная".рупа 7 1 олучпг 1 яиоольПсе приращение упруОЙ,с(1)0211., я слс,овате)ьО, и рястя:1 210:,1 Й сиь, Пр 1 этоз 1 из)сссне чдсГОГБсРМП 1 ) с)УДС Г М.КСПЯЛЬНО БОЗ.ОЖН 1. Д;51л 21 и ы.; ярд:,).тров датчика.Рдд:.с Г, нрн котором угол поворота стой 3 будет мд.(сп:,1 лн 1)1, Опрсдс,Ястс 51 ну Гсм(3) с)- 0 58 Р.1 Олучпо( соопошсннс спрявсд ивоГГько длл случял жесткого здщемлснил по1 с 1)1 1 11 СН То цн;р,: СТСНОК СКйн;1 2 Д 1 сК с Д(.ЛЯ-. Ь МСПЬНЕ, сЕ ПЯТЬ ТОГ- и;нп мсмбрдпы 1, )о зд счет податливости стс- НО), Та(сс.с 2 (с;Ор:1 2 унруГОЙ ЛИНИИ ЗОГНу)01 ;,с:0)йпы 1 пе буде соответстВовйть слчаО, оппсыг)аемоу приведеными уравнениями, и я рс(ПЭЛОЖ(ннс (."ГОЙ 1:Н 3 1 рсдССТ 051 НПН 008 ,510659 Тнраь 10 о 9комитета Совета Министровретений н открвтпй35, Раушскаи нао., д. 4,5 Изд.1314 ПИ Государственног по делам изо 113035, Москва, ЖЗаказ5191 пнсное ЮТ, Загорский фплиа 5не обсев:. Ч итакси мильной чувствительности датчика.Кроме то з, 1 родольная жесткость струны 7 такж с гса кает теоретическую форму кривой проб." чбраны 1 под нагрузкой, Это искажене бует тем больше, чем больше жесткость ст 1.уны 7 по сравнению с жесткостью системы мембрана 1 - стойки 3 - 4 ь направлении продольной оси струны 7, Искажения формы кривой прогиба мембраны 1 также трудно учесть теоретически. Таким образом, с целью обеспечения максимальной чувствительности датчика при г = 0,58 Я необходимо, чтобы продольная жесткость струны 7 была на порядок меньше жесткости системы мембрана 1 - стойки 3 - 4 в направлении продольной оси струны 7. Такое соотношение жесткостей можно обеспечить, например, за счет применения струны 7 из материала с небольшим модулем упругости и малой площадью поперечного сечения. Напри м=,., струна из сплава ПлСр - 20 с Е=17500 кг/мм и 5 = 550 (мкм).Результаты экспериментальных исследований образцов датчиков покаали, что их ос 6новная приведенная погрешность лежит в пределах 0,2 - 0,25%. 5 Формула изобретения 1. Датчик давления, содержащий корпус ввиде стакана, дно которого служит мембраной, стойки, струну, прикрепленную к стойкам, 10 и систему возбуждения колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, уменьшения погрешности, обусловленной гистерезисом мембраны, одна из стоек расположена от центра мембраны на расстоянии 0,58 ее радиуса, а другая - на расстоянии, большем радиуса мембраны, при этом наружный диаметр стакана больше диаметра мембраны не менее чем на десять толщин мембраны.о 0 2. Датчик по и. 1, отличающийся тем, что,с целью обеспечения регулировки начальной частоты, в нем стойка, расположенная от центра мембраны на расстоянии, большем ее радиуса, установлена с возможностью перемещения вдоль продольной оси струны.