Датчик давлений

(43) Опубликовано 30.03,78. БОг)лстснь12 (45) Дата опубликования описания 17.04.78 Государственный комитет Совета Министров СССР по дег)ам изобретенийи открытий(53) УДК 531.787(088 72) Автор из 001)с.тснн 5 Е. А, Карцев Московский институт электронного маи)иностроени(5. 2 Между стсйк 9 натянуты три к;нцов натянуть влястся притер) 10 иосрс;1 твом )ы в зяз 01 ы;)с к)онштейнами 8, 11, 12. Фи кя пи я11.2 суп)естдкя ми 13, 14, 15,Р) НЫ ПС Нсе)ч)итсв 17 18 и 19 мн)и г стр)ны 10 трл 10 ыми пакля ВитОВ. Вс Ч511 Х МИзобрстсшс относится и измерительной технисс, в аНости к частотным преобразователям давления.Известны датчнки давления с частным выходом 11), 1-аиболсе близким к изобретению 5 по тсхничесской сущности является датчик разности давлении, содер)кащий корпус, две мембраны и преобразователь псрсмсгцснисн мсмораи )в часто)у 12. Тако)й тяг Н)с ис даст одшврсмс ншй инс 1 р:)г)ции об обоих 1)вмс- )О рясмых,ав:. Няхо р;)знссг .)с)кд э)пм ,1лс. иям)г.1)с)и 1;50 б)с 1 сн)51 сосис)снсс 55 мо)сшсти иолучс ия одновременной информации 01)ух измсрясмых Дглсни 5 х сн об их разно б;.) 0 дссНГ.Г с 5 тем, 110 в )рсдл)1 Гасло.) дгчиксч одер)сацем сорпус, упругий ю встнитсльный элсмс нт сп преобразователь перса)снСний чувствительного элемента в часто ту, упругий чувствительный элемент выполнсп в Б)дс 1:асполо)кснных В ОднОЙ плоскости двух идснтичных мембран, являюгцихся торцовыми частями двух цилиндрических расточск, выполненных в ко,;)пусе, при этом каж д 5) мс.;О;)и спабзксна одпакоой по высотс. стойкой, смещенной атиссительно центра мембраны и расположенной нсрпсндикулярно к и.)с 50 н мсм О) а ни и Оси, сОСДНН 5 10- )цс ч )сидр) х)с)срг), я ия тсрновсй ,)окс сти ко 1)пуса установлсны дня кронштейна, причем между стойками, стоиками и кронштейнами закреплены концы трех стр) и струнных )преобразователей.1-)а фиг. 1 показан датчик, общий вид; ня фиГ. 2, с), О, В изооражсны по,о;1 ссния раоо,- чих элементов прсооразоватсля во время работы,В корпусе 1 (фГ. 1) Ныи;лисы две ци.дричск )с рягочк), тр)оныс 1)ян ко)орых сб;:с)з 1 О токи. )с,) Г.1 ь)с сл)бс)ны 2 и 3. 1 3 м с р 5 с м ы с,5 в гс н и я и Од ю 1 с 515 н О- лость ряточек чсрз )Г) )С;,1) 4 и 5, ирива,)снныс к кОрнусу 1.Стойки 0 и г,ряног)озкснь) ня мембранах 23 и )кс)ко ркрс)1.с)ь к 1)и,) 1)с)сотО- ры м одичав я квь) м м сиси и ем отис) си с лшО центров мсмб 1)ян 2,и 3. 11 а корпусе 1 жестко закреплены к,)онштсйны 8 и 9. Й 1)рскнс стороны тоск 6, 7 и кроиштсинов 8, 9 расиолож с н ы н с р и с иди ку л 5 1. н О 1 О си ) со сди и я 10)цс и центры мембран 2 и 3. Эт 1 ось является для стоек 6, 7 и кро:штсйнсв 8, 9 осью иммст )1.соответственно, что позволяет поддерживать незатухающие поперечные автоколебания струн 10, 11, 12 путем подключения их концов к трем электронным усилителям с положительной ооратной связью. При этом концы струн 1 О, 11, 12 электр 111 сскп изолированы от корпуса 1. 1 ля зашиты датчика от воздействия пыли, влаги и элект 1 ромагнптных помех его Верхняя часть закрыта защитным кожухом из магнитомягкого материала.При отсутсгвиги избыточных давлений (Р 1=Р,=О) мембраны 2 и 3 нс прогибаются и частота собственных поперечных колсбаний струн 10, 11, 12 (фиг, 2, а) равна вполне определенному начальному фиксированному значени 10. Полоким, что начальная частота сгРУны 1 О Равна 1",о, стРУны 11 - 1 ои стРУ- НЫ 12 - 1 о 12 СООТВСТСТВСННО.Прп подаче в штуцеры 4 и 5 датчика избыточных давлений Р =Р 20 обе мембраны 2 и 3 прогибаются на одинакову 1 о величину. Соответствснно стойки 6 и 7, жестко закрепленные на мсморанах и смещенные относительно их центров на одинаковую величину, поворач 11 ва 10 тс 51,на Один и тот жс угол (фгиг. 2, б). Поскольку геометрические размеры мембран 2 и 3 и стоек 6 и 7 одинаковы, в этом случае изменения вел 11 чины упругой деформации струны 11 нс происходит и частота ее собственных поперечных колебаний остается неизменной и равной значению 1 о. Величина начальной упругой деформации струны 10 увсличивастся на всличиону В и се частота изменяется и становитсяР 1 о = Ь+ 4,офгдс л)1 о -- приращение частоты, функционально связанное с измеряемым давлением Р,.В первом приближслюи Л 11,: К 1 Р 1, где К 1 - КОЭфсрнциент ПрОПОрц 11 ОНаЛШ 1 ОСтиоВеличина,начальной 1 упругой дсформац 1 п струны 12 уменьшается на вслигипу В и сс частота также изменяется112 112 1 Ч 12где Л 12 - пр 11 ращснис частоты, функционально связанное с 1 гзмсрясмым давлением 1 2В ИЕРВОМ ПРИЙЛИжЕНИИ Л/12= КРг, ГДЕ Кг - коэффициент пропорциональности,Таким образом, в положении, показанном па фиг. 2, б, с выхода датчика одновременно получается информация о давлсппп 11 в Впдс электрического сигнала частоты 11 о, о давлснгги Рг в Впдс частоты элсктри 1 сского сигнала и 112 и о разности давлений ХР=Р 1 -- Р 2=0 в видс частоты электрпческого сигнала 111.Рассмотрим случай, соответствующий положению, когда измеряемые,избыточные давлеНня Р 1 И Рг НС раВНЫ МЕжду СОбОй, НаПрИМЕр Рг Р 1 и Р =Р 1+.Р (фнт, 2,В). ПОд действием измеряемых давлений мембраны 2 и 3 прогибаются, что вызывает угловос смещение стоек 6 и 7, закрепленных на мембранах 2 и 3. Вследствие геометрической симметрии обеих половин датчика при Рг)Р 1 правая стойка 7 поворачивается на угол с+Лср, а левая 6 -- на угол с 1,. 1 ппейные перемещених онцов стоек 6 и 7 также Оказываются неодинаковыми, в результате чего увеличивается упругая деформация струны 11 и возрастает сс частота до значения1071 - Ь+ )-111+ 1 х (1 2 11) -- Й 1: -К 2 хгде Ь 111 - приращение частоты струныфункционально связанное с измеряемой разно тью давлегний;ЛР= - Р - Р, - измеряемая разность давлсп,ий;Кг - коэффициент пропорциональности.Таким образом, приращение частоты стру.ны является информацисй о разности измеряемых давлсний.с 1 астоты струн 1"1 о и /о 12 (фиг. 2, в) такжеизменяются на величину, пропорциональную 2 д измеряемым давлениям Р, и Рг и равны соотвстствснно11 о = Йо+ 41 о=Йо = К 1 Р,;11 г = 112 - 412112 - КРг301 хак и в предыдущем случае, с датчика одновременно лолу чается информация в виде трех независимых частотно-модулированных выходных сигналов о каждом пз измеряемых давлсн гй и об их разности.Для повышения стабильности метрологичс 01 О 1 х характеристик ВО Времени Все осноВные узлы датчпка - корпус, мембраны, стойки могут быть выполнены как одно целое из единой заготовки. Отсутствие стыков и уменьшсние количества деталей существенно уменьшает возможныс источники релаксационпых процессов, что обеспечивает повышсс 1 аоиольпос 1 Н мст 1;Ологпчсскпх характсР И С 11 И.Формула изобретения50,Цат 1 ик давления, содержащий корпус,упругий 1 увствитслш 1 ый элемент и преобразователь гпсрсмсщспнй чувствительного элемента в частоту, отл,пчающггйся тем, что, с целью возможности получения одновременной информации о двух,измеряемых давлениях и об их разности, в нем упругий чувствительный элемент выполнен в,виде рас положенных в одной плоскости двух идентичных мембран, являющихся торцовыми частя- МИ ДВУХ ЦИЛПН;1 РИоЧССКИХ РаСтОЧЕКВЫПОЛНСН- ных в корпусе, пги этом каждая мембрана 0 снабжена одинаковой по высоте стойкой,=Рг юю о г Составитель О. Полевхред А. Камышникова корректоры: Ли Редактор А. Осочнико искин ахнин Тпрахк 1122овета Министровоткрытийская наб., д. 4,5 Изд. М 382 осударственного комитета по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РауЗаказ 507 ПодписноеССР О ипография, пр. Сапунова смешенной относительно. центра мембраны и расположенной перпендикулярно к плоскости мембраны и оси, соединя 1 ощей центры мембраны, а на торцовой плоскости, корпуса установлены два кронштейна, причем между стойками, стойками и кронштейнами закреплены концы трек струн струннык преобразователей. Источники информации,принятые во внимание при эк;пертизе1. Авторское свидетельство СССР ЛЪ 168505кл. Ст 011. 11/00, 1961.5 2. Вибрационно-частотные преобразователи. Сборник научно-технических статей подред. Л. Г. Эткина. Ч, 1, НИКИМП, М., 1970,с. 134.