Частотный датчик давления

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскияСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 04, 05, 81 (21) 3283281/18-10 (511 М. КП.З С 0111/00 с присоединением заявки Нов(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 2802.83. Бюллетень Мо 8Дата опубликования описания 28,02,83 тЕ,С.Левшина, Е.Н.Пятышев и Л,В ЧерненькаягюЛенинградский ордена Ленина поли иЫохий ннстйтутим. М.И.Калин на,(72) Авторы изобретения(54) ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может найти применение для измерения давления газов, особенно низких давлений.Известны частотные датчики давления, у которых плоская мембрана разделяет внутренний цилиндрический объем на две симметричные камеры, а торцовые стенки образованы плоскими электродами в форме дисков; Камеры сообщаются с измеряемой средой посредством капилярных каналов. Датчик имеет электростатическую систему возбуждения и съема колебаний 1 1. 15К недостаткам такой конструкции следует отнести относительно высокую жесткость закрепленной по периферии мембраны, следствием чего является невысокая добротность колебаний системы и низкая чувствительность, осо" бенно в области низких давлений.Известны также датчики давления с частотным выходом, содержащие плоскую мембрану, которая укреплена в"кор пусе посредством упругих растяжек и, следовательно, образует две рабочие камеры, дополнительно сообщающиеся между собой через отверстия по периферии мембраны. ЗО Выполнение мембраны с отверстиямив периферийной части позволяет понизить жесткость мембраны и улучшитьего метрологические характеристикине нарушая принцип действия датчика,так как эти отверстия вынесены заграницы полостей, образующих газовыепружины 2 ,Однако верхняя граница рабочегодиапазона датчика определяется добротностью колебательной системы и невозможностью обеспечить высокую точностьавтогенератора при низкой добротности. Среди потерь, определяющих добротность, существенную роль играютпотери на вязкое трениепри радиальном движении газа, вызванном . колебаниями мембраны в зазоре между торцовыми стенками рабочих камер.Цель изобретения - повышение добротности колебательной системы датчика за счет уменьшения потерь навязкое, трение,Укаэанная цель достигается тем,что в датчике, содержащем колебательную систему в виде плоской мембраны,разделяющей внутреннюю полость корпу"са на две симметричные рабочие камеры, сообщающиеся между собой черезотверстия по периферии мембраны и сконтролируемой средой через капилярные каналы в корпусе, внутренние поверхности рабочих камер, обращенные к мембране, выполнены в виде частей сферы.На фиг.1 изображена конструкция и принципиальная электрическая схема датчика, на фиг.2 - амплитудно-частотные характеристики.Рабочие камеры датчика (фиг,1)образованы двумя крышками 1, между ко торыми зажата мембрана 2. Крышки выполнены из изоляционного материала, например, стекла, мембрана - из металлической пленки, на периферийной части которой выполнены отверстия 3.Полости 4, находящиеся по обе стороны мембраны, соединены каналами 5 с внешней средой и, следовательно, давление газа в обеих полостях равно измеряемому, а глубина рабочей части полостей сделана очень малой. В периферийной части полости имеют кольцевые углубления 6 значительно большей глубины, чем рабочая часть.На стеклянные крышки нанесены элект.роды 7 и 8, которые служат неподвижными пластинами электростатического преобразователя напряжения в силу и емкости преобразователя виброперемещений. Подвижной пластиной того и другого преобразователя является мембрана 2, которая электрически соединяется с корпусом. К обоим неподвижным электродам подводится напряжение от стабилизатбра напряжения. К электроду 7 подключен усилитель 9, выход ко- З 5 торого соединен с электродом 8. К выходу усилителя подключен также блок 10 линеаризации частоты, выход которого соединен с счетчиком 11.Работа датчика заключается в сле дующем.Преобразователь напряжения в силу, образованный электродом 8 и мембраной 2, и преобразователь виброперемещения в напряжение, образованный электродом 7 и мембраной 2, включены в цепь обратной связи усилителя 9, коэффициент усиления и фазовый сдвиг в котором выбираются таким образом, чтобы в системе возбуждались автоко лебания.50Принцип действия датчика основан на зависимости частоты автоколебаний от измеряемого давления, приэтом резонансная частота колеба-.тельной системы определяется массой мембраны и суммарной жесткостью собственно мембраны и газовой пружины, образующейся при колебаниях в рабочих полостях 4. Причем жесткость га-, зовой пружины для статической силы 60 равна нулю, а для динамической силы увеличивается с увеличением частоты колебаний.Нижняя граница рабочего диапазона датчика определяется отношением жест- у кости газовой пружины и мембраны. Задача снижения жесткости мембраны в датчике решается уменьшением ее толщины, а также выполнением перфораций в периферийной части.Верхняя граница рабочего диапазона датчика определяется добротностью колебательной системы, которая в первую очередь зависит от величины вязкого трения газа в рабочих камерах. Благодаря выполнению внутренних поверхностей 7 и 8 рабочих камер 4 в виде частей сферы, радиус которых подобен радиусу колеблющейся мембраны в крайних положениях, значительно уменьшается радиальный градиент давления, так как относительные дефор-" мации кольцевых элементов газовой пружины оказываются примерно равными, а с уменьшением радиальных градиентов давления уменьшаются радиальные потоки газа и существенен повышаЕтся добротность колебательной системы.На фиг.2 представлены полученные экспериментально амплитудно-частотные характеристикиАЧХ) датчика,. имеющего внутренние поверхности рабочих камер в виде частей сферы ),фиг,2 а) и датчика с плоскими стенками фиг.2 б), имеющего те же габариты, диаметр и толщину мембраны.На фиг.2 а АЧХ датчика получены при давлениях 4 гПа - кривая 1 и 20 гПа кривая О, на фиг.20- та же характеристика, полученная при давлении 4 гПа.Как видно из приведенных результатов добротность датчика на частоте основного резонанса при замене плоской стенки на сферическую возросла в два. раза, в то время как добротность на частоте второго резонанса уменьшилась в 1,7 раза, а третьего резонанса - в 1,5 раза.Формула изобретения,Частотный датчик давления, содержащий колебательную систему в видеплоской мембраны, разделяющей внутреннюю полость корпуса на две симметричные рабочие камеры, сообщающиесямежду собой через отверстия по периферии мембраны и с контролируемойсредой через капиллярные каналы вкорпусе,о т л и ч а ю щ и й с я тем,что,с целью повышения добротности засчет уменьшения потерь на вязкоетрение, в нем внутренние поверхностирабочих камер, обращенные к мембране, выполнены в виде частей сферы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 228992, кл. 6 01 1, 11/00, 1966.2. Авторское свидетельство СССРф 667840 кл. С 01 )., 11/00 1976прототип ).1000805 ВНИИПИ Заказ 1362аж 871 Подписное Филиал ППП фйатентУжгород, ул.Проектная,4