Струнный датчик давления

(19) 111) 6 01 Р,1 ИЕ ИЗОБРЕТ П КА ИДЕТ во СССР73В.Г.,ы сергия",ототип).ЕНИЯ,размес жест- струнний с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Московский институт электронного машиностроения(54)(57) СТРУННЫЙ ДАТЧИК ДАВЛсодержащий корпус, в которомщены чувствительная мембранаким центром, дифференциальный. ный преобразователь перемещепередаточным рычагом и двумя пара лельными струнами, закрепленными одним концом в корпусе, а другим на рычаге, и систему возбуждения и сьема колебаний струн, о т л и ч а ющ и й с я тем, что,с целью повышения точности, в нем с внешней стороны чувствительной мембраны установлена с. зазором дополнительная мембрана, полость между мембранами заполнена жидкостью, а рычаг подвешен к корпусу на ленточном торсионном подвесе, снабжен клеммами для подсоединения к регулируемому источнику тока и связан с жестким центром чувствительной мембраны посредством введенной в датчик растяжки, соединеннойдругим концом с рычагом и установленной соосно струне, при этом к центру чувствительной мембраны подключентокоподвод.Изобретения предназначено для измерения давления с помощьюструнныхдатчиков давления. Известны струнные датчики для изне, грунте и других средах, содержащие корпус, мембрану, частотный преобразователь перемещений мембраны,выполненный в виде струны, прикрепленной одним концом к мембране, адругим концом к корпусу датчика, иустройство для возбуждения колебанийструны 1,Реализация измерения давления однострунными датчиками с погрешностьюменее 24 затруднена из-за нестабильности и нелинейности характеристикивыходного сигнала, требующей индивидуальной градуировки.Компенсация температурной погрешности и настройка таких датчиков на10 15 20 заданную чувствительность и нуль затруднены, требуют индивидуальной гра. дуировки,.а в процессе эксплуатации невозможны.Известны также частотные дифференциальные датчики давления, содержащие упругий чувствительный элемент, выполненный в виде мембраны, и частотный преобразователь перемещений мембраны,содержащий две параллельно расположенные струны, подвижные концы которых закреплены на стойке, смещенной относительно центра мембраны и расположенной перпендикулярно к 35 плоскости мембраны 2.Недостатком таких датчиков является низкая точность измерения давлений в грунте и на контакте с сооружениямив условиях больших перепадов окружаю.40 щей температуры, поскольку жесткая связь между мембраной, струнами и корпусом преобразователя перемещений вызывает значительную температурную погрешность из-за разброса коэффициентов линейного теплового расширения 45(КЛТР) материалов элементов конструкции.Цель изобретения - повышение точности датчика.Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус, в котором размещены чувствительная 50 мембрана с жестким центром, дифференциальный струнный преобразовательперемещений с передаточным рычагоми двумя параллельными струнами, закрепленными одним концом в корпусе,55 мерения сжимающих напряжений в бето. 5 а другим - на рычаге, и систему возбуждения и съема колебаний струн, свнешней стороны чувствительной мембраны установлена с зазором дополнительная мембрана, полость между мембранами заполнена жидкостью, а рычаг подвешен к корпусу на ленточномторсионном подвесе, снабжен клеммамидля подсоединения к регулируемомуисточнику тока и связан с жесткимцентром чувствительной мембраны посредством введенной в датчик растяжки, соединенной другим концом с рычагом и установленной соосно струне,при этом к центру чувствительной мембраны подключен токоподвод,На фиг. схематически изображендатчик, разрез плоскостью, в которойлежат струны и растяжка; на фиг.2 датчик, разрез плоскостью, в которойлежат ленты подвеса.В корпусе 1 датчика размещаютсяструны 2 и 3, закрепленные в немодними концами, электрически изолированными от корпуса 1 , и рычаг4, подвешенный к корпусу на ленточномторсионном подвесе, который состоитиз двух натянутых лент 5 и 6 прямоугольного сечения. На плече 7 рычага 4 параллельно струне 3 закреплен соосно со струной один конец растяжки8 и второй конец струны 3, Ленты.5и 6 параллельны между собой, продольные оси лент 5 и 6 расположены вплоскости, параллельной продольнымосям струн 2 и 3. Второй конец натянутой растяжки 8 закреплен на жестком центре 9 измерительной мембраны 10, выполненной в виде сольцевой проточки. Мембрана 10 находится в контакте с жидкостью 11, заполняющей объем между воспринимающей давление грунта мембраной 12 и чувствительноймембраной 10.Концы лент 6 электрически изолированы от корпуса 1, снабжены выводами для независимого подключения струн 2 и 3 к внешним генераторам колебаний. Струны 2 и 3 расположены в поле постоянных магнитов 13 возбуждения колебаний струн 2 и 3.Концы лент 5 также изолированыот корпуса 1 и снабжены выводамидля подключения конца растяжки 8,закрепленного на плече 7 рычага 4,к одной из фаз внешнего регулируемогоисточника тока ее нагрева. Второйконец растяжки 8 через центр 9 и10763мембрану 10, снабженную выводом 14,подключен к другой фазе внешнегоисточника нагрева (внешние генераторы и источник не показаны),Измеряемое давление Р через деформацию поверхности воспринимающеймембраны 12 воздействует на жидкость11. Мембрана 12, жидкость 11 и чувствительная мембрана 10 образуютгидравлический мультипликатор малых 10перемещений мембраны 12 в сравнительно большое перемещение центра 9 чувствительной мембраны 10.Наличие жидкости 11 позволяет получить требуемое соотношение между 15жесткостью среды, окружающей датчик,и жесткостью мембраны 12 в направлении измеряемого давления, что необходимо для исключения влияния датцика на характер напряжений в зоне 20измерения.Перемещение центра 9 чеРез растяж.ку 8 вызывает поворот рычага 4 вокругоси вращения, расположенной между лен"тами 5 и 6 подвеса,имеющими предвари,тельное натяжение, параллельно им.При этом минимальное расстояние осивращения рычагов 4 от оси растяжки .8 зависит от соотношения продольныхжесткостей растяжки 8, струн 2 и 3 з 0и поперечных жесткостей лент 5 и 6вдоль продольной.оси растяжки 8.8 свою очередь, поперечные жесткости лент 5 и 6 вдоль оси растяжкизависят от размеров их поперечногосечения и предварительного натяжения,Например, при значительно большойпоперечной жесткости ленты 5, посравнению с указанными жесткостями 40растяжки 8, струн 2 и 3 и ленты 6,ось вращения рычага 4 будет совпадать с продольной осью симметрии ленты 5. Нагрев растяжки 8, подключеннойк регулируемому источнику через концы 45ленты 6, вызовет поворот в направлении против часовой стрелки Рычага 4вокруг оси вращения, изменение частотструн 2 и 3 и смещение начальногозначения нуля) выходного сигнала. 786Этот эффект используется для дистанционного регулирования нуля датчика.Для обоснования возможности дистан. ционного регулирования второго параметра характеристики - чувствительности - рассмотрим две жесткости.Первая - жесткость подвижной системы, образованной рычагом 4, растяжкой 8, лентами 5 и 6 и струнами 2 и 3, в направлении силы, приложенной к плечу 7 рычага вдоль продольной оси растяжки 8.8 торая - жесткость подвижной системы в направлении силы, приложенной к рычагу 7 параллельно оси растяжки 8, но в плоскости, образованной продольными осями лент 5 и 6.Если две жесткости равны, то ось вращения рычага 4 находится на равном расстоянии от растяжки 8 и плоскости, в которой расположены ленты 5 и 6.При подключении ленты(5 и 6 к источнику нагрева вторая жесткость уменьшится и ось вращения сместится в сторону растяжки 8, что приведет к увеличению чувствительности датчика.Таким образом, регулируя ток нагрева растяжки 8, изменяют нуль выходной характеристики и, регулируя ток нагрева ленты 5 или 6, изменяют чувствительность датчика.Требуемое соотношение между пределами регулирования нуля и пределами регулирования чувствительности обес-" печивают выбором параметров лент 5 и6 растяжки 8.Использование двух лент подвесв, концы которых изолированы электрически от корпуса, обеспечивают развязку цепей коррекции от цепей возбуждения колебаний струн. Таким образом, дистанционное воздействие на выходной сигнал - регулировка нуля и чувствительности позволяет компенсировать погрешность из-за разброса параметров датчика вследствие технологических допусков и влияния окружающей температуры.1076786 Составитель Л.Балянинаедактор Н.Руднева Техред Т,Катоцка Корректор И.Эрдейи е эка илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,37/40 Тираж 8 ВНИИПИ Государственн по делам иэобр 113035 Москва, Ж23. Подпис го комитета СССР тений и открытийРауаская наб д.