Частотный преобразователь давления

1129504 1Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения давления и плотности.Известны устройства для измерения давления,.содержащие упругий цилиндрический резонатор с тонкостенным активным участком, усилитель, возбудители и приемники: колебаний. Цилиндрический резонатор; возбудите" ли и приемники колебаний, а также , 10 1усилитель образуют электромеханичес кую автоколебательную систему, кото рая вызывает механические колебания резонатора на его собственной часто. те, соответствующей условиям его 15 нагружения. На выходе системы появляется электрический сигнал, частота которого близка к собственной частоте резонатора 111.Основные недостатки известных устройств заключаются во влиянии температуры и плотности контролируе" мой среды на точность измерения давления.Наиболее близким к предлагаемому, является датчик давления с частотньп 4 выходным сигналом, содержащий герметичный корпус, внутри которого на неподвижном основании установлен упругий тонкостенный цилиндрический резонатор в виде стакана, внутренняя. 30 полость которого соединена с подводящим штуцером, возбудители и приемники колебаний 23Существенным недостатком известного устройства является влияние 35 плотности контролируемой среды на точность измерения давления.Цель изобретения - повышение точности измерения давления за счеь исключения влияния плотности контролируемой среды и расширения функцио-. нальных возможностей. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащее герметич45 ный корпус, внутри которого на не-.подвижном основании установлен упргий тонкостенный цилиндрический резонатор в виде стакана, внутренняя Ьолость которого соединена с подводя"50 1 цим штуцером, возбудители и приемники колебаний, введены поворотная вставка с осью, установленная в опорах соосно резонатору в его внутренней полости, якорь, расположенный на оси вставки и взаимодействующий.с размещенной внутри резонатора соленоидной катушкой, подключенной через ключ к источнику питания, и ограничитель поворота вставки, расположенный во внутренней полостирезонатора, при этом поперечноесечениеповоротной вставки имеетзвездообразную форму с равнорасположенными по окружности лучами, количество которых соответствует количеству возбудителей колебаний резонатора,На фиг. 1 изображено предлагаемоеустройство, общий вид; на фиг. 2 -форма и положение вставки на активном участке цилиндрического резонатора; на фиг. 3 - электромагнитноеисполнительное устройство.Преобразователь содержит цилиндрический .резонатор 1 стонкостеннымактивным участком 2 и дном 3, который жестко закреплен своим концомна основании 4. Внутри резонатора 1установлена поворотная вставка 5,имеющая на активном участке 2звездообразную форму с четырьмяравнорасположенными по окружностивершинами, образующими зазор 6 состенкой"резонатора. Поворотная вставка 5 одним концом оси упираетсяв основание 4, а другим - в дно3 резонатора. На оси поворотнойвставки 5 закреплен якорь 7 (фиг.3)электромагнита. Обмотка 8 электромагнита и ограничитель 9 поворота вставки расположены на основании 4, в .котором имеются подводящие отверстия10. Возвратная пружина 11 оДнимконцом прикреплена к оси поворотной.вставки 5, а другим - к основанию4. К основанию 4 жестко присоединенытакже подводящий штуцер 12 и кожух13, во внутренней вакуумированной1полости 14 которого установлены возбудители 15 и приемники 16 колебаний,Входы обмотки 8 электромагнитасоединены с выходами ключа 17, связанного с выходами источника 18 питания и таймера 19. Устройство работает следующим образом.Через штуцер 12 и подводящие отверстия 10 в основании 4 контролируемая среда подается во внутреннюю полость цилиндрического резонатора 1, Давление контролируемой среды вызывает механические напряжения в стенке резонатора и тем самым изменяет собственную частоту механических колебаний резонатора.3 1129На собственную частоту механических колебаний резонатора влияеттакже плотность контролируемой средывследствие эффектаприсоединенныхмасс. Поэтому частота выходногоэлектрического сигнала электромеханической автоколебательной системы,образованной резонатором 1, приемни"ком 16 и возбудителем 15 колебанийблизкая к собственной частоте механи1 Оческих колебаний резонатора 1, является функцией давления и плотцостии зависит от коэффициента присоединенной массы. Коэффициент присоединенной массы определяется геометрией5внутренней полости резонатора, вкоторую подается контролируемаясреда.Эту геометрию задает поворотнаявставка 5. На активном участке 2резонатора может быть два варианта .20геометрии внутренней полости,один из которых соответствует поло-:жению и поворотной вставки (фиг.21,а другой - положению. Эти варианты соответствуют разным значениям25коэффициента присоединенной массы.Поскольку две соседние пучностиколеблются всегда в противофазе, томежду ними возникает перетеканиеконтролируемой среды. Так, если. в одной из пучностей в данный моментвремени происходит деформация резона тора внутрь, то в соседней - наружу,и контролируемая среда перетекаетиз первой пучности во вторую. ЗЗРассмотрим случай, когда вставканаходится в положении п , т.е.вершины вставки расположены в пуч,ностях колебаний.В этом случае встав,ка не оказывает существенного . 40сопротивления перетеканию контролируе.иой среды между двумя соседними пучностями. Если же вставка находитсяв положении Ъ, т.е. вершинами вузлах колебаний, то перетекание , 4контролируемой среды между соседнимипучностями может происходить лишьчерез зазоры 6, образованные вершинами вставки и стенкой резонатора. 504 4Коэффициент присоединенной массы вб втором случае больше, чем в первом, поскольку контролируемая среда, не имеющая возможности перетекать из пучности в пучность, оказывает цополнительное демпфирующее воздействие на колебания стенки резонатора. Этот коэффициент тем больше, чем меньше зазоры 6.Процесс измерения состоит из двух этапов. На первом этапе обмотка 8 электромагнита обесточена. При этом пружина 11 обеспечивает такое расположение вставки, в котором якорь 7 электромагнита прижат к ограничи" телю 9 поворота, что соответствует случаю м фиг, 2)В резонаторе воз" ,буждаются механические колебания 1на его собственной частоте и фиксируется частота электрического сигнала, близкая к частоте колебаний резонато- ра.На втором этапе измерения ключ17 по команде с таймера 19 подключа". ет источник питания к обмотке 8, электромагнита. Возникающее при этом магнитное поле обеспечивает втягивание якоря 7 электромагнита до упора и соответственно поворот ,вставки на определенный угол, например 45 . Таким образом, положение .оповоротной вставки на втором этапе измерения соответствует случаю Ъ,При обработке результатов двух этапов измерения вычисляют величину текущего значения плотности контролируемой среды.Далее, учитывая найденное значение плотности, находят величину измеряемого давления, не зависящую от изменения плотности контролируемой среды.Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения давления за счет исключения влияния плотности контролируемой среды и расширить его функциональные возможности,