Устройство для измерения давления

(51) С 01 Ь 1 00 ГОСУДАРСТВЕННЫИПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ КОМИТЕТ СССРНИЙ И ОТКРЫТИЙ БРЕТЕНИ ТВУ(53) 531.787(088. стоика мембра стойка Р 6 Е.Е,Карцев ститут эле нного Авторское 59, кл, С 0 Карцев Е.А. рунные изме М., 1982,(54)(57) УДАВЛЕНИЯ,включающий ТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕдержащее датчиксебя корпус, рй на две полостдмембранная - гуумирована, а дя - сообщена сдавления, и в нзакрепленная на РЕНИЯ давления, зделенодна из рметизиугая - сточником й разме- мембране нын мембра которых - рована и в надмембранНзмеряемогщены жестк ПИСАНИЕ И Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕП смещенная относительно центраны на 0,58 радиуса мембраны,закрепленная на корпусе с возможностью перемещения, струна, концы которой закреплены на стойках, и магнитная система возбуждения колебаний струны, и измерительный блок, содержащий усилитель и выходной ре- гистрирующий прибор, при этом концы струны датчика подключены к входу усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения давлений, оно снабжено электронным реле с перестраиваемым по частоте порогом срабатывания, вход которого подключен к выходу усилителя, и электрической цепью, состоящей из последовательно соединенных дросселя, постоянного сопротивления реостата, стабилизированного источника постоянного напряжения и контактов электронного реле и включенной параллельно входу электронного усилителя.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению давления газообразных сред.Известны устройства для измерениядавления с частотно-модулированнымвыходным сигналом, содержащие упругийчувствительный элемент, преобразующийизмеряемое давление в перемещение, ивторичные преобразователи перемещенияв частотно-модулированный сигнал. 10Известно устройство для измерениядавления, содержащее корпус с мембраной, на которой жестко закрепленастойка, смещенная относительно цент 1 ра мембраны, стойку, жестко закреплейную на корпусе с возможностью ееперемещения, струну, закрепленную настойках, магнитную систему возбуждения колебаний, электронный усилительи отсчетное устройство Я . 20Известное устройство благодарявозможности применения достаточнотонкой мембраны и струны с малойплощадью поперечного сечения можетобеспечить измерение абсолютного 25давления вплоть до 133 Па (1 мм рт. ст. ),Однако для измерения давлений до0,1 Па (10мм рт.ст.) такое устройство не может быть использовановследствие недостаточной чувстви"тельности. Повышение чувствительнос-ти за счет дальнейшего утонения мембраны и уменьшения площади поперечного сечения струны физически не реализуется.35Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является уст.ройство для измерения давления, содержащее струнный датчик давления,подключенный к измерительному блоку, 40включающему усилитель и регистратор Ц.Однако данным устройств чевозможно измерять низкие давления.Цель изобретения - расширениедиапазона измерения давлений,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для измерениядавления содержащее датчик давления,включающий в себя корпус, разделенный мембраной на две полости, однаиз которых - подмембранная - герметизирована и вакуумирована, а другая - надмембранная - сообщена с ис-точником измеряемого давления и в 55ней размещены жестко закрепленнаяна мембране стойка, смещенная относительно центра мембраны на 0,58 радиуса мембраны, стойка, закрепленная на корпусе с возможностью геремеще" ния, струна, концы которой закреплены на стойках, и магнитная система возбуждения колебаний струны, и измерительный блок, содержащий усилитель и выходной регистрирующий прибор, при этом концы струны датчика подключены ко входу усилителя, снабжено электронным реле с перестраиваемым по частоте порогом срабатывания, вход которого подключен к выходу усилителя, и электрической цепью, состоящей из поспедовательцв соединенных дросселя, постоянного сопротивления, реостата стабилизированного источника постоянного напряжения и контактов электронного реле и включенный параллельно входу усилителя.1 На чертеже изображена принципиальная схема устройства.. В цилиндрическом корпусе 1 датчика давления закреплена мембрана 2, выполняющая функцию упругого чувствительного элемента. Между торцовыми поверхностями неподвижной стойки 3, жестко закрепленной на мембране 2 и смещенной относительно ее центра на 0,58 радиуса мембраны, и подвижной стойки 4 натянута струна 5, Корпус 1, мембрана 2 и стойка 3 могут быть выполнены как одно целое из единой заготовки для обеспечения стабильности метрологических характеристик устройства. Концы струны 5 зафиксированы накладками 6 и 7, а струна 5 расположена в воздушном зазоре магнитной системы 8, прикрепленной к торцовой повеохности корпуса 1. В нижней части. магнитная система 8 имеет поднутрение в виде паза, что исключает воэможность соприкосновения мембраны 2 и магнитной системы 8. Измеряемое давление подается во внутреннюю полость датчика через штуцер 9. Электрические выводы от концов струны 5 осуществлены посредством гибких токоподводов 10 и 11 и гермовыводов 12 и 13. Нижняя цилиндрическая полость 14 корпуса 1 откачена до высокой степени вакуума (например 1 10 . Па) и загерметизирована посредством штенгеля 15, отпайка или пережим которого условно показаны позицией 16.Наружные концы гермовыводов 12 и 13 подсоединены ко входу электронного усилителя 17. струнного автогене3 1139 ратора. Выход электронного усилителя подсоединен ко входу регистрирующего прибора 18 и ко входу электронного реле 19. Параллельно выходу электронного усилителя 17 подключена электрическая цепь, состоящая из по-: следовательно соединенных дросселя 20, постоянного сопротивления 21, реостата 22, стабилизированного ис точника питания 23 и контактов 24 10 электронного реле.При подаче измеряемого давления во внутреннюю полость датчика центр мембраны 2 смещается вниз и благода-. ря угловому перемещению стойки 3 уп ругая деформация струны 5 возрастет. Струна 5 является частотозадающим элементом струнного автогенератора и при изменении ее упругой деформации, обусловленной изменением измеря емого давления, изменяется частота электрического сигнала на выходе электронного усилителя 17. Регистрирующий прибор 18 выдает информацию о значении частоты струнного авто генератора, которая функционально связана с измеряемым давлением. При соединении измерительной полости датчика с атмосферой на мембрану 2 воздействует полное атмосферное давление и ее толщина должна быть такой, чтобы исключить возможность появления пластических деформаций в материалах мембраны 2 и струны 5. Но при таких толщинах мембраны 2 устройство практически не реагирует на изменение35 давлений в области 0,1-133 Па (11(Р мм рт.ст.). С целью увеличения чувствительности устройства в указанном диапазоне к выходу электронного уск 40 лителя 17 подключен вход электронного реле 19, которое при строго определенном значении частоты выходного электрического сигнала замыкает свои контакты 24. При этом пороговая час 45 тота срабатывания электронного реле может регулироваться,. При замыкании . контактов 24 по цепи, состоящей иэ последовательно соединенных дросселя 20, сопротивления 21, реостата 22ф 50 стабилизированного источника питанйя 23 и струны 5, протекает постоянный ток строго определенной величины, который нагревает струну 5 на 100- 200 С выше температуры окружающей среды, В момент срабатывания элек-55 тронного реле 19 частота струны 5 986 4практически мгновенно уменьшается вследствие нагрева и появления температурных деформаций струны. С дальФ нейшим понижением измеряемого давления вследствие уменьшения теплопроводности газообразной среды теплопередача от поверхности струны 5 в окружающую среду уменьшается, что приводйт к возрастанию температуры струны 5 и, следовательно, к дальнейшему уменьшению частоты струнного автогенератора. Таким образом, устройство для измерения давления после включения тока нагрева струны начинает работать как тепловой вакуумметр. С возрастанием измеряемого давления температура поверхности струны 5 уменьшается, частота струнного авто- генератора возрастает, электронное реле 19 переводит свои контакты в разомкнутое состояние и устройство для измерения давления начинает работать, используя только упругие деформации мембраны 2. Дроссель 20 применен для ослабления эффекта шунтирования входа электронного усилителя электрической цепью, Формирующей ток разогрева струны 5. Сопротивление 21 применяется для точного определения величины постоянного тока нагрева, а реостат,22 - для регулирования величины токанагрева.В предлагаемом устройстве при на-, личии одного унифицированного датчи ка на три порядка расширен диапазонизмеряемых давлений газообразных.сред (с 1 ф 10 110 до 1-10 -1 10 Па),; ,что дает возможность в технологических вакуумных установках вместодвух измерительных устройств (мембранного и теплового вакуумметров)использовать. одно измерительное устройство. По метрологическим характеристикам предлагаемое устройство превосходит известные типы мановакуумметров и тепловых вакуумметров, выпускаемых серийно, Так, в диапазоне давлений 1 ф 10 з - 1 ф 10Па приведенная погрешность измерения авиа 0,251, а в диапазоне 110 - 110 ф Па относительная погрешность измерения не превышает 103, в то время как серийный вакуумметр типа ВТв этом диапазоне имеет допустимую погрешность (-30) - (+80)Ж,/31 Тираж 897 ВНИИПИ Государственнопо делам изобретений 13035, Москва, Ж, Р Подписноекомитета СССРи открытийшская наб., д.4/5