Датчик давления

СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ЯО 869 114 С 01 Ь 9/1 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ у 4 во СССРО, 1967,тся к преох величин ет повыс итьинейДифреобтва сти ныи 1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО делАм изОБРетений и ОтнРытии(56) Патент США Кф 3946 1кл. С 01 Ь 9/10, 1976.Авторское свидетельсУ 263229, кл. С О 1 Ь 9/(57) Изобретение. относиразователям механическиэлектрические и позволячувствительность устройность выходной характерференциально-трансформа разователь 2 перемещения содержитмагнитопроводы 3 и 4 с первичными5, б и вторичными 7, 8 обмотками.Якорь 9, закрепленный на штоке 10,смещен относительно середины зазорамежду магнитопроводами. Действующеена чувствительный элемент 1 давление перемещает якорь 9, изменяя зазоры между ним и магнитопроводами.Напряжение на выходе датчика пропорционально приложенному давлению.Выполнение зазоров б = (0,3-0,5)Н,б = (1,3-1,5)Н обеспечивает практически линейную выходную характеристику при повышенной чувствительности. 2 ил.Изобретение относится к приборостроению, а именно к преобразователям механических величин в электрические,Цель изобретения - повышение чув ствительности и линейности выходнойхарактеристики,На фиг, 1 приведена конструктивная схема предлагаемого датчика; нафиг. 2 - выходные характеристики10датчиков.Устройство содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциально-трансформаторный преобразователь2 перемещения, содержащий два магни 15топровода 3 и 4, на которых расположены первичные 5 и 6 и вторичные 7и 8 обмотки, якорь 9, закрепленныйна штоке 10, который одним концомжестко связан с пружиной 11, а дру 20гим - с чувствительным элементом 1,стакан 12, на котором закрепленымагнитопроводы 3 и 4 и кронштейн 13с установленным на нем преобразователем 2 перемещения, прокладки 14 и15, предназначенные для установкитребуемых зазоров б и 62 между якорем 9 и магнитопроводами 3 и 4 в процессе сборки датчика. Зазоры 6 и 6устанавливают такими, чтобы при давлении, равном нулю, якорь 9 был сме. щен относительно середины воздушногозазора (линия 0-0) на величину 0,5 Н,где Н - максимальный ход (диапазон35перемещения) чувствительного элемен"та, и чтобы 6, = (0,3-0,5)Н; Ю =(1,3-1,5)Н. Первичные обмотки 5и 6 соединены между собой согласно,вторичные обмотки 7 и 8 - встречно.Вторичные обмотки выполнены соследующими обмоточными данными: число витков обмотки 7 (М ) меньше числа витков обмотки 8 (Ь ); Ы = 6 Ы 2.Датчик работает следующим обра2зом.При подаче напряжения питания напервичные обмотки трансформаторного преобразователя 2 в них течет ток 1 который возбуждает в магнитопроводе 3 магнитный поток ф , а в магнитопроводе 4 - магнитный поток Ч 2. При этом во вторичной обмотке 7 наводит.ся ЭДС55где 11 - частота напряжения питанияУ - число витков в обмотке 7 2.а во вторичной обмотке 8(2) Е-1сР где М - число витков в обмотке 8.Так как вторичные обмотки 7 и 8 включены встречно, напряжение на выходе датчика(6)- магнитное сопротивление воздушного зазора соответственно между якореми магнитопроводом 3, якорем и магнитопроводом 4,где К, и К ЬК - 2Г 1 1 о ЯБ ЬК - 2Ь 1 о 8 где б и 6 - величины воздушных за 2зоров соответственномежду якорем и магнитопроводом 3, якореми магнитопроводом 4при нулевом положенииякоря (фиг.1);Ъ - число витков в обмотках 5 и б; При подаче в датчик давления Р центр чувствительного элемента 1 перемещается пропорционально давлению и перемещает якорь 9 вверх (к магнитопроводу 4), При этом изменяются воздушные зазоры между якорем и магнитопроводами и на выходе датчика появляется напряжение, увеличивающееся с увеличением давления.Определим зависимость выходногоФнапряжения датчика от перемещения якоря (г 1),Магнитный поток связан с перемещением якоря следующим образом:Ь - перемещение чувствительного элемента;Б - площадь торцов внутреннего и крайнегополюсов магнитопровода;- магнитная проницаемость воздуха,Подставив выражения (5) и (б) в (4), получаем саМИ 1БРогде К -2 25Определим значение и, необходимоедля получения 4 Р = 0 при Ь = О. Извыражения (7) находим, что данноеусловие выполняется при и = в.Под 6ставив выражения (8) в (7), получаем301 6,дЕ = К ( 6 - 6(6, ) ) (9) Чувствительность и линейность выходной характеристики предлагаемого датчика вьппе по сравнению с извест 35 ным.В известных датчиках число витков во вторичных обмотках одинаковое (И = У ) и якорь находится в сред нем положении между магнитопроводами при давлении, равном нулю, т,е. 6, = = 6 = 8 . При этом уравнение (9) принимает вид: К .2 Ь62 -У (10) Анализ уравнения (10) показывает, что чувствительность известного датчика уменьшается пропорционально б а нелинейность его характеристикиНзависит от отношения -- , Для поВвышения линейности характеристики необходимо уменьшать отношение Согласно проведенным исследованиям нотношениедолжно быть не болееБоН 0,4, Указанное Отношениеприо заданном значении Н можно получить увеличением 0 , однако при этом падает чувствительность датчика.Для сравнения выходных характеристик известного и предлагаемого датчиков построим, пользуясь уравнениями (9) и (10), зависимости ьЕ Г (Ь ) для обоих датчиков. К ьЕЗависимости --- = К(Ь) для диаКпазона перемещений якоря,Н = 0,8 ммприведены на фиг. 2, где кривая 1 характеристика предлагаемого датчика при 6,= 0,4 мм, б = 1,2 мм ( 6= = 0,5 Н, 6= 1,5 Н); кривая 2 - характеристика известного датчика приН- 0 8 ( 6= 1 мм) кривая 3 - хат о Уорактеристика известного датчика приН- 04 ( 6 о= 2 мм).Анализ приведенных на фиг, 2 выходных характеристик предлагаемого и известного датчиков показывает, что при большей чувствительности предлагаемый датчик имеет практически линейную выходную характеристику, известный - существенно нелинейную (кривые 1 и 2), а при примерно одинаковой линейности выходной характеристики чувствительность предлагаемого датчика в 4 раза вьппе по сравнению с известным (кривые 1 и 3),Формула изобретения датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент и дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещения, выполненный в виде двух трансформаторов, между магнитопроводами которых расположен якорь в виде диска, жестко связанный с чувствительным элементом, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения чувствительности и линейности выходной характеристики, в нем якорь смещен относительно середины зазора между магнитопроводами и образует с торцом первого магнитопровода, установленного со стороны чув-, ствительного элемента, зазор 6, =(0,3-, 0,5)Н, а с торцом второго магнито1286915 провода - заэор Ю = (1,3-1,5)Н,гдеН - максимальный ход чувствительного элемента, при этом число витковвторичной обмотки первого трансформа 07 02 Составитель А.Соколовскгар Техред Л. Олейник В,Бутяг акт рре Зака одписное о комитета СССР и открытий аушская наб., д роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгоро, Про я,4 7703/40 ВНИИПИ по д 113035, Тираж 776 осударственн ам иэобретен осква, Ж,тоРа У = - у Мр ь где Ъ - число витВ1 2ков вторичной обмотки второго трансформатора.