Датчик давления

(504 С 0 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ ОРСНОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ПНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 970151, кл, С 01 Е 9/16, 1981(57) Изобретение относится к устрой"ствам для измерения давления преимущественно в аэродинамических трубахкратковременного действия и позволяетрасширить диапазон измеряемых давлений и повысить точность измерения.Датчик, в котором магнитопровод (чувствительный элемент) 1 и узел дляпреобразования давления выполнены какединый целый магнитопровод, содержитупругую часть в виде эксцентричногостержня 4 с цилиндрическим каналом,5.Диаметрально относительно оси канала5 выполнены ребра разной ширины, накоторых расположены магнитоанизотропные преобразователи 10, причем их.вертикальные оси 11, 12 совпадают слиниями, характеризуемыми равными помодулю механическими напряжениями. Навнутреннюю стенку канала 5 нанесенотеплозащитное покрытие 13, толщинакоторого на порядок превышает глубину термодиффузии в ее материал завремя измерения. Измеряемое давлениеподается в канал 5. Происходит внецентренное сжатие-растяжение бруска,образованного ребрами и стержнем 4Одно ребро растягивается, а другоесжимается, и размещенные на них преобразователи 10 испытывают деформациисжатия и растяжения. Сигналы с вто"ричных катушек в пределах каждого Оребра суммируются, а образованные 6ими цепи между собой соединены встречно, Происходит суммирование сигналов преобразователей обоих ребер подифференциальной схеме, за счет чегоосуществляется компенсация погрешностей от нелинейности, гистерезиса итемпературного дрейфа нуля. 5 ил .Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления ваэродинамических трубах кратковреман 5ного действия.Цель изобретения - расширениедиапазона измеряемых давлений и по"вышение точности измерений за счетуменьшения погрешности от нелинейности и гистерезиса.На фиг. 1 показано принципиальноеустройство датчика давления; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1; на фиг 3 - конструкция чувствительного элемента,ф на фиг,4 - разрез Е-Б на Фиг.З; нафиг,5 - графи, механических напряжений в его ребрах,Магнитопровод 1, объединенный водно целое с воспринимающим давлениеузлом, размещен между корпусом 2 датчика и его основанием 3. Упругийстержень 4 заглушен со стороны торцаи сообщается цилиндрическим каналом5 с пневмотрассой 6 в основании датчика. Ребра 7 и 8 магнитопровода расположены в диаметральной относительнооси канала плоскости и по своей ширине отличаются одно от другого. Ребра жесткО связаны с опорным фланцем9. На ребрах 7 и 8 размещены вертикальные ряды магнитоанизотропных преобразователей 10. Вертикальные оси11 и 12 рядов преобразователей 10совпадают с линиями равных по модулю,но противоположных по знаку механических напряжений. На каждом из реберимеется одинаковое количество преобразователей 10. На поверхность канала5 нанесено теплозащитное покрытие 13,например винифлексовый лак.Датчик работает следующим образом.Измеряемое давление через пневмо"трассу 6 подается в полость канала 5.Вследствие смещения точки приложениясилы относительно центра жесткостисечения магнитопровода происходитвнецентренное сжатие-растяжение бруска образованного ребрами 7, 8 истержнем 4, При этом ребро 7 растя"гивается, ребро 8 сжимается и размещенные на них преобразователи соответственно испытывают деформациисжатия и растяжения. Чем больше этасмещение, тем больше деформация ребер магнитопровода. 55Преобразователи 10 могут быть раз"мещены непрерывно по высоте ребер,при этом их оси ориентированы симметрично относительно нейтральнойоси магнитопровода (чувствительногоэлемента), поэтому механические напряжения в них одинаковы по модулю ипротивоположны по знаку, В пределахкаждого ребра вторичные катушки преобразователей 10 между собой соединены последовательно и согласно, далее эти группы соединены встречнои происходит суммирование сигналовпреобразователей обоих ребер, а чувствительный элемент оказываетсядифференциальным. Благодаря этомуосуществляется. компенсация погрешностей от нелинейности и гистерезиса,а также температурного дрейфа нуля,которые в аналогичных случаях уменьшаются по сравнению с недифференци-.альными образцами не менее чем на порядок,Так как в предложенном датчикеФункции воспринимающего давление узла и узла, преобразующего усилие отэтого давления в электрический сигнал, объединены в одном магнитопрово"де (чувствительном элементе), то унего отсутствуют ограничения сверхупо диапазону измеряемых давлений, характерные для датчиков с мембраной,имеющей жесткий центр,Для того чтобы нагрев стенок идна канала 5 не вызывал деформацийребер магнитопровода и не вызывалпоявление погрешностей, на поверхность канала нанесено теплозащитноепокрытие 13, например винифлексовыйлак, Толщина покрытия выбирается таким образом, чтобы за время измерениятепло не проникало в стенки и дноканала,На Фиг.2 показана конструкция чувствительного элемента опытного вариф.анта датчика. Чувствительный элементизготовлен из пермаллоя 65 НП,На фиг.З приведено расчетное рас"определение механических напряжений бвдоль ребер чувствительного элементапри давлении в канале 5000 кгс/см,Расчеты выполнены без учета наличияотверстий под катушки магнитоанизотропных преобразователей.В силу специфики устройства ипринципа действия элемента крутизнанаклона б (х), где х - текущая координата, в левом и правом ребрах от"личается одна от другой, Однако координаты на вертикальных осях симмет"рии преобразователей (в левом ребрерасстояние от оси канала до оси симметрии преобразователей составляет6,8 мм, в правом - 11,4 мм, а точка приложения результирующего усилия смещена на 0,83 мм относительно оси канала) выбраны таким образом, что средние механические напряжения б, в них равны одно другому и составляс.ев = ср, раь =1 9 кгс/мм 2При этом уровни йапряжений в периферийных по отношению к оси симметрии участках преобразователей, например в местах, координаты которых совпадаютс центрами отверстий под катушки, в левом и правом ребрахсоответственно отличаются друг от друга на величину порядка 107. Известно, что чувствительность отдельных магнитоанизотропных преобразователей, выполненных на однородном магнитопроводе и находящихся в одинаковых (по механическимнапряжениям) условиях, может отличаться на 10+307. Следовательно, можно считать, что специфические отличия механических напряжений в некоторых аналогичных участках преобраФзователей, размещенных в левом и правом ребрах соответственно, лежат в пределах обычного разброса характеристик распространенных чувствитель- .,30 ных элементов, Поэтому предложенному датчику свойственны все положительные свойства, присущие дифференциальным преобразователям вообще.Так как предельно допустимая по 35 условиям получения линейной градуировочной характеристики величина механических напряжений для пермаллоевых сердечников составляет 10.кГ/мм 2, то данный конкретный образец имеет 40 резерв в смысле увеличения верхнего диапазона измеряемых давлений, по. скольку у него уровень средних напряжений (см. фиг.3) й, = 1,9 кгс/ии.Каждое из ребер имеет по высоте 45 отверстия для размещения 5 пар взаимно перекрывающихся под прямым углом катушек преобразователей. Для суммирования сигналов вторичные катушки в пределах каждого ребра соединяются между собою последовательно и согласно, а образованные ими цепи между собою соединены встречно.Канал датчика покрыт изнутри слоем винифлексового лака толщиной 0,30 мм. Расчеты показывают, что при таком покрытии за время измерения 20 мс температура стенки канала не изменит своего первоначального значения,Таким образом, предложенный датчик, имея более простую конструкцию, обладает качествами, присущими дифференциальным образцам.В то же время при отсутствии какой"либо мембраны, что также упрощает его устройство в целом, он может обеспечивать измерение более высоких давлений по сравнению с известными магнитоанизотропными датчиками.Формула изобретенияДатчик давления, содержащий корпус с подводящим каналом и размещенный в корпусе магнитопровод с магии"то-анизотропными преобразователямив виде взаимно перекрещивающихся первичных и вторичных катушек, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения диапазона измеряемых давлений и повышения точности измерений,в нем магнитопровод выполнен в видестержня с двумя продольными плоскими ребрами одинаковой толщины, расположенными с двух сторон стержняпо оси его симметрии, при этом стержень жестко связан с цилиндрическимопорным фланцем, эксцентрично расположен относительно его оси симметриии снабжен глухим цилиндрическим каналом, соединенным с подводящим каналом корпуса, а катушки преобразователей расположены в ряд по высотекаждого ребра эксцентрично относительно оси глухого цилиндрическогоканала, на поверхность которого нанесено теплозащитное покрытие,1469368 оставитель Н.Матрохин ехред Л.Сердюкова едактор А,Долинич Т Корректор Л.Пата 7 митет сква,роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород Гагарина, 10 аказ 1349/47 Тир НИИПИ Государственного113035 Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС35, Раушская наб., д. 4/5