Устройство для измерения давления

(56)кий дний.75 авле мических ационный ок ДАВЛЕЗМЕРЕН ехник дкост ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 4473603/24-1012.08 .8807.10,90. Бюл.Ленинградский итут им. М.И.КалГ.М.Захаров и531.787 (088.8Малогабаритныйатчик гидродинГОСИНТИ, инфор(57) Изобретение относится кизмерения давления газа или жи ЯО 1597630 и может быть использовано, например,в метеорологии, Цель изобретения -расширение диапазона измерения иуменьшение температурной погрешности.Измерительным элементом является камера, состоящая из внешнего сильфона1, наполненного прозрачной жидкостьй,и внутреннего сильфона 4, наполненного газом, При изменении внешнегодавления подвижные днища 3 и 5 сильфонов 1 и 4 перемещаются таким образом, что расстояние между ними уменьшается с уменьшением измеряемогодавления и наоборот увеличиваетсяс ростом давления. В подвижном дне5 внутреннего сильфона 4 закреплен1597630 1 О конец излучающего световода 6, имеющего заданную числовую аппаратуру.Другой конец световода 6 расположенперед источником 9 света. На неподвижном основании 2 имеются приемныеокна волоконно-оптического преобразователя в виде матриц 10, 11, представляющих собой ориентированную .по диаметру двойную линейную цепочку, выполненную из торцов световодов14 и 15. Изменение внешнего давленияприводит к изменению расстояния межИзобретение относится к техникеизмерения давления газов и жидкостей,в частности устройство может бытьприменено в метеорологии для регистрации атмосферного давления.ЮЦель изобретения - расширение диапазона измеряемых давлений и уменьшение температурной погрешности. 25На фиг. приведена принципиальнаясхема устройства с продольным разрезом датчика давления; на фиг.2 -приемные окна оптиковолоконных матриц, вид сверху. 30Устройство имеет заполненный проз.рачной жидкостью сильфон 1, которыйустановлен на основании 2, внутрисильфона 1 на его подвижном дне 3соосно установлен" заполненный газомсильфон 4, имеющий подвижное дно 5.В стенке дна 3 и 5 герметично укреп"лено оптическое волокно излучающегосветовода 6, изогнутый участок 7которого расположен внутри сильфона 404. Передающий торец 8 световода 6расположен в сильфоне 1, ориентирован параллельно оси камеры и имеетпрямое передающее окно, а передприемным окном световода 6 расположен 45источник 9 света. На основании 2герметично установлены приемные окнаоптиковолоконных матриц 10 и 11, Передающие окна 12 и 13 соединены сприемными окнами посредством световодов 14 и 15. Окно 13 выведено навизуальную шкалу 16, а перед окном12 установлен многоэлементный фотоэлектрический приемник 17. Оптические световоды 6, 14 и 15 имеют световедущие сердцевины 18 и оптическиеоболочки 19,Сильфон 1 воспринимает изменениявнешнего давления и передает их сильду поверхностью основания 2 и дном5 сильфона 1, отчего изменяется чис"ло освещенных приемных торцов световодов 14, 15, передающие торцы которых введены на отсчетную шкалу 16 ик многоэлементному фотоэлектрическому приемнику 17. Температурная компенсация достигается подбором геометрических параметров с учетом различия коэффициентов теплового расширения жидкости и газа, заполняющихсильфоны 1 и 4, 2 ил. фону 4, основание 2 служит основой для монтажа сильфона 1 и окон оптиковолоконных матриц 10 и 11. Сильфон 4 воспринимает изменения давления "в сильфоне 1, Излучающий световод 6 предназначен для передачи света от источника 9 на приемные окна матриц .10 и 11. Торец 8 световода 6 формирует световой конус в пределах апертурного угла. Участок 7 предназначен для осуществления свободного перемещения дна 5 сильфона 4. Приемные окна матриц 10 и 11 предназначены для регистрации границ светового пятна от света, излучаемого оптическим световодом 6 через торец 8. Передающее окно 13 служит вместе со шкалой 16 для визуальной регистрации показаний прибора, передающее окно 12 служит для передачи оптических сигналов на фотоэлектрический приемник 17, который вырабатывает электрические сигналы для передачи в электронную схему регистрации. Сердцевина 18 световодов служит для переноса света, а оптическая оболочка 19 для каналирования; света в пределах апертурного угла. Заштрихованный участок фиг.2 показывает возможное положение светового пятна на приемных окнах матриц 1 О и 11,Принцип действия устройства заключается в следующем. Давление жидкости в сильфоне 1 и давление газа в сильфоне 4 поддерживаются равными (если пренебречь жесткостью стенок сильфонов) внешнему давлению атмосферы. При данном значении последнего устанавливается определенное расстояние между излучающим свет торцом 8 и приемнымипго( = --сгю 5 15 окнами матриц 10 и 11. При заданном значении апертурного угла световода 6 освещено световым конусом соот 1ветствующее число равноудаленных от центра оптических волокон матриц -10 и 11. Число освещенных оптических волокон, зависящее от внешнего давления, отмечают на оптической шкале 16 и фиксируют с помощью фотоэлектрического приемника 17. При повышении внешнего давления сильфон 1 сжимается, давление через жидкость передается на сильфон 4, который также сжимается и давление газа в нем уравновешивается с давлением внешней среды. При этом сокращение расстояния между поверхностью основания 2 и дном 3 сильфона 1 будет меньше, чем сокращение расстояния между днищами 3 и 5 сильфонов в Э /д крат, где П - диаметр внешнего сильфона 1, а й диаметр внутреннего сильфона 4 . Таким образом, при увеличении внешнего давления расстояние между торцом 8 оптического световода 6 и приемными окнами матриц 10 и 11 светопреобразователя увеличивается и число освещенных торцов световодов 14 и 5 также возрастает, что отображается на шкале 16 и на показаниях прием- ника 17. При уменьшении внешнего давления сильфоны 1 и 4 растягиваются, но величина растяжения сильфона 4 преобладает над величиной растяжения сильфона 1. В результате расстояния между торцом 8 световода 6 и приемными окнами матриц 1 О и 11 сокращается и число освещенных волоконных световодов 14 и 15 пропорционально уменьшается, что приводит к изменению отсчета по шкале 16 и изменят показания приемника 17Дифференциальное устройство с двумя сильфонами 1 и 4 позволяет осуществить температурную компенсацию показаний прибора. При апертурных углах оптического световода 6, превышающих 90 (с учетом показателя преломления жидкости, заполняющей сильфон), реализует геометрическое усиление зависимости числа освещенных волокон приемных световодов от давления, пропорциональное д с(/2, где о - угол при вершине светового конуса в жидкости. Например, при О(/2 = 84осуществляется десятикратное усиление чувствительности. Задавая значения О, Й и Ы , можно выбрать оптималь 97630 бную зависимость показаний прибораот изменений внешнего давления,Изменение объема сильфонов 1 и 4связано не только с вариациями внешнего давления, но, если не принятьмер против этого, может зависеть отизменений температуры окружающейсреды. Для рассмотрения вопроса отемпературной компенсации показанийприбора введем обозначения: Ч и чобъемы сильфонов 1 и 4 р и 8 - коэффициенты теплового расширения жидкости, заполняющей сильфон 1, и газа,заполняющего сильфон 4, 1, д, Ь, 0 высоты и диаметры сильфонов 4 и 1.Если использовать сильфоны и рабо"чие среды с такими параметрами, прикоторых выполняется соотношение то в случае изменения температуры присохранении постоянства внешнего дав ления сильфоны 1 и 4 изменяют своиобъемы с соблюдением условия Д 1= в .ДЬ, т.е. имеется температурнаякомпенсация в интервале, где коэффициенты теплового расширения сохраняютпостоянные значения.При выборе рабочей жидкости следует учитывать, что где с( - апертурный угол оптическоговолокна световода 6, пог руженного в жидкость,а ог - то же, находящегося в газе;40п и и - соответственно показателипреломл.ения жидкости и газа.Ввиду того, что поперечное сечение оптических волокон световодовпредставляет собой центральный кругсветоведущей сердцевины, который окружен кольцевым слоем оптическойоболочки, которая имеет конечнуютолщину, то для повышения разрешающейспособности путем исключения "слепых" зон приемные окна матриц 10 и11 целесообразно выполнить в видецепочки, включающей по крайней мередва ряда световолокон с шахматнымрасположением (фиг,2)55Формула изобретения Устройство для измерения давления,содержащее датчик давления с упругим1597630 71 Составитель Н Матрох ктор Е.Па орректор Т,Мал Тех М.Ходани Заказ 3044 Тираж 459 Подписное Ф ВНИИПИ Государ по изобретениям и оКНТ СССР ственного комитета 113035, Москва, Ж 1.Ужгород, ул. Гагарина, 1 роиз чувствительным элементом, установлен-ным на основании корпуса, и волоконно-оптический преобразователь с излучающим и приемными световодами, ис 5точником света и регистратором,о т л и ч а ю щ.е е с я тем, что, сцелью расширения диапазона измеряемых давлений и уменьшения температурной погрешности, в нем упругийчувствительный элемент выполнен ввиде двух сильфонов разного диаметра,установленных коаксиально, причемпервый сильфон с большим диаметромгерметично прикреплен к основаниюкорпуса и заполнен прозрачной жидкостью, а второй сильфон меньшегодиаметра своим основанием жестко связан с дном первого сильфона, заполнен газом и его дно расположено с зазором относительно основания корпуса, при этом в дне первого и второго сильфонов по оси выполненыотверстия через котОрые концеваячасть излучающего световода, выполненная изогнутой, герметично выведенасвоим торцом в полость первого сильфона, а приемные световоды выполненыв виде двух пучков и своими торцамивыведены на поверхность основаниякорпуса и образуют две приемные матрицы, расположенные по диаметру основания, при этом регистратор выполнен в виде многоэлементного фотоэлектрического приемника, оптическисвязанного с одним из пучков приемныхсветоводов, и отсчетной шкалы, соединенной с концами приемных световЪдоввторого пучка.