Датчик давления

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик2123204 10 Заявлено 09.04.75 с присоединением заявки Ъе(23) ПриоритетОпубликовано 30,08,76. Бюллетень3Дата опубликования описания 07,12.76 Государственный комите Совета тлинистрав СССР по делам изобретений(54) ДАТЧ И 1( ДА В Л Е Н И Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности киндуктивным датчикам плунжерного типа,работающим в широком интервале температур, и предназначенным для измерения перемещений давлений и перепадов давлений,Известны индуктивные датчики, содержащие упругий чувствительный элемент, например мембрану, соединенную штоком с плунжером индуктивного преобразователя перемещения, катушки которого размещены внутрикольцевого м агнитопровода.К недостаткам указанных датчиков относится высокая температурная, погрешность,обусловленная тем, что при работе датчика вшироком интервале температур, например, отминус 200 до +300 С и выше, с изменениемтемпературы существенно изменяется жесткость упругого чувствительного элемента игеометрические размеры деталей датчика(штока, ллунжера, магнитопровода). Это вызывает изменение чувствительности,и перераспределение длин (площадей) рабочих воздушных зазоров, что приводит к уходу нуляи смещению градуировочной характеристикидатчика,В предлагаемом датчике с целью повышения точности за счет компенсации температурных погрешностей в нем упругий чувствительный элемент, например мембрана, закреплен в нижней части кольцевого магнитопровода, изготовленного, как и плунжер, из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения материала штока, на торце которого закреплено дно плунжера, выполненного в виде полого стакана, установленного с зазором вдоль цилиндрической поверхности штока.На фиг. 1 показан предлагаемый датчик вразрезе; на фиг. 2 - градуировочная характеристика датчика; на фиг. 3 - зависимость чувствительности датчика от суммарного рабочего воздушного зазора.15 Датчик состоит из кольцевого магнитопровода 1, в нижней части которого жестко закреплен упругий чувствительный элемент 2, например, мембрана, жесткий центр которой 3 штоком 4 соединен с дном плунжера 5, выполненного в виде стакана, дно которого закреплено, например, при помощи сварки на торце штока 4, а цилиндрическая часть с зазором 6 установлена вдоль цилиндрической поверхности штока 4. Внутри кольцевого магнитопровода 1 размещены катушки нндуктивности 7. Магнитопровод 1, как и плунжер 5, изготовлен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у материала, из которого изготовлен шток 4,При отсутствии давления плунжер 5 и магнитопровод 1 установлены так, что образуют начальные рабочие зазоры.Под действием, измеряемого давления происходит перемещение плунжера 5, жестко связанного через шток 4 с упругим чувствительным элементом 2. При этом изменяются длины рабочих воздушных зазоров бг и б 2 между плунжером 5 и кольцевым магнитопроводом 1. В свою очередь, изменение длин рабочих воздушных зазоров вызывает пропорциональное изменение комплексных сопротивлений катушек индуктивностей 7.Однако, изменение длин рабочих воздушных зазоров б 1 и б 2 является не только функцией измеряемого давления, но и температуры.При нормальной (например +20 С) температуре градуировочная характеристика датчика имеет вид кривой 1 (фиг. 2). При изменении (например, повышении) температуры датчика жесткость упругого чувствительного элемента 2 пропорциональная модулю упругости материала, существенно уменьшается.Это приводит к увеличению перемещения (рабочего хода) упругого чувствительного элемента 2 согласно выражению:РЛРЕо(1 - теЛ)где Лг. - приращение перемещения упругогочувствительного элемента под действием номинального давления приградиенте температур;г - площадь поперечного сечения упругого чувствительного элемента;Ео - модуль упругости материала упругого чувствительного элемента принормальной температуре;угг - температурный коэффициент модуля упругости материала упругогочувствительного элемента. Увеличение рабочего хода упругого чувствительного элемента 2 вызывает возрастание чувствительности датчика и градуировочная характеристика, принимает вид кривой 11 (фиг. 2) . Приращение перемещения Л 1 а также увеличение чувствительности датчика для каждого типа упругого чувствительного элемента легко может быть определено расчетным или экспериментальным путем. В то же,время, для датчиков плунжерного типа известна зависимость величины чувствительности от суммарного рабочего воздушного зазора (фиг. 3), из которой определяется величина ЛХ, соответствующая изменению чувствительности датчика от изменения перемещения Лг.(ЛУ). Указанная зависимость легко может быть определена экспериментальным путем для каждой конкретной конструкции датчика. Задаваясь геометрическими размерами и материалами штока и магнитопровода, можно добиться того, что увеличение их линейных размеров,под действием температуры вызоветувеличение суммарного воздушного зазора навеличину ЛХ.При этом должны выполняться условия5 1 м Лш -2 Л 1 - lгЫ - КД 1 м:.2 где Лгм, Лгмь10 ЙЛгм, КЮм - величины изменения геометрических размеров деталей датчика под действием температуры;конструктивные коэффициенты;мя, гш 1 мк - соответственно длины магнитопровода, плунжера (якоря), штока и нерабочей части магнитоп ровода. 15 мя мм 20 50 Выполнение перечисленных выше условийприводит к тому, что градуировочная характеристика примет вид кривой 17 (фиг. 2), которая с высокой степенью точности приближается к градуировочной характеристике 55 (кривая 1, фиг. 2) снятой при нормальнойтем пер а туре.Таким образом, предлагаемая конструкцияпозволяет компенсировать аддитивную и мультипликативную составляющие темпера турной погрешности индуктивных датчиковплунжерного типа,Предлагаемая конструкция индуктивногодатчика давления может быть использована в случае работы датчиков в широком диапа зоне температур. 25 Это условие выполнимо в случае жесткогокрепления магнитопровода к упругому чувствительному элементу, постоянства конструктивных коэффициентов, а также исполнения кольцевого магнитопровода 1 и плунжера З 0 из материала с коэффициентом линейногорасширения большим, чем материал штока 4,В то же время изменение температуры приводит к смещению нуля датчика. В результате чего градуировочная характеристика, наЗ 5 пример, при повышении температуры будетиметь вид не кривой 2, а кривой 3 (фиг. 2).Условием стабильности нуля датчика приизменении температуры является выражениеЫ - Ы: - Ы - 6 Л - КЫ.Для выполнения этого равенства необходимо, чтобы удлинение плунжера 5 происходило в сторону, противоположную удлинению штока 4, что достигается установкой плунжера 5 45 на штоке 4 с зазором и жестким соединениемс ним в одном сечении, максимально удаленном от места крепления штока 4 к упругому чувствительному элементу 2.526787 1 Формула изобретения Датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент, например меморану, соединенную штоком с плунжером индуктивного преобразователя перемещения, катушки которого размсщсны внутри кольцевого магнитопровода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем компенсации температурных погрешностей, в нем упругнй чувствительный элемент, например мембрана, закреплен В нижней части кольцевого магнитопровода, изготовленного, как и плунжер, из материала с коэффициентом линейно го расширения большим, чем коэффициентлинейного расширения материала штока, плунжер выполнен в впдс полого стакана, установлен с зазором вдоль цилиндрической поверхности штока и закреплен на нем сво нм дном.А Редактор ректо оляда ПодписноеСР Типография, пр, Сапунов аказ 2319/3ЦНИИПИ Изд.1620 осударственного по делам изо 3035, Москва, Ж