Датчик давления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 30.11.78 (21)2690359/18-10 О 01 323/10 6 О 19/08 с присоединением заявки Йо(23) Приоритет Государствеиицй комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий(71) Заявите 54) ДАТЧИК ДАВЛЕН Изобретение относится к областиприборостроения и предназначено дляизмерения быстроменяющихся давлений,например, в цилиндре двигателей внуттреннего сгорания (ДВС),Известны датчики давления, содержащие корпус, чувствительный элемент,выполненный в виде мембраны, закреп"ленной в корпусе, и пьезокварцевыйпреобразователь, преобразующий давление на мембрану в электрическийсигнал 11 .Недостатком указанного датчика .является то, что он имеет сравнитель,но большую погрешность в измерениях 15давлений.Известно техническое решение, со"держащее корпус с закрепленной внем между двумя полусферическими решетчатыми поверхностями чувствительной мембраной преобразователя давления в электрический сигнал ),2Существенным недостатком указанного датчика давления является то, . 25что он Фиксирует только усредненныезначения текущего давления за определенное количество циклов, что невсегда удовлетворяет экспериментатора, особенно при исследовании фазо вых характеристик процесса горения в ДВС.По этой причине при проведении экспериментальных работ на ДВС иС- йользуют два датчика давления: пневМоэлектрический, для измерения усредненных за несколько циклов значений индикаторного давления, и пьезоэлектрический,для измерения теку- . щих значений давлений за один цикл.Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения за счет расширения объема инФормации о значениях быстроменяющегося давле ния и возможности одновременной регистрации по цикловых.и усредненных значений измеряемого давления.Указанная цель достигаетсятем, что преобразователь давления выполнен в виде последовательно расположенных индуктивного ипьезоэлектрического преобразователей с установленной между ними дополнительной мембраной, образующей с чувствительной мембраной полость компенсирующего давления.На чертеже представлен общий вид предлагаемого датчика, включающего корпус 1,- внутри которого находятся приемная мембрана 2, зажатаямежду двумя полусферическими решетками3, индуктивный преобразователь 4с катушкой индуктивности 5 и магнитопроводом б, разделительная мем-брана 7", йроставка 8; изолятор 9;медная прокладка 10; пьезокварцевыйпреобразователь 11, состоящий издвух кварцевых пластин 12, между которыми расположен токосъемник 13,Фкорпус чувствительного элемента 14,на,который опирается пьезокваВцевый преобразователь, затянутый гофрированным стаканчиком 15; второй токосъемник 16, опирающийся через изолятор17 на штуцер 18. При помощи штуцера 18, ввернутого во втулку 19,пьезокварцевый преобразователь 11 13прижимается к верхней полусферической решетке 3. Подвод воздуха поддавлением осуществляется через серьгу 20, которая крепится во втулке19, имеющей отверстие для передачи Щвоздуха в компенсирующую полостьмежду мембранами 2 и 7 через кольца21. Конец обмотки индуктивного преобразователя 4 соединен с корпусом1 датчика давления, а начало обмотки выведено через отверстие в магнитопроводе 6 к прокладке 10, с которой электрически связан .корпус14, на который опирается пьезоквар"цевый преобразователь 11,Датчик давления работает следующим образом.Измеряемое давление через нижнюю полусферическую решетку 3 подается на приемную мембрану 2. 2 аккак верхняя полусферическая решетка3 имеет сферическое углебление, топриемная мембрана 2 под действиемдавления прогибается, Вследствие этого изменяется зазор между приемноймембраной 2 и магнитопроводом 6 индуктивной катушки 5.индуктивногопреобразователя 4. Полученный приэтом электрический сигнал от обмоткипреобразователя 4 через токосъемник 16, соединенного с корпусом разь 4ема 22, изолированного от основного корпуса 1, датчика, может бытьподан по экранной оплетке соединительного кабеля на входы индуктивного истробоскопического усилителей (на рчертеже не указаны), Корпус датчикаэлектрически соединен с корпусамиэтих усилителей через трубку подвода компенсирующего давления, котораякрепится к серьге 20. Величина элек".трического сигнала определяется уси.лием, которое потребно для прогибамембраны 2, и пропорциональна измеряемому давлению. В этой фазе работы датчика производится измерение.низких быстроменякщихся давлений, е 0в том числе и давлений нийе атмос"Ферного, т. к.мембрана имеет возможность прямого и обратного хода(за счет полусферических углубленийв верхней и нижней решетках 3), б 5 В этой же фазе работы датчика дс момента соприкосновения приемной мембраны 2 с верхней полусферической решеткой 3 от индуктивного преобразователя 4 производится подача импульса на стробоскопический индикатор.В следующей фазе с ростом измеряемого давления приемная мембрана 2 начинает давить на верхнюю полусферическую решетку 3, которая с свою очередь передает это усилие на корпус индуктивного преобразователя 4 и через разделительную мембрану 7 и изолятор 9 далее на пьезокварцевый преобразователь 11При этом происходит сжатие кварцевых пластин 12, в результате чего образуется электрический заряд, пропорциональный приложенной силе или измеряемому давлению. Заряд с пьезопреобразователя 11 снимается с помощью токосъемника 13 и может быть подан на электрометрический усилнтель (на чертеже не указан), соединенный с центральным штырем разъема 22 по центральной жиле соединительного кабеля (на чертеже не указан), Если кор. пусы приборов связаны электрически между собой, а внутреннее сопротивление индуктивного преобразователя мало по сравнению с входным сопротивлением электрометрического усилителя (10-100 Ом и 10-100 м), то для последнего экранная обмотка кабеля является замкнутой на корпус. Поэтому предлагаемый датчик давления с применением двух преобразователей неэлектрических величин (индуктивного и пьезокварцевого) дает возможность применять его одновременно с тремя различными усилителями (индуктивным, электрометрическим и стробоскопическим) с помощью одной линии связи (кабеля),При спаде измеряемого давления процесс измерения происходит в обратном порядке и в момент отрыва при емной мембраны 2 от верхней полусферической решетки 3 происходит подача импульса на стробоскопический индикатор. Причем в процессе измерения давления и калибровки стробоскопического индикатора в полость между йриемной 2 и разделительной 7мембранами через втулку 19 и канаты конец 21 из специального воздуш- ного баллона, подсоединяемого к серьге 20, подается компенсирующее давление, которое прижимает приемную мембрану 2 к нижней полусфери- ческой решетке 3. Если величина компенсирующего давления меньше изме ряемого на величину Р, то на стробоскопический индикатор подается электрический импульс, который фиксируется на диаграмме в виде точки, .1 зменяя компенсируквее давление от0 до максимальной величины измеряемого давления, можно получить на диаграмме ряд последовательных точек,образующих. кривую измеряемого давле"ния эа несколько циклов.Подачей компенсирующего давлениямежду мембранами 2 и 7 можно воспользоваться и для калибровки пьезокварцевого преобразователя 11.Калибровка может производитьсяв двух режимах: в статическом,когда измеряемое давление отсутствует, и в динамическом " в процессерегистрации измеряемого давления.В первом случае компенсирующее,давление, воздействуя на разделительную мембрану 7, сжимает кварцевыепластины 12, на которых возникаетзаряд, пропорциональный пОданномукомпенсирующему давлению.При динамической калибровке наосциллограмме получается записьтолько части измеряемого давленияза вычетом величины. Компенсирующего давления РН (Р=Р-РК-аР).Отсюда видно, что погрешность пьезокварцевого преобразователя приизмерении давлений и динамическомспособе калибровки в основном определяется величиьой усилия прогибаприемной мембраны 2 (аР) и можетбыть сведена к минимуму, как систематическая.При измерении низких давлений(аР) с помощью индуктивного преобразователя 4 калибровка производится аналогично, но. с подачей небольших (до 1-4 кгс/см ) значенийкомпенсирующего избыточного или вакуумного давленийПредел измерения низких давлений (ЬР) устанавливается подборомразличной толщины приемной мембран ны 2.Технико-зкономическая эффективность от использования датчика давления, выражается в том, что он, во-первых, дает возможность регистрировать низкие давления, имеющие место в цилиндре двигателя в период продувки и выхлопа, во-вторых, позволяет осуществлять калибровку преобразователей непосредственно на работающем двигателе в любой момент и тем самым повысить точность измерений и, в-третьих, обеспечивает одновременную регистрацию усредненных и цикловых значений текущего давления, а такжепозволяет производить замеры низких давлений, что сокращает время проведения экспериментов при 15 испытании ДВС и повышает производительность труда.Формула изобретенияДатчик давления, содержащийкорпус с закрепленной в нем междудвумя решетчатыми полусферическимиповерхностями чувствительной мембраной преобразователя давления вэлектрический сигнал, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, преобра. зователь давления выполнен в видепоследовательно расположенных индуктивного и пьезоэлектрического преобразователей с установленной между ними дополнительной мембраной,образующей с чувствительной мембраной полость компенсирующего давления.35Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 336820, кл. 6 01 . 23/10, 24.07.67.2. Краткое описание .и инструкция по эксплуатации стробоскопического индикатора;модели МАИА,Москва, МАИ, 1970 (прототип).779834 Решетник 313 бТираж 1019НИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий3035,. Москва, Ж, Раушская наб., д Заказ Подпи аЛ ППН "Патентф, г, Ужгород, ул. Проект Составитель В. КозловРедактор М. Кузнецова Техред Й.Бабурка, Коррек