Преобразователь давления с частотным выходом

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 260380 (2 ) 2898608/18-10 с присоединением заявки Йо 0 01 Ь 9/120 01 Ь 11/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 231181 Бюллетень Й 9 43 Дата опубликования описания 2 3. 11. 8.1(72) Автор изобретения. Ю.А.Нестеренко Опытное конструкторско-технологическое бюро "Кристалл"с с опытным производством Ленинградского технологического института им. ЛенсоветаИзобретение касается информационно-измерительной техники и предназначено для измерений абсолютных давлений газовых сред.Известент датчик давления с частотным выходом, в котором в качестве упругого чувствительного элемента используется тонкостенный цилиндрический резонатор, выполненный в виде стаканчика, в котором непрерывно возбуждаются изгибные колебания. Собственная частота этих колебаний связана с измеряемой величиной давления и является выходным параметром 11 . 5Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является устройство преобразователя давления с частотным выходом, содержащее 20 корпус, образованный элементами системы возбуждения, с внутренней полостью, сообщающейся с контролируе" мой средой, и закрепленным в ней по торцам на элементах крепления цилиндрическим резонатором 2).Недостатком известного технического решения является возбуждение побочных механических резонансов в элементах крепления. резонатора, ис кажающих зависимость выходной часто-, ты от измеряемого давления и тем са-, мым снижающих точность измерения,Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измерения давления.Укаэанная цель достигается за счет того, что.длина резонатора не превышает половины длины радиальноизгибной волны, а внутренняя полость ограничена по торцам элементами крепления, выполненными из эластичного пористого материала, проницаемого для контролируемой среды.На фиг .1 изображен преобразователь давлениях на фиг.2 - схема его подключения к системе возбуждения преобразователя.Тонкостенный цилиндрический резонатор 1, выполненный из элинварного сплава кли диэлектрического мате" риала с соответствующей металлизацией поверхностей, и корпусные детали 2 и 3 системы возбуждения колебаний резонатора 1 своими цилиндрическими поверхностями образуют внутреннюю полость, которая по торцам ограничена эластичными виброопорами 4 и 5. Виброопоры 4 и 5 являются элементами крепления резонатора 1 поего торцам во внутренней полостипреобразователя коаксиально цилиндрическим поверхностям корпусных деталей 2 и 3. Виброопоры 4 и 5 вы"полнейы из пористого материала,проницаемого для измеряемой среды,например из пористой резины. Электроды б и 7, размещенные на корпусныхдеталях 2 и 3, являются элементамисистемы возбуждения, в частностиэлектростатической, и съема колебаний резонатора. Для подключения кэлектрической схеме преобразователяслужат проводники 8, 9 и 10. Приэтом проводники 8 и 9 закреплены вкорпусных деталях 2 и 3 с помощьюизолирующих вставок 11 и 12., а проводник 10 выполнен виброустойчивыми продернут через виброопору 5,Смонтированный преобразователь может быть установлен в дополнительныйкорпус (не показан) с электрическими Щгерморазъемами, для подключения ксистеме возбуждения, и штуцером, дляподсоединения к объему, давление вкотором необходимо контролировать,Параметры виброопор 4 и 5,как и 2их размер,.материал и т.п., выбираются из условия обеспечения их упругости меньшей (на порядок или более), по сравнению с упругостью цилиндрического резонанатора 1,Схема возбуждения преобразователя (фиг.2) является .схемой измерительного автогенератора. Электрод бявляется приемным электродом преобразователя и с помощью проводника 9через разделительный конденсатор 13подключен к дифференцирующему усилителю 14 с высоким входным сопротивлением, Усилитель содержит также схемуавтоматической регулировки усиления.Выход усилителя 14 подключен через 40конденсатор 15 обратной связи и проводник 8 к электроду 7, играющемуроль возбуждения электрода. Блок 16питания обеспечивает подачу напряжения поляризации на приемный и возбуждающий электроды б и 7, соответственно, через высокоомные резисторы 17и 18, а также выдает необходимое напряжение питания для усилителя 14.Резонатор 1, выполняющий роль подвижного электрода электростатическойсистемы возбуждения колебаний и ихприема, с помощью проводника 10 под-.ключен к общему электрическому корпусу,преобразователя. Выходной час:тотный сигнал снимается с выходаусилителя 14.Работа преобразователя происходит:следующим образом.При подаче напряжения питания отблока 1 б питания, происходит самовоз)о.буждение преобразователя на частотесобственных резонансных колебанийрезонатора 1. При этом сигнал переменного тока с приемного электрода бчерез проводник 9 и конденсатор 13 65 поступает на усилитель 14, где усиливается в необходимое число раз с поворотом фазы на +90 ф, что необходимо по условиям самовоэбуждения схемы включения резонатора 1. С выхода усилителя 14 электрический сигнал поступает через конденсатор 15 обратной связи и проводник 8 на возбуждающий электрод 7 преобразователя, возбуждая незатухающие автоколебания резонатора 1. Схема автоматической регулировки усиления в усилителе 14 обеспечивает генерирование колебаний в пределах линейного диапазона усиления этого усилителя, чем достигается исключение нелинейного огра- ничения выходного сигнала преобразователя.Давление контролируемой среды, проникая через поры в виброопорах 4 и 5,приводит к изменению акустической упругости газового объема во внутренней полости датчика,что, в свою очередь, изменяет частоту колебаний ре" зонатора 1, в соответствии с выражением- Мр Ф 14 о, 9 ЯУ ЬМфгде Й - выходная частота преобразователя;ыр - круговая частота собственныхрезонансных осесимметричныхрадиальных колебаний резонатора в вакуумеР - контролируемое давление газовой среды8 - площадь цилиндрической поверхности резонатора, ограниченная элементами крепления - виброопорами;Ь - средний размер внутреннейполости в радиальном направлении- показатель адиабатичностиили изотермичности процессов сжатий-разряжений газаво внутренней полости преобразователяуМ Э 4,ф - масса резонатора и присоединенная масса эластичных элементов крепления резонатора - виброопор,Поскольку длина резонатора выбиралась не превышающей половины длины волны радиально-изгибной моды колебания резонатора 1, в описанной резонансной системе, вследствие изгибной упругости, отдельные элементы резонатора 1 йе смогут совершать колебания независимо друг от друга. Поэтому при осесимметричном радиальном резонансе резонатор 1 колеблется во всех точках с одинаковой фазой и амплитудой, так как малое от" клонение от этого режима колебаний приводит к возникновению вдоль цилиндрической образующей разонатора 1 изгибной волны, выравнивающей распределение колебаний по образующейцилиндра резонатора и восстанавливающей исходный режим автоколебаний.Это обстоятельство обеспечивает одномерность процессов сжатия-разряжения газовой среды во внутренней полости преобразователя в радиальномнаправлении, что исключает потерина сдвиговую вязкость и приводит кповышению добротности колебательнойсистемы в целом,Наличие эластичных элементовкрепления - виброопор 4 и 5, с малойсобственной упругостью позволяетобеспечить акустическую разрядку резонатора 1 и других элементов конструкции преобразователя, что снижает возбуждение побочных резонансовв колебательной системе и,тем самым,повышается точность измерения давления.Формула изобретения 1. Преобразователь давления счастотным выходом, содержащий корпус,образованный элементами сис зы возбуждения, с внутренней полостью, со-,общающейся с контролируемой средой,и закрепленным в. ней по торцам наэлементах крепления цилиндрическИмрезонатором, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точностии расширения диапазона измерения,давления, длина резонатора не превышает половины длины радиально-изгиб"ной волны, а внутренняя полость ого раничена по торцам элементами крепления, выполненными из эластичного,пористого материала, проницаемогодля контролируемой среды,Источники информации,15 принятые во внимание при экспертизе1. Горенштейн И.А. Гидростатические частотные датчики первичной ии"Формации, М., Машиностроениефф,1976, с. 12-17.Щ 2. Авторское свидетельство СССР9 717581 кл. 6 01 Ь 11/00 от06.01.78 (прототип).883683 г.8 Тираж 910 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб д.