Датчик давления

(56) Патент ВеликоУ 2114742, кл. С ОПатент США У 38кл. С О 1 1 9/10, 1 У 1н, И. В. Королько британии1 1. 9/00, 1983.63505,975,СУДЯРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛЯМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к областиизмерительной техники. Цель изобретения - упрощение технологии сборкии регулировки и повышение точностиизмерений. Включение возбудителей 6и приемников 7 по данной схеме обеспечивает минимальные наводки и максимальное соотношение сигнал/шум навыходе операционного усилителя 16.В выходном усилителе 17 стабилитроны 18 создают требуемую нелинейность типа насыщение" выходной характеристики выходного усилителя 17 при работе последнего в линейном режиме. Резисторы 20 образуют обратную связь по току для увеличения выходного сопротивления выходного усилителя 17. Система самовоэбуждения обеспечивает самовоэбуждение цилиндрического резонатора (ЦР) строго на собственной частоте. При появлении разности давлений, действующих во внешней и внутренней плоскостях ЦР, изменяются собственная частота ЦР и частота авто- колебаний в системе самовоэбуждения, следов., частота электрическо- фе го выходного сигнала является информативным параметром, Особенностью конструкции датчика является выполнение корпуса, позволяющего проводить необходимую термообработку полностью закрепленного в нем ЦР. 3 ил.(ц И 1число полуволн, и 2 - число волн.Датчик давления состоит (фиг. 1) 1 г из корпуса 1, выполненного в виде стакана с фланцем, в котором закреплен сварной цилиндрический резонатор 2, при этом дно резонатора для уменьшения влияния закрепления на его работу соединено с крепежным выступом 3. На боковую поверхцость корпуса 1, имеющую четыре окна 4 с размером воокружном направлении 45 , надета втулка 5, в которой в радиальных 25 отверстиях установлены четыре возбудителя 6 и четыре приемника 7. Возбудители 6 и приемники 7 выполнены одинаково в виде поляризованных постоянным магнитом 8 электромагнитных ЭО капсул, имеющих магцитопроводцые обечайки 9 с коцусным полюсным наконечником и втулку 10, электрическую обмотку 11 и герметизирующий тонкий немагнитцый диск 2 (например, из сплава 36 НХТ), Возбудители 6 установлены под углом 90 друг относительно друга. Соответственно также установлены приемники 7. Каждая капсула герметично закреплена ца боковой поверхности втулки 5, для чего втулка 5 имеет четыре плоских лыски с требуемыми канавками, необходимыми для сварки (фиг. 1), или фасками для пайки. Втулка 5 герметично соединена с флаццем корпуса 1, а к торцу втулки 5 герметично прикреплена крышка 13 со штуцером внешней полос - ти резонатора, в которую среда проходит через отверстия 14. К другой стороне фланца корпуса 1 герметично прикреплена крышка 15 со штуцером внутренней полости резонатора.На фиг. 2 показано подключение возбудителей (В, - В ) и приемников 7 (П- П ). Включение возбудителей 6 и приемников 7 в соответствии со схемой (фиг, 2) обеспечивает минимальные наводки и максимальное соот 9 2ношение сигнал/шум ца выходе суммирующего операционного усилителя 16 (У,). Усилитель 17 (У ) - выходной усилитель, в котором стабилитроны 18 (73) и 19 (И) ) создают требуемую нелинейность типа "насыщение" выходной характеристики усилителя 17 при работе самого усилителя в пикейном режиме, а резисторы 20 (К ) и 21 (В. ) образуют обратную связь по току для увеличения выходного сопротивления усилителя 17. Система самовозбуждения, показанная на фиг.2, обеспечивает самовозбуждение цилиндрического резонатора строго на собственной частоте, соответствующей форме п=2 иш 1, где и - число волн в окружном направлении (показано пунктиром на фиг. 2); ш - число полуволц в продольном направлении цилиндрического резонатора, что обусловлено минимальным фазовым сдвигом между скоростью перемещения стенки резонатора (электрическое напряжение на приемниках) и возбуждающей силой (электрическнй ток в возбудителях).На фиг. 3 пунктиром показано наихудшее возможное начальное положение возбудителей 6 и приемников 7 относительно расщепленных форм с О 11 и м 12 ф(г где ш 1 - число полуволн, п=2 - число волн.Требуемое положение возбудителей 6 и приемников 7 достигнуто повороотом ца +22,5 , т.е. в пучности формы с ы", но можно получить идентичный результат поворотом в пучности формы с и(-22,5 )Датчик давления работает следующим образом.При появлении разности давлений, действующих во внешней и внутренней полостях резонатора 2, изменяется собственная частота резонатора на возбуждаемой форме ы и таким образом частота автоколебаций в системе самовозбуждеция, следовательно и частота электрического выходного сигнала Пявляющаяся информативным параметром (фиг. 2).В системе самовозбуждеция изгцбцые колебания резонатора с помощью приемников 7 (П - П )1 4 1 включенных по дифференциальной схеме, преобразуются в два противофазцых сигнала, которые суммируются и усиливаются в усилителях 16 и 17. Выходкой сигнал Ь преобразуется1364929 возбудителями 6 в возбуждающие силы, распределеные по форме колебаний оп=1, п=2.Фаэовые соотношения необходимоеУ 5 усиление по контуру системы самовозбуждения и нелинейность типа насыщение" (стабилитроны ЧП ЧР) обеспечивают автоколебания с частотойч (1м, (о.1,) выбранной расщепленной форы колебаний.Особенностями конструкции датчика давления является выполнение корпуса 1, позволяющего проводить необходимую термообработку полностью закреп ленного в нем цилиндрического резонатора 2. Этим определяется начальное положение расщепленных собственных форм закрепленного резонатора 2, возникающих при технологических отклоне в 20 ниях относительно корпуса (базы).На фиг. 3 показаны расщепленные формы с разными частотами о и ь"гф где ш=1 и п=2.Кроме того, присоединение дна резонатора 2 к крепежному выступу 3, имеющему диаметр д , существенно мень -ший диаметра резонатора 2 г 1 (1 (- - с 1 )Р 2 обеспечивает виброустойчивость длинных цилиндрических резонаторов приминимальном влиянии условий закрепления на работу резонатора, т.е. увеличивает точность.Втулка 5 после установки капсул и их закрепления дает возможность отрегулировать поворотом относительно корпуса положение возбудителей и приемников строго по пучностям колебаний какой-либо расщепленной формы. На фиг, 3 это показано стрелками относительно расщепленной формы с частотой Симметричная установка капсул вмагнитопроводной втулке 5, выполнение их с конусными полюсными наконечниками них включение в соответствии )5 со схемой (фиг. 2) позволяют существенно увеличить соотношение сигнал//шум,что увеличивает точность измерения, а герметизация капсул немагнитным тонкими металлическими дисками ЗО 12 обеспечивает возможность вакуумирования внешней и внутренней полостей резонатора 2. 35Датчик давления, содержащий корпус, две крышки с подводящими штуцерами, цилиндрический резонатор с глу -хим дном и установочным пояском, 4 О закрепленный в корпусе, и системывозбуждения и съема колебаний, выполненные в виде поляризованных электромагнитов с цилиндрическим ярмом, образующим полюсный наконечник в виде 45 усеченного конуса, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью упрощения технологии сборки и регулировкии повышения точности измерения, внем корпус выполнен в виде стаканас фланцем и расположенной снаружинего втулки с отверстиями, в которыхзакреплены электромагниты, выведенные во внутреннюю полость корпусаполюсными наконечниками через окна,выполненные В стенке стакана приэтом каждый полюсный наконечникзагерметизирован по торцу немагнитным диском, а в дне стакана выполненвыступ, к которому прикреплено глуТакая регулировка обеспечивает максимально возможный диапазон измерений. Это объясняется тем, что изэа неизбежных технологических погибей цилиндрического резонатора при действии давления погибы начинают изменяться, что приводит к повороту расщепленных форм резонатора относительно возбудителей и приемников.Максимальный диапазон измеряемых давлений ограничивается скачкообразным изменением частоты автоколебаний, связанным с переходом колебаний резонатора с одной расщепленной формы на другую, что обусловлено их поворотом относительно возбудителей и приемников, т.е, переходом автоко - лебаний с частоты г., на частоту.3. (,1Предложенная установка одинаковых возбудителей и приемников в каждой пучности колебаний цилиндрического резонатора при форме колебаний ш=1, п=2 и выборе размеров резонатора, обеспечивающих минимальную частоту его собственных колебаний, гарантирует невозможность перехода автоколебаний в системе самовозбуждения на более высокие формы при любом изменении давления (перепада давлений) вплоть до разрушения резонатора. Однако это приводит к цилиндрическому резонатору относительно большой длины, дно которого для виброустойчивости необходимо закреплять. Формула и з о б р е т е н и яхое дно резонатора, прин ,;икрышка со щтуцером присоединена к 136929илщу стакана, а другая - к торцу н у.ики.1364929 г,Составитель Н. МатрохиТехред Г 1.Ходанич Зимокосов дак ан оррект Тираж а одписное Государственно лам изо Москва,етен