Датчик давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9735 А 1 9 10 аою 6 ИЕ ИЗОБР ЕТЕЛЬСТВУ СУДАРСТВЕННЫй КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к индуктивным датчикам давления и розволяет повысить точность и стабильность датчика давления.Датчик содержит мембрану 1, по обе стороны которой расположены магнитные системы, состбящие из . одинаковыхэлементов-ббмоток 10 и 11, установленных в мзгнйтопроводах 6 и 7. На магнитопроводы надеты немагнитные экраны 4 и 5. Материал немагнитных экранов имеет одинаковый температурный коэффициент линейного расширения с материалом магнитопроводов и корпуса. Магнитопроводы, корпус и мембрана выполнены из одного и того же элинварного сплава-ВУС, но за счет различной термообработки материал магнитопроводов 6 и 7 имеет меньшую твердость, чем материал мембраны. Это позволяет уменьшить температурную погрешность и повысить помехозащищенность. Датчик обладает высокой точностью измерений + 1/, от текущего значения измеряемого давления и предназначен для работы в комплекте с электронными системами управления газотурбиннымидвигателями, 2 ил. 1 табл.Изобретение относится к авиационно му приборостроению, а именно к датчикам давления, используемым на борту летательных аппаратов.К приборам, монтируемым на авиаци онных бортовых системах, и, в первую очередь, на двигателях, предъявляются весьма жесткие требования надежной работоспособности при постоянно действующих вибрационных и температурных нагрузках, 10 являющихся обычными рабочими режимами этих систем, с сохранением заданнойточности в течение длительного срока эксплуатации. Часто для этих целей используют датчики давления с.ийдуктивными 5 преобразователями. Они наиболее отрабо-. таны и их характеристики ближе других удовлетворяют многим требованйям экс-. плуатации.Однако одной из проблем конструиро вания современных датчиков является обеспечение стабильности их показаний в течение длительного срока, соответствующего, обычно, ресурсу работы двигателя.: Эта проблема является наиболее трудно разрешимой,Требуется создание жесткой монолитной конструкции датчика без подвижных элементов, винтовых и резьбовых соединений и особенно в креплении чувствительных элементов и магнитопроводов, ЗО так как в этих соединениях в результате . релаксации напряжений происходит ослабление затяжек, появление люфтов, приводящих к изменению характеристик датчиков.В датчиках со сварными соединениями 35 элементов достигнута жесткость конструкции; исключены люфты, но обеспечение временной стабильности достигается приМенением специальных дифференцйальных: . .узлов и схем 4 ОИзвестен индуктивный датчик, в котором обеспечение стабильности решается :введением дополнительного дифференциально-трансформаторного преобразователя и дополнительного электронного 45 преобразователя. Его принцип действию основанна одновременном и одинаковом из. менении характеристик обоих преобразователей во времени й вычитании изменения показаний дополнительного 50 преобразователя из результатов измерений. Однако, недостатком этого принцийа компенсации является то, что дополнительные преобразователи увеличивают габариты и массу датчика, снижают надежностьего в работе,Наиболее близким к предлагаемому является датчик давления, содержащий мембрану И-образной формы, по обе стороны которой установлены обоймы с катушками,Такая конструкция обладает высокой жесткостью, в ней отсутствуют винтовые и резьбовые соединения, и компенсация температурной погрешности достигается выбором матврйалов, однако ее погрешности будут определяться изменением характеристик элементов магнитной цепи от температуры и времениКроме того, этот датчик не обладает достаточной помехозащищенностью ввиду того, что рабочие магнитные поля проходят по. наружной поверхности корпуса. По той же причине, в Результате воздействия температуры окружающей среды,влажностии окислейия (старения) наружной поверхности корпуса дополнительные погрешности и временная нестабильность будут значительными.Существенным недостатком конструкции этого датчика является то, что неравенство температур обеих половин в процессеэксплуатации при изменениях температурыокружающей среды приводит к дополнительной температурной погрешности,Цель изобретения - повышение точности и стабильности показаний индуктивныхдатчиков давления,Поставленная цельдостигается тем, чтов датчик введен корпус, выполненный иэ двух чашеобразных половин, между которыми с зазорами установлена мембрана сутолщенной периферийной частью, два тонкостенных экрана, выполненных в виде стаканов из немагнитного материала ирасположенных в чашеобразных половинах корпусов, в которых установлены магнитопроводы с катушками, При этом корпус, мембрана и магнитопроводы.выполнены из одинакового материала, и материал экранов имеет одинаковый температурный коэффициент материала, и материал экранов имеетодинаковый температурный коэффициентлинейного расширения с материалом кор-пуса и магнитопроводов, а твердость материала магйитопроводов меньше твердостиматериала мембраны.На фиг. 1 прйведена конструктивнаясхема предлагаемого датчика давлейия,разрез А-А; на фиг. 2 - график зависимостимагнитной проницаемости от напряженности магнитного йоля сплава ВУС,Мембрана 1 имеет плоскую рабочую поверхность и утолщенную периферийнуючасть, придающую мембране Н-образнуюформу. В корпусах 2 и 3 плотно установленыэкраны 4 и 5, в них - магнитопроводы б и 7,В магнитопроводах запрессованы каркасы8 и 9 с обмотками 10 и 11.Каркасы 8 и 9 выполнены из немагнитного металла (например. титана) с покрытием поверхностей под обмоткой высокотемпературным лаком, напрессованы на магнитопроводы и со стороны мемб раны . закрыты тонкимипластинами-диафрагмами 12 и .13, приваренными по наружным диаметрам к корпу-. сам.2 и 3, в центре - к полюсам магнитопроводов 6 и 7. 10Диафрагмы 12 и 13 выполнены из не- магнитного вакуумноплотного материала и обеспечивают герметизацию подмембранной (надмембранной) полости и защиту катушек от воздействия измеряемой среды, В,15 периферийной части мембраны 1 выполне ны отверстия, расположены по разные стороны от ее рабочей плоскости и снаружи приварены штуцера 14 и 15 для подвода давлений. Нз наружной утолщенной части 20 мембраны выполнен тонкий Фланец, расположенный в одной плоскости с рабочей по.верхйостью мембраны, На этом фланце выполнены лапки 16 с отверстиями, через которые осуществляется крепление датчика 25 на обьекте. Корпуса с экранами, магнито. проводами, катушками и диафрагмами свариваются с мембраной по ее утолщенной части и закрываются кожухами 17 и 18, выполненнымииз пермаллоя, с образованием 30 воздушного зазора между элементами 2, 3 и 17, 18. Воздушные зазоры заполняются пенополиуретаном 19 и 20, имеющим коэф. Фициент теплопроводности значительно ниже, чем воздух. - 35Мембрана, магнитопроводы и корпуса выполнены из одинакового элинвзрного сплава, в частности ВУС, но имеют различные прочностные (упругие) и различные магнитные характеристики, Эти свойства 40 (фиг. 2) обеспечиваются соответствующими. режимами термообработки (кривая 1 - после закалки и двойного дисперсионного твердения; кривая 2 - после закалки и при температуре+105, +25 и -70 ОС. 45В таблице приведены материалы элементов датчика и их основные характеристики,Как видно из таблицы, мембрана имеетнаибольшую твердость, Это достигнуто блзгодара двойному диеперсионному твердению под нагрузкой и необходимо дляснижения упругого последействия и гистерезиса мембраны и, в конечном итоге, обеспечения наибольшего совпадения ееупругих характеристик при первом и последующих нагружениях, что является существенным для повышения точности мембранных датчиков давления, Однако после закалки и двойного дисперсионного твердения магнитная проницаемость мембраны снижается (кривая 1, фиг, 2), и влияние на нее температуры увеличивается, Для компенсации этих изменений введен магнитопровод иэ того же,элинварного сплава, но не подвергнутый дисперсионному твердению и имеющий низкую твердость, а в результате этого обладающий большим значением начальной магнйтной проницаемости и меньшим значением температурного коэффициента магнитной проницаемости.Предлагаемая конструкция датчика является высокоуниверсальной, При сохранении одних и тех же деталей она позволяет разрабатывать три варианта датчиков: для измерения избыточного давления, абсолютного давления и разности давлений.В датчике избыточного давления штуцер 14 соединяют с трубопроводом измеряемой магистрали давления,а трубопровод штуцера 15 оставляют открытым. В датчике абсолютного давления трубопровод штуцера 15 заварен, а полость между мембраной 1 и корпусом 2 вакуумирована. В датчике разности давлений штуцера 14 и 15 соединяются с трубопроводами измеряемых давлений.Датчик работает следующим образом.Измеряемое давление через штуцер 14 подводится к мембране 1 и деформирует ее, что приводит к перераспределению воздушных зазоров между мембраной и магнитопроводами. При включенном питании обмоток это приводит к перераспределению магнитных сопротивлений (индуктивностей) цепей, которое на выходе преобразуется в изменение напряжения, пропорционального измеряемому давлению,Тзк как элементами магнитной цепи являются магнитопровод, воздушный зазор и мембрана, то за счет того, что в материале магнитопровода достигйуто наибольшее значение начальной магнитной проницаемости и наименьшее значение ее температурного коэффициента, температурная погрешность и вреМенная нестабильность магнитной системы существенно снижаются и определяются, в основном, изменением магнитных свойств мембраны.Кроме того, дополнительными Факторами, влияющими нз точность, является следующее,Введение кожуха из пермаллоя, являющегося вторым экраном, позволяет обеспечить дополнительную помехозащищенность магнитной системы, а двойное экрзнирова1749735 Температурный коэффициент линейного расширения Материал и его термообработкзСплав ВУС,Закалка и двойное дисперсионное тверденйе 380 240 О,147 Сплав ВУС, ЗакалкаМаг нитные экраны 17 и 18ние - осуществить работу магнитной системы в режиме слабых магнитных йолей, т,е. на начальном линейной участке кривой намагничивания, и обеспечить более высокую линейность выходной характеристики датчика, Крепление датчика через лапки, выполненные на тонком наружном фланце, обеспечивают симметричное и равномерное распределение тепла, подводимого через тепловой контакт фланца между обеими половинами датчика. Крепление эа лапки .снимает передачу на мембрану и магнитопроводы деформации от крепления датчика к обьекту и тем более влиянйе изменения этого крепления в эксплуатации со временем,Введение воздушного эззора между кожухом и корпусом и заполнение его пенопо, лиуретаном коэффициент теплопроводности пенополиуретанз значительно меньше, чем воздуха) позволяет снизить влияние колебаний температуры на корпус, мзгнитопровод и мембрану, з введение металлических каркасов катушек, напрессовзнных на магнитопроводы, обеспечивает уменьшение температурной инерционности между корпусными металлическими деталями и обмоткой из медного провода, Введение раздельных магнитопроводов, расположенных е корпусах под магнитными экранами и не имеющих непосредственного контакта с окружающей и измеряемой средами, позволяет исключить влияние этих сред на мзгнитопроводы. Й случае питания датчика импульсным или высокочастотным нзпря( жением изменение влажности оказывает существенное влияние на работу датчика.Использование упомянутых признаковпозволяет разработать датчики абсолютно го, избыточного и разности давлений, предназначенные для прецизионных систем измерения давлений по тракту газотурбинного двигателя и выдачи сигналов в электронную систему управления двигателем.10 Опытные образцы датчиков давления предлагаемой конструкции обеспечивают точность измерения +1 Я, от текущего значения измеряемого давления,1 б Формула изобретения Датчик давления, содержащий корпус,выполненный из двух чашеобразных поло- вин, между которыми с зазором установле на мембрана с утолщенным периферийнымоснованием, два магнитопровода с установленными в них катушками, размещенных в полостях чаш, и подводящие штуцеры, при этом корпус, мембрана и магнитопроводы 25 выполнены из одинакового материала, от л ич з ю щ и й.с я тем, что, с целью повышения точности и стабильности, в него введены два тонкостенных экрана, выполненных в виде стаканов иэ немагнитного материала, имею- ЗО щего одинаковый температурный коэффициент линейного расширения с материалом корпуса и магнитопроводов, при этом стаканы расположены в полостях чаш между их стенками и магнитопроводами; имеющими 35 твердость меньше твердости мембраны.1749735 дрректор Н,Корол Т СССР л,Гагарина, 1 атент", г, Уж Составитель Редактор Н.Козориз Техред М.Моаз 2688 .ТиражВНИИПИ Государственного комитета о113036; Москва, ЖПроизводственно-издательский комби ыгинныйал Подписноеизобретениям и открйтиям и