Датчик разности давлений

союз соВетскихсоциАлистическиРЕСПУБЛИК 1574 А 1 лю 0 01 1 13/02 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ италий 1(54) ДАТЧИК РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ(57) Использование: в приборостроении иможет быть использовано для измерения Изобретение относится к: приборостроению и может быть испол:ьзовано при разработке вцсокочувствительных преобразователей:разности давлений, расходомеров жидкос ги и таза и т.п,. ириборов.При диагностировании современных газотурбинных двигателей(ГТД) требуется измерять весьма малые перепады давления 10 о 50"0 Па в диапазоне частот 0-1000 Гц в условиях действия высокого статического. давления 10:МПа и более,Известны преобразователи разности давлений, содержащие приемные мембраны и тензомодуль рычажно-мембранного тйпа, Разность давлений вызывает прогиб мембран, который посредством рычага деформирует чувствительные элементы тензомодуля. Электрический сигнал с тензомодуля подается на электронный нормирующий усилитель,2перепада давления или ра.схода жидк.ости и газа. Сущность изобретения: в корпусе датчика размещена жесткая перегородка, на двух сторонах которой расположены мембраны, выполненные из эластичного матери,.ала. Под действием перепада давления консоль, выполненная в жесткой перегородке;отклоняется, ана преобразователе пере.мещения в эл,ектрический сигнал, размещенном в пазе жесткой перегородки :у свободного конца консоли, появляется сигнал рассогласования, велйчина которого является мерой величины давления. Преобразователь .перемещения в электрический сигнал выполнен в виде вихретокового датчика. 3 ил. Несмотря на то, что известные тензопреобразователи по точности и удовлетворяют поставленным требованиям; им присущиследующие недостатки; смещение нуля выходного сигнала, а иногда и изменение ха-- драктеристики во времени; влияниетемпературы на показания преобразовате- Оля, хотя он и содержит элементы для темпе. ратурной компенсации;Кроме того, они имеют большие габари. ты и вес, низкую надежность и высокую.никовых тензомодулей,Наиболее близким по технической сущ-ности и достигаемому результату являетсядатчик разности давлений параметрического типа, содержащий корпус с двумя подводящими штуцерами, между которымиустановлены преобразователь перемеще417815743ния в электрический сигнал и жесткая пере . Ля за счет использования консольного эфгородка,по обеимсторонам которой разме-: фекта, а с другой - расширить его рабочийщены две мембраны, а также схема диапазон благодаря высокоймеханическойобработки сигналов; . .прочйости датчика,Датчик представляет собой преобразо В полномобъеме признаков приведенватель емкосткого типа,на жесткой перего.- ная.совокупность не обнаруженав научнородке которого сформирован:центральный . технической и патентной литературе,электрод; а мембраны выполняют функцию:Отдельные признаки изобретения известныподвижных электродов, Благодаря жесткой в других совокуйностях, где они проявляютсвязи; соединяющейцентры мембран,и их 10 различныесвойства.проФилироаакию достигнуты,высокие мет-Известна коксольс линеййым перемералогическиехарактеристики преобразова- щекием свободйого конца, который нагрутеля,.,;жают сосредоточенной силой Р ВОднако, к недостаткам датчика следует предлагаемом устройствеконсоль выполнеотнести узкий диапазон рабоцих давлений, 15 на за одно целое с жесткой перегородкой иверхний предел которых составляет не бо- -нагружается равномерно распределенньмлее 0,15 УПа. Расширение рабочего диапа- по ее площади давлением. Поскольку прозона датцика требует увеличения толщины гиб консоли пропорционален силе Г = РЯ,мембран;что связано с потерей его чувстви-, где Р - измеряемое давление, Я - площадьтельности. КромЕ того, известный датчик 20 консоли, то чувствительность преобразоимеетдополнительные погрешности засчет вателя можно существейно увеличить занелинейности О,З,), гистерезиса 0.5 Д) и счет исйользования площади Я консоли.Их ., Отклонение свободного. конца консоли из-температуры (0,05 Д - .);.меряется с помсщью вихфетокового преобли Об 25 раэователя перемещениями Такое решениекйе ч вствитель ос д р " у позволило выполнить вихре гоковый преобелью изобретения является повышевысоких статичес д:Разователь плоским и установить его у конкие ч вствительности датчика к перпадур ца консоли в пазу жесткой перегородки,высоких статических давлений.ности авлений сод и щ р о, В настоящем устройстве помимо извеель остигается тем, чтов датчике разтель пе еме ен 1 р -30 стных свойств присущих рассматриваемымности авлений, содержащем преобразовапризнакам, имеет место создание совокуптель пе еме ения в электрический сигнал,ности таких условий, которые приводят ккюпе его о к имембаны,в нем и ипреобразователь ер щ , , возникновению у этих признаков новыхзователь пе емещения выполнен ввиде вихретокового датчика, а в жесткой, воз"СойС.перегородке воен -О рк ыполнен П-об азный сквоз- сво свихретокового преобразователя перемещеной паз с об азованием консоли, при этомвихретоковои датчик разм щен в паз жест ния, в отличие от прототипа свободна откой перегородки в зо о д Р таких недостатков как влияние гистерезиса,го о ки в зоне свободного торцаконсоли, а мембраны выполнены из эла- . а "нелинейности и температуры, Консоль име-стичного мате иала и расположены на пове хностяхес " р о д 40 ет первмещение От долей микрона до однове хностях жесткой перегородки,выполненной из металла; поицем длинавысококачественных температуростойкихматериалов. Перемещение конца консолиана из соотношенияизмеряется вихретоковым преобразовате 3 2Е Ь" 45 лем,имеющимрабочийдиапазон, превышащ.:-ющий диапазон перемещения консоли.где Е - модуль упругостиматериала жесткой В аявляемом. преобразпеРегородки: Ринимающие давление мембраны выпол Ь - соли;нены изэластичногоматериала. ОсновныеЬ - ширина консоли; .. вныЬ - толщина консоли; . 50 назначения мембран - изоляция приемныхГЙ 1 МаССа КОНСОЛИ;Я Т Ясоли;, камер друг от друга. Поскольку измеряетсяГл - вРемЯпеРепаДа Давленйл, Разность"давлений одкОго ПОРЯдка, то тРебования к механической прочности мембВ изйеСтном датчике; в Отличиеот про- . Ран кезначительнь 1. Они воспринимаюттотипа, в жесткой перегородке о разованабразована 55 лишь пеРепад давлений, а пРотиводействУупругая консоль и паз, в котором установ- н то ором установ- ющая сила, в отличие от известных устлен вихретоковый преобразователь перебр зователь пере- Ройств, создается самой консолью. Для, Э с о ной стороны.Исключения возможкости отхода мембранмещейия, Это- позволило с одной сто оныпреобразовате- . от консоли при измеренйи давлений нижеповысить чувствитель -ь прео азовате1781574 5 10 Е 1 ли 20 30 зЕ Ь Ьзт 210,3ге к 40 45 50 атмосферного полость между ними может быть вакуумировдна.По сравнению с металлическими мембранами, воспринимающая поверхность которых лимитирована нелинейностью преобразователя, рабочая поверхность консоли может быть выбрана достаточно большой. Можно показать, что отклонение Лд конца консоли под действием измеряемого перепада Л Р давления имеет вид: где - длина консоли; 1 - толщина консоли; Е - модуль упругости материала консоКак видно из выражения (1), перемещение Лд свободного конца консоли зависит от длиныконсоли в четвертой степени. Варьируя в небольших пределах длину консоли, можно в широких пределах регулировать перемещение ее свободного конца и получить соответственно высокую разрешающую способность преобразователя, Имея набор одинаковых пластин, с выполненными в них консолями разной длины, можно легко компоновать преобразователи на любой ряд измеряемого давления,Следует отметить, что выбор длины консоли не беспределен, Максимально допустимая длина консоли лимитируется временем перепада давления, При койструировании преобразователя необходимо выбирать длину консоли, исходя из выражения: где Е - модуль упругости материала жесткой перегородки;Ь,и - ширина и толщина консоли;п - масса консоли;г - время перепада давления, На флг, 1 изображена жесткая перегородка с консолью, преобразователем перемещения и нормирующим усилителем; на фиг. 2 - поперечный разрез датчика, вид сбоку, на фиг, 3 - осциллограмма, иллюстрирующая работу преобразователя,Датчик разности давлений содержит жесткую перегородку 1, в которой электроэрозионным или лазерным методом вырезана. консоль 2. Зазор между консолью и перегородкой не более 400 микрон. В перегородке выполнен паз 3. в котором установлен вихретоковьй г 1 реобразовдтель 4 пере мещения, Здзор между торцдми преобразователя переменения и консоли состдвляет 400 микрон. Выход датчика соединен с блоком 5 Фильтрации и нормирующим усилителем 6, На поверхность перегородки с двух сторон нанесены эластичные мембраны 7 и 8, выполненные из тонкой резины. Перегородки 1, преобразователь 4 перемеьцения и мембраны 7.8 установлены между двух приемных камер 9 и 10 давления. Приемные камеры снабжены выступами 11 и 12 для ограничения хода консоли. Датчик в сборе крепится винтами, проходящими через15 сквозные отверстия 13 и 14. Датчик работает следующим образом, При равенстве давлений Р 1 и Р 2 консольнаходится в нейтральном положении и навыходе нормирующего усилителя сигнал равен нулю. При перепаде давления, когда РгР, консоль отклоняется от положения равновесия пропорционально измеряемому давлению Р, Отклонение консоли измеряется с помощью вихретокового преобразователя, сигнал с которого после фильтрации поступает на вход нормирующего усилителя 6, Благоддря конструктивной развязке торцов консоли и вихретокового преобразователя, датчик малочувствителен к изменению температурьь Влияние последействия и гистерезиса в нем сведено к минимуму за счет выполнения перегородки из прецизионного сплава 70 НХБМЮ, у которого физико-механиче 35 ские свойства стабильны до температуры 500 С. Разрешающая способность датчика составляет " 10 Па (см. фиг. 3). Использование предлагаемого технического решения в народном хозяйстве страны позволит повысить точность и надежность средств диагностирования газотурбинных двигателей, энергетических установок, газонефтепроводов и т.п, оборудования,Формула изобретения Датчик разности давлений, содержащий корпус с двумя подводящими штуцерами, между которыми установлены преобразователь перемещения в электрический сигнал и жесткая перегородка, по обелм сторонам которой размещены две мембраны, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, в нем преобразователь перемещения в электрический сигнал выполнен в виде вихретокового датчика, а в жесткой перегородке выполнен П-образный сквозной паз с образованием консоли, при этом вихретоковый датчик размещен в пазе жесткой перегородки в зоне свободного торца консоли, а мембраны выполнены из эластичного материала и расположены нэ поверхностях жесткой перегородки, выполненной из металла, причем длина консоли еыбрана из соотношения;/3З 2-гпк где Е - модуль упругости материала жесткгйперегородки;Ь - ширина консоли:Ь - толщина консоли,5 п - масса консоли:тп - время перепада давления.1781574 ФРФГЕ Составитель Б,Иращин ехред М.Моргентал Кор И.Шмакова р В.Трубченко зводственно-издательский комбййат "Патент", г. Ужгор агарина 101 аэ.4269ВНИИПИ Г Тиражственного комитета 113035, Москва, Ж Подписное изобретениям и открытиям при ГККТ СССР5, Рауйская наб., 4/5