Датчик давления с частотным выходом

 

И.А. Горенштейн, Г.A браун, В.В. Данифок,:. .

С.Н. Тропин и А.И. Чабанов

t д

F аз- Д (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ ком (1j .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для измерения давлений жидких и газообразных сред.

Известны датчики давления с частот- ным выходом, предназначенные для измерения давлений жидких и газообразных сред, в которых в качестве первичного измерительного преобразователя используется резонатор с тонкостенным цилиндрическим активным участВ известных датчиках для уменьшения температурных погрешностей осуществляют тщательный подбор конструкционных материалов, из которых изготавливают как сам резонатор, так и другие элементы конструкции, причем к диапазонам изменения значений теп20 лофизических параметров этих материалов предъявляются черезвычайно жесткие требования.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является датчик давления с частотным выходом, включающий корпус с размещенными в нем цилиндрическим резонатором с системой возбуждения и регистрации колебаний, и устройством компенсации температурной погрешности 2 .

8 датчике устройство компенсации температуркой погрешности представляет собой отдельный конструктивно обособленный узел, упругая система которого содержит выполненные газообразными (и/или) жидкими средами герметичные камеры, причем давления и. составы сред, заполняющих указанные камеры, подбирают в процессе регулировки уз- ла таким образом, что результирующий

ТКЧ датчика (температурный коэффициент частоты) приближается к нулю., а его начальная частота - к заданному номиналу. Для упрощения компоновки узла резонатора как сам термокомпенсатор, так и,все его детали изготав86 ф линдрической расточкой 8, внутри которой размещается тонкостенная упругая оболочка, например сильфон 9 с герметичной заглушкой. Сильфон 9 сочленяется с втулкой 6 также с помощью нераэъемного герметичного соединения.

С другой стороны перегородки 2 корпу" са 1 в цилиндрическом отсеке, в который выходит тонкостенный активный участок резонатора 4, монтируется узел элементов системы возбуждения и регистрации колебаний резонатора.

Этот узел включает в себя цилиндрический магнитопровод 10, четыре постоянных магнита 11 и четыре фиксирующих вкладыша 12, изготовленных из диэлектрика и несущих на себе электроды 13 емкостной системы регистрации колебаний резонатора.

Узел элементов систем возбуждения и регистрации колебаний резонатора фиксируется в корпусе датчика с помощью упругой прокладки 14 и кольцевого изолятора с арматурой, состоящего из наружной втулки 15, изоляционного кольца 16 и внутренней втулки 17. В свою очередь кольцевой изолятор жестко сочленяется с корпусом 1 датчика путем точечной сварки с наружной втулкой 1 . Глухой конец резонатора 4 крепится внутри корпуса датчика с помощью плоской мембраны 18 с четырьмя отверстиями 19, служащими для пропуска электрических проводников 20, подсоединяемых к электродам 13. Датчик закрывается крышкой 21 (из ковара) с гермовводами 22, которая крепится винтами 23. Конструктивные разъемы датчика герметизируются с помощью уплотнительных прокладок 24 и 25.

Внутренняя полость 26 резонатора сплошь заполняется рабочей жидкостью

27 (спирт, вода, ртуть и др.) Для заполнения этой полости после окончательной сборки датчика служит толстостенная капиллярная труба 28, впаянная в отверстие, просверленное внутри кольцевой проточки 29.

3 10047 ливаются в виде тел вращения. С целью увели ения диапазонов регулирования

ТКЧ и начальной частоты датчика детали термокомпенсатора, замыкающие размерную цепь узла резонатора, соединяю-5 тся между собой с помощью тонкостенных упругих оболочек (мембран, сильфонов), ограничивающих герметичные камеры, входящие в упругую систему термокомпенсатора и заполненные газооб- 16 разными и (или )жидкими средами.

Недостатком известного датчика является сложность и трудоемкость конструкции как узла термокомпенсации, так и всего датчика в целом, что 15 приводит к, очень высокой стоимости

его изготовления.

Целью изобретения является упрощение конструкции датчика.

Поставленная цель достигается тем, 20 что в частотном датчике давления, включающем корпус с размещенными в нем цилиндрическим резонатором с системой возбуждения и регистрации колебаний, и устройство компенсации темпе-д ратурных погрешностей, последнее выполнено в виде тонкостенной упругой оболочки, герметизирующей внутреннюю полость резонатора, которая заполнена жидкостью. ЗО

На фиг. 1 показан датчик, общий вид, на фиг. 2 - разрез А-A на фиг. I; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема датчика с системой самовоз35 буждения.

По окончании заполнения внутреннего объема резонатора рабочей жидкостью капиллярная трубка пережимается, обрезается и заваривается, а; остаток ее укладывается в кольцевую протЬчку 29, которая закрывается упругим разрезным кольцом 30.

Четыре постоянных магнита 11 создают в области, где расположен резонатор 4, квадрупольное магнитное поКорпус 1 (фиг. 1) датчика изготавливается из ферромагнитного материала и представляет собой тело вращения, внутри которого имеется два цилиндрических отсека, разделенных между собой перегородкой 2 с центральным отверстием 3. Тонкостенный электрический резонатор 4 вставляется в цент45 ральное отверстие перегородки 2 корпуса датчика 1 и сочленяется с ним с помощью герметичногонеразъемного соединения 5 (сварка, пайка твердыми припаями).

В качестве материала для изготовления резонатора 4 следует выбирать. металлы или сплавы с возможно более высоким пределом упругости и любыми магнитными свойствами.

Со стороны открытого конца резона.тора в корпусе 1, монтируется узел подвода измеряемо"o давления, включающий в себя втулку 6 с каналом 7 для подвода измеряемого давления и с ци6 d ной частоте низшей формы его изгибных колебаний. Разделительные конденсаторы 34 введены в схему с целью защиты усилителя 31 от попадания на его входы относительно высокого постоянного напряжения 0 от источника 33.

При отклонении температуры датчика от номинальной соответствующим образом изменяется и объем жидкости, сплошь заполняющей герметичную камеру, ограниченную внутренними поверхностями резонатора 4 и сильфона 9.

В результате этого в материале резонатора возникают дополнительные механические напряжения, которые (при выполнении определенных условий) полностью компенсируют температурные погрешности датчика в некоторой произвольно выбранной точке Р диапазона измеряемых -давлений.

Технико-экономический эффект изоб- ретения состоит в упрощении, а следовательно и в снижении стоимости производства датчика без ухудшения его температурных погрешностей.

Кроме того, предлагаемый датчик. обеспечивает возможность перехода от одной контролируемой среды к другой.

Формула изобретения

Датчик давления с частотным выходом, содержащий корпус с размещенными в нем цилиндрическим резонатором с системой возбуждения и съема колебаний и устройством компенсации температурной погрешности, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с цельЮ упрощения конструкции, устройство компенсации температурной погрешности выполнено в виде тонкостенной упругой оболочки, установленной герметично в корпусе и сообщенной с внутренней полостью резонатора, которая заполнена жидкостью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторскосе свидетельство СССР

N 473072, кл. G 01 L ll/00, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2530751/18-.10, кл. G 01 L 11/00, 26.04.78 (прототип).

5 100478 ле,". направление силовых линий которого указано стрелками.

Один конец резонатора 4 соединен с выходом широкополосного дифференциального усилителя 31 системы самовозбуждения, а другой — с корпусом прибора и далее с общим проводом (землей) всей схемы.

Накрест лежащие пары электродов

13 соединяются между собой и через 10 высокоомные сопротивления 32 подключаются к источнику 33 постоянного напряжения О„, а через разделительные конденсаторы 34 - к входам дифференциального усилителя 31. Входы 1$ дифференциального усилителя 31 шунтируются подстроечными сопротивлениями 35, которые предназначены для точной фазовой подстройки системы самовозбуждения датчика. 20

При номинальной температуре датчик работает следующим образом.

Подвод измеряемого давления Вк внешней поверхности сильфона 9 обуславливает изменение действующих в 25 материале резонатора упругих напряже" ний, однозначно определяющих собственную частоту низшей формы его изгибных колебаний. В совокупности с электронным блоком, системы самовозбуждения датчик образует электромеханическую автоколебательную систему, частота которой близка к соб. ственной частоте колебаний резонатора 4..

При колебаниях резонатора 4 изменяются емкости конденсаторов, образуемых электродами 13 и резонаторов, в результате чего на электродах 13 возникает переменный электрический сигнал, частота которого равна частоте колебаний резонатора.

Через разделительные конденсаторы

34 этот сигнал поступает на входы дифференциального усилителя 31, сигнал подается нв изолированный от корпуса конец резонатора 4 (на фиг.1 это его верхний конец), обуславливая тем самым протекание через резонатор переменного тока в осевом направлении. При взаимодействии этого тока с квадрупольным магнитным полем возни-кает система приложенных к резонатору пондеромоторных сил, поддерживающих неэатухание колебания резонато. ра с частотой, близкой к собствен55

l004786

)004786

ВНИИПИ Заказ 1868/51 Тираж 871 Подлисное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4