Струнный датчик давления

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) З(51) G 01 L 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Р

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3387574/18-40 (22) 27.01.82 (46) 28.02.84. Бюл. И 8 (72) Ю,В.Скачко, В.Е. Карамзин, Л.И.Морозов и В.В.Капырин (71) Московский институт электронного машиностроения (53) 531 787 91(088.8) (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

11 379836, кл. С, 01 Ь 1/10, 1973.

2. Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гутников В.С. Цифровые приборы с частотными датчиками, Л., "Энергия", 1970, с.158-159, рис.5.18 (прототип). (54)(57) СТРУННЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий корпус, в котором размещены чувствительная мембрана с жестким центром, дифференциальный струнный преобразователь перемещений с передаточным рычагом и двумя параллельными струнами, закрепленными одним концом в корпусе, а другим на рычаге, и систему возбуждения и сьема колебаний струн, о т .л и ч а юшийся тем, что,с целью повышения точности, в нем с внешней стороны чувствительной мембраны установлена с. зазором дополнительная мембрана, полость между мембранами заполнена жидкостью, а рычаг подвешен к корпусу на ленточном торсионном подвесе, снабжен клеммами для подсоединения к регулируемому источнику тока и связан с жестким центром чувствительной мембраны посредством введенной в датчик растяжки, соединенной другим концом с рычагом и установленной соосно струне, при этом к центру чувствительной мембраны подключен токоподвод °

1076786

Изобретения предназначено для измерения давления с помощью струнных датчиков давления.

Известны струнные датчики для изне, грунте и других средах, содержащие корпус, мембрану, частотный преобразователь перемещений мембраны, выполненный в виде струны, прикрепленной одним концом к мембране, а другим концом к корпусу датчика, и устройство для возбуждения колебаний струны (1 .

Реализация измерения давления однострунными датчиками с погрешностью менее 24 затруднена из-за нестабильности и нелинейности характеристики выходного сигнала, требующей индивидуальной градуировки.

Компенсация температурной погреш. ности и настройка таких датчиков на

20 заданную чувствительность и нуль затруднены, требуют индивидуальной градуировки,.а в процессе эксплуатации невозможны.

Известны также частотные дифференциальные датчики давления, содержащие упругий чувствительный элемент, выполненный в виде мембраны, и частотный преобразователь перемещений мембраны,содержащий две параллельно расположенные струны, подвижные концы которых закреплены на стойке, смещенной относительно центра мембраны и расположенной перпендикулярно к 35 плоскости мембраны j2) .

Недостатком таких датчиков является низкая точность измерения давлений в грунте и на контакте с сооружениями в условиях больших перепадов окружаю-40 щей температуры, поскольку жесткая связь между мембраной, струнами и корпусом преобразователя перемещений вызывает значительную температурную погрешность из-за разброса коэффициентов линейного теплового расширения

45 (КЛТР) материалов элеме нтов конструкции.

Цель изобретения - повышение точности датчика.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус, в котором размещены чувствительная

50 мембрана с жестким центром, дифференциальный струнный преобразователь перемещений с передаточным рычагом и двумя параллельными струнами, закрепленными одним концом в корпусе, 55 мерения сжимающих напряжений в бето- 5 а другим - на рычаге, и систему возбуждения и съема колебаний струн, с внешней стороны чувствительной мембраны установлена с зазором дополнительная мембрана, полость между мембранами заполнена жидкостью, а рычаг подвешен к корпусу на ленточном торсионном подвесе, снабжен клеммами для подсоединения к регулируемому источнику тока и связан с жестким центром чувствительной мембраны посредством введенной в датчик растяжки, соединенной другим концом с рычагом и установленной соосно струне, при этом к центру чувствительной мембраны подключен токоподвод, На фиг.1 схематически изображен датчик, разрез плоскостью, в которой лежат струны и растяжка; на фиг.2датчик, разрез плоскостью, в которой лежат ленты подвеса.

В корпусе I датчика размещаются струны 2 и 3, закрепленные в нем одними концами, электрически изолированными от корпуса 1, и рычаг

4, подвешенный к корпусу на ленточном торсионном подвесе, который состоит из двух натянутых лент 5 и 6 прямоугольного сечения. На плече 7 рычага

4 параллельно струне 3 закреплен соосно со струной один конец растяжки

8 и второй конец струны 3 ° Ленты.5 и 6 параллельны между собой, продольные оси лент 5 и 6 расположены в плоскости, параллельной продольным осям струн 2 и 3. Второй конец натянутой растяжки 8 закреплен на жестком центре 9 измерительной мембраны

10, выполненной в виде кольцевой проточки. Мембрана 10 находится в контакте с жидкостью 11, заполняющей объем между воспринимающей давление грунта мембраной 12 и чувствительной мембраной 10.

Концы лент 6 электрически изолированы от корпуса 1, снабжены выводами для независимого подключения струн 2 и 3 к внешним генераторам колебаний. Струны 2 и 3 расположены в поле постоянных магнитов 13 возбуждения колебаний струн 2 и 3.

Концы лент 5 также изолированы от корпуса 1 и снабжены выводами для подключения конца растяжки 8, закрепленного на плече 7 рычага 4, к одной из фаз внешнего регулируемого источника тока ее нагрева. Второй конец растяжки 8 через центр 9 и

10,76

3 мембрану 10, снабженную выводом 14, подключен к другой фазе внешнего источника нагрева (внешние генераторы и источник не показаны), Измеряемое давление Р через дефор- 5 мацию поверхности воспринимающей мембраны 12 воздействует на жидкость

11. Мембрана 12, жидкость 11 и чувствительная мембрана 10 образуют гидравлический мультипликатор малых 1р перемещений мембраны 12 в сравнительно большое перемещение центра 9 чувствительной мембраны 10.

Наличие жидкости 11 позволяет получить требуемое соотношение между 15 жесткостью среды, окружающей датчик, и жесткостью мембраны 12 в направлении измеряемого давления, что необходимо для исключения влияния датчика на характер напряжений в зоне 20 измерения.

Перемещение центра 9 ерез растяж.ку 8 вызывает поворот рычага 4 вокруг оси вращения, расположенной между лен" тами 5 и 6 подвеса,имеющими предвари- 25 ,тельное натяжение, параллельно им.

При этом минимальное расстояние оси вращения рычагов 4 от оси растяжки .

8 зависит от соотношения продольных жесткостей растяжки 8, струн 2 и 3 зр и поперечных жесткостей лент 5 и 6 вдоль продольной оси растяжки 8.

8 свою очередь, поперечные жесткости лент 5 и 6 вдоль оси растяжки зависят от размеров их поперечного сечения и предварительного натяжения. Например, при значительно большой поперечной жесткости ленты 5, по сравнению с указанными жесткостями 4р растяжки 8, струн 2 и 3 и ленты 6, ось вращения рычага 4 будет совпадать с продольной осью симметрии лен-ты 5. Нагрев растяжки 8, подключенной к регулируемому источнику через концы 45 ленты 6, вызовет поворот в направлении против часовой стрелки рычага 4 вокруг оси вращения, изменение частот струн 2 и 3 и смещение начального значения (нуля) выходного сигнала.

786

Этот эффект используется для дистанционного регулирования нуля датчика.

Для обоснования возможности дистанционного регулирования второго параметра характеристики - чувствительности - рассмотрим две жесткости.

Первая - жесткость подвижной системы, образованной рычагом 4, растяжкой 8, лентами 5 и 6 и струнами 2 и 3, в направлении силы, приложенной к плечу 7 рычага вдоль продольной оси растяжки 8.

8торая — жесткость подвижной системы в направлении силы, приложенной к рычагу 7 параллельно оси растяжки 8, но в плоскости, образованной продольными осями лент 5 и 6.

Если две жесткости равны, то ось вращения рычага 4 находится на равном расстоянии от растяжки 8 и плоскости, в которой расположены ленты 5 и 6.

При подключении ленты(5 и 6 к источнику нагрева вторая жесткость уменьшится и ось вращения сместится в сторону растяжки 8, что приведет к увеличению чувствительности датчика.

Таким образом, регулируя ток нагрева растяжки 8, изменяют нуль выходной характеристики и, регулируя ток нагрева ленты 5 или 6, изменяют чувствительность датчика.

Требуемое соотношение между пределами регулирования нуля и пределами регулирования чувствительности обес печивают выбором параметров лент 5 и

6 растяжки 8.

Использование двух лент подвесв, концы которых изолированы электрически от корпуса, обеспечивают развязку цепей коррекции от цепей возбуждения колебаний струн.

Таким образом, дистанционное воздействие на выходной сигнал — регулировка нуля и чувствительности позволяет компенсировать погрешность из-за разброса параметров датчика вследствие технологических допусков и влияния окружающей температуры.

1076786

Составитель Л.Балянина

Редактор Н.Руднева Техред T,Маточка Корректор И,Эрдейи

Заказ 737/40 Тираж 4823 - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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