Устройство для измерения давления

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, содержащее датчик давления , в корпусе которого установлен выпуклая упругая оболочка, полость которой сообщена с источником изме ряемого давления, упругую балочку с тензорезисторами, консольно зак/ f t t t репленную в корпусе и контактирующую свободным концом с вершиной упругой оболочки, и мостовую измерительную схему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет снижения нелинейности выходной характеристики,в датчике давления упругая оболочка выполнена в виде сферы, в датчик введены четыре дополнительные идентичные консольные балочки с тензореэисторами, включенными в мостовую измерительную схему , при этом .свободные концы дополнительных балочек контактируют с упругой оболочкой в четырех точках, лежащих на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров в плоскости центрального сечения, перпендикулярного оси симметрии упругой оболочки. 7

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1080040

3(59 0 01 1, 9/0 4

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ И (21) 3437470/18-10 (22) 14.05.82 (46) 15.03.84. Бюл. М 10 (72) Р.И.Виноградов (53) 531.787(088.8) (56) 1. Проектирование датчиков для измерения механических величин.

Под ред. E.Ï.Oñàä÷åãî. N., "Машиностроение", 1979, с. 269.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 741076, кл. G 01 L 9/04, 1979 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДАВЛЕНИЯ, содержащее датчик давления, в корпусе которого установлена выпуклая упругая оболочка, полость которой сообщена с источником изг4еряемого давления, упругую балочку с тензорезисторами, консольно закрепленную в корпусе и контактирующую свободным концом с вершиной упругой оболочки, и мостовую измерительную схему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет снижения нелинейности выходной характеристики, в датчике давления упругая оболочка выполнена в виде сферы, в датчик введены четыре дополнительные идентичные консольные балочки с тензорезисторами, включенными в мостовую измерительную схеглу, при этом .свободные концы дополнительных балочек контактируют с упругой оболочкой в четырех точках, лежащих на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров в плоскости <о

Я центрального сечения, перпендикулярного оси симметрии упругой оболочки.

1080040

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, т.е. к датчикам давления с тензометрическими преобразователями. Датчик может быть использован для измерения давления как высокотемпературного рабочего тела (расплав металлов, полимеров J так и давления рабочего тела при нормальной температуре.

Известны датчики давления, содержащие последовательную цепь преоб- 10 разователей: давление-сила — в виде упругой оболочки," сила-деформацияв виде промежуточного упругого элемента; деформация-электрическое сопротивление — в виде тензорезнстора 15 и электрическое сопротивление - напряжение вьходного электрического сигнала — в виде измерительной цепи С1 3. В таких датчиках наличие промежуточного- упругого элемента позволяет изолировать тензорезисторы от непосредственного воздействия высокотемпературного рабочего тела.

Вместе с тем такой датчик имеет низкую точность измерения вследствие большой нелинейности выходной характеристики.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для измерения давления, содержащее корпус, в котором установлена выпуклая упругая оболочка (мембрана ), внутренняя полость которой соединена с измеряемым давлением, консольные балочки, контактирующие с вершиной упругой оболочки, и измерительную схему Е2 3.

Известная оболочка вследствие существенного влияния зоны заделки не может обеспечить линейность по- 40 казаний датчиков даже при размещении единственного упругого элемента с касанием к вершине полусферы. Вместе с тем применение нескольких упругих элементов в сочетании с оболоч-45 кой такой формы практически исключается, так как эоны их касания еще больше приближаются к зоне ее заделки, увеличивая тем самым нелинейность преобразований сигнала. Это не позволяет создать достаточную точность измерения путем компенсации погрешностей при соединении тензорезисторов всех самостоятельных цепей в общую измерительную схему. целью изобретения является повышение точности за счет снижения нелинейности выходной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения 60 давления, содержащем датчик давления, в корпусе которого установлена выпуклая упругая оболочка, полость которой сообщена с источником измеряемого давления, упругую балочку с тензорезисторами, консольно закрепленную в корпусе и контактирующую свободным концом с вершиной упругой оболочки, и мостовую измерительную схему, упругая оболочка датчика давления выполнена в виде сферы, в датчик введены четыре дополнительные идентичные консольные балочки с тензорезисторами, включенными в мостовую измерительную схему, при этом свободные концы дополнитель ных балочек контактируют с упругой оболочкой в четырех точках„ лежащих на концах двух взаимно перпендикулярных диаметров в плоскости центрального сечения, перпендикулярного оси симметрии упругой оболочки.

На фиг. 1 приведено устройство, вариант выполнения, разрез в вертикальной плоскости) на фиг. 2 — то же, разрез A-А на фиг. 1.

В корпусе 1 размещена упругая оболочка 2, выполненная в форме полной сферы, усеченной диаметральной плоскостью впускного канала 3.

Основание этой оболочки герметично соединено с пазами горловины 4 корпуса 1, образуя его рабочую полость

5 и камеру б. В этой камере в плоскости сечения оболочки 2 по меридиану размещена верхняя упругая балка

7, а в плоскости сечения оболочки

2 по экватору симметрично относительно ее вертикальной оси - четыре боковые упругие балки 8. Все пять балок имеют одинаковые геометрические размеры и выполнены из одного и того же материала, с наименьшим измене-. нием модуля упругости в диапазоне измеряемых температур.

Упругую оболочку 2 и упругие балки 7 и 8 можно изготавливать из жаропрочной. стали типа ЭИ-572, у которой при малом нагреве (до 200-300 С) модуль упругости Е снижается интенсивно, что способствует повышению чувствительности этих элементов (их деформация обратно гропорциональна модулю упругости 6), а при дальнейшем нагреве (до 500-б00 С )модуль упругости изменяется незначительно, что компенсируется тензометрической схемой измерения.

Один конец балок 7 и 8 жестко закреплен в корпусе 1 датчика, а второй упруго прижат контактом 9 к наружной поверхности упругой . оболочки

2. С противоположных сторон упругих балок 7 и 8 в их корневой зоне на равном для всех балок расстоянии от места крепления в корпусе 1 к их телу прикреплены тензорезисторы 10 с одинаковой электрической характеристикой, которые с помощью проводов включены в мостовую измерительную схему.

Датчик работает следующим образом.

1080040

Составитель В.Казаков

Редактор N.Щалын Техред д.Коцюбняк Корректор В.Синицкая

Заказ 1327/44 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Рабочая среда через впускной канал 3 в горловине 4 корпуса 1 поступает в рабочую полость 5. Если упругая оболочка 2 выполнена иэ металла с модулем упругости Е и исходной толщиной стенки d" в виде сферы с первоначальным радиусом R, то приращение давления д Р рабочего тела в рабочей полости 5 вызывает увеличение ее радиуса на величину

dP

Е

Перемещение R приводит к перемещению концов 7 и 8, вызывает иэгибную деформацию Е - удлинение продольных волокон балок и жестко связанных с ними тензорезисторов 10, установленных в корне балок на плече

При этом иэгибная деформация ,. Pa Р)

-wax Е F п ах где р (ай1 — нагрузка от давления;

EF — жесткость балки; толщина балки, будет наибольшей в корневой части

10 балки.

Таким образом, использование предложе нного устройства поэ воляет повысить точность измерения эа счет уменьшения нелинейности выходной характеристики.