Частотный преобразователь давления

 

ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий герметичный корпус, внутри которого на неподвижном основании установлен упругий тонкостенный цилиндрический резонатор в виде стакана, внутренняя полость которого соединена с подводящим штуцером, возбудители и приемни-. ки колебаний, о т л к ч а ю щ-к йс я тем, что, с целью повьшения то.чности измерения давления за счет исключениявлияния плотности контролируемой среды и расширения функциональных возможностей, в него введены поворотная вставка с осью, установленная в опорах соосно резонатору в его внутренней полости, якорь, расположенный на оси вставки и взаимодействующий с размещенной внутри резонатора соденоидной катушкой , подключенной через ключ к источнику питания, и ограничитель поворота вставки, расположенный во внутренней полости резонатора, (Л при этом поперечное сечение поворотной вставки имеет звездообразную, форму с равнорасположенными по окружности лучами, количество которых соответствует количеству возбудителей колебаний резонатора. 1 СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„,ßU„, 1129504

ares С 01 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ":;,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ1ТИЙ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3545799/24-10 (22) 26.01.83 (46) 15.12.84. Бюл. ¹ 46 (72) А.И.Журавлев, Е.В.Касаткин, Г.В.Кожарин, И.В.Корольков, В.Г.Кравцов и А.Г.Щепетов (53) 531.787(088.8) (56) 1, Горенштейн И.А. Гидростатические частотные датчики первичной информации. М., "Машиностроение"э

1976, с. 32.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 427256, кл. С 01 L 11/00, 1972 (прототип)». (54)(57) ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДАВЛЕНИЯ, содержащий герметичный корпус, внутри которого на неподвижном основании установлен упругий тонкостенный цилиндрический резонатор в виде стакана, внутренняя полость которого соединена с подводящим штуцером, возбудители и приемни-. ки колебаний, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения

-точности измерения давления за счет исключения влияния плотности контролируемой среды и расширения функци-ональных возможностей, в него введены поворотная вставка с осью, установленная в опорах соосно резонатору в его внутренней полости, якорь, расположенный на оси вставки и взаимодействующий с размещенной внутри резонатора соленоидной катушкой, подключенной через ключ к источнику питания, и ограничитель поворота вставки, расположенный во внутренней полости резонатора, при этом поперечное сечение поворотной вставки имеет звездообразную форму с равнорасположенными по окружности лучами, количество которых соответствует количеству возбудителей колебаний резонатора.

1129504

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения давления и плотности.

Известны устройства для измерения давления,.содержащие упругий цилиндрический резонатор с тонкостенным активным участком, усилитель, возбудители и приемники: колебаний.

Цилиндрический резонатор; возбудители и приемники колебаний, а также, 10 усилитель образуют электромеханичес кую автоколебательную систему, кото рая вызывает механические колебания резонатора на его собственной частоте, соответствующей условиям его 15 нагружения. На выходе системы появляется электрический сигнал, частота которого близка к собственной частоте резонатора (I J.

Основные недостатки известных устройств заключаются во влиянии температуры и плотности контролируе" мой среды на точность измерения давления.

Наиболее близким к предлагаемому; является датчик давления с частотньп выходным сигналом, содержащий герметичный корпус, внутри которого на неподвижном основании установлен упругий тонкостенный цилиндрический резонатор в виде стакана, внутренняя . 30 полость которого соединена с подводящим штуцером, возбудители и приемники колебаний (2g.

Существенным недостатком известного устройства является влияние N плотности контролируемой среды на точность измерения давления.

Цель изобретения — повышение точности измерения давления за счеь исключения влияния плотности контро- 40 лируемой среды и расширения функцио-. нальных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащее герметич .43 ный корпус, внутри которого на не-. подвижном основании установлен упр гий тонкостенный цилиндрический резонатор в виде стакана, внутренняя

Ьолость которого соединена с подводя30

1цим штуцером, возбудители и приемники колебаний, введены поворотная вставка с осью, установленная в опорах соосно резонатору в его внутренней полости, якорь, расположенный на оси вставки и взаимодействующий. с размещенной внутри резонатора соленоидной катушкой, подключенной через ключ к источнику питания, и ограничитель поворота вставки, расположенный во внутренней полости резонатора, при этом поперечное сечение поворотной вставки имеет звездообразную форму с равнорасположенными по окружности лучами, количество которых соответствует количеству возбудителей колебаний резонатора, На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг. 2— форма и положение вставки на активном участке цилиндрического резонатора; на фиг. 3 — электромагнитное исполнительное устройство.

Преобразователь содержит цилиндрический .резонатор 1 с тонкостенным активным участком 2 и дном 3, который жестко закреплен своим концом на основании 4. Внутри резонатора 1 установлена поворотная вставка 5, имеющая на активном участке 2 звездообразную форму с четырьмя равнорасположенными по окружности вершинами, образующими зазор 6 со стенкой-резонатора. Поворотная вставка 5 одним концом оси упирается в основание 4, а другим — в дно

3 резонатора. На оси поворотной вставки 5 закреплен якорь 7 (фиг.3) электромагнита. Обмотка 8 электромагнита и ограничитель 9 поворота вставки расположены на основании 4, в . котором имеются подводящие отверстия

10. Возвратная пружина 11 одним концом прикреплена к оси поворотной .вставки 5, а другим — к основанию

4. К основанию 4 жестко присоединены также подводящий штуцер 12 и кожух

13, во внутренней вакуумированной

1 полости 14 которого установлены возбудители 15 и приемники 16 колебаний.

Входы обмотки 8 электромагнита соединены с выходами ключа 17, связанного с выходами источника 18 питания и таймера 19.

Устройство работает следующим образом.

Через штуцер 12 и подводящие отверстия 10 в основании 4 контролируемая среда подается во внутреннюю полость цилиндрического резонатора

1. Давление контролируемой среды вызывает механические напряжения в стенке резонатора и тем самым изменяет собственную частоту механических колебаний резонатора.

3 1129

На собственную частоту механических колебаний резонатора влияет также плотность контролируемой среды вследствие эффекта;;присоединенных масс. Поэтому частота выходного электрического сигнала электромеханической автоколебательной системы, образованной резонатором 1, приемни" ком 16 и возбудителем 15 колебаний .близкая к собственной частоте механи- 1

1О ческих колебаний резонатора 1, является функцией давления и плотцости и зависит от коэффициента присоединенной массы. Коэффициент присоединенной массы определяется геометрией

15 внутренней полости резонатора, в. которую подается контролируемая среда.

Эту геометрию задает поворотная вставка 5. На активном участке 2 резонатора может быть два варианта .

20 геометрии внутренней полости, один из которых соответствует поло-: жению м поворотной вставки (фиг.21, а другой — положению Ъ . Эти варианты соответствуют разным значениям

25 коэффициента присоединенной массы.

Поскольку две соседние пучности колеблются всегда в противофазе, то между ними возникает перетекание контролируемой среды. Так, если . в одной из пучностей в данный момент времени происходит деформация резона тора внутрь, то в соседней — наружу, и контролируемая среда перетекает из первой пучности во вторую. 35

Рассмотрим случай, когда вставка находится в положении и, т.е. вершины вставки расположены в пуч,ностях колебаний.В этом случае встав,ка не оказывает существенного сопротивления перетеканию контролируе-иой среды между двумя соседними пучностями. Если же вставка находится в положении Ъ, т.е. вершинами вузлах колебаний, то перетекание, 45 контролируемой среды между соседними пучностями может происходить лишь через зазоры 6, образованные вершинами вставки и стенкой резонатора.

504 4

Коэффициент присоединенной массы so втором случае больше, чем в первом, поскольку контролируемая среда, не имеющая возможности перетекать из пучности в пучность, оказывает дополнительное демпфирующее воздействие на колебания стенки резонатора. Этот коэффициент тем больше, чем меньше зазоры 6.

Процесс измерения состоит из двух этапов. На первом этапе обмотка 8 электромагнита обесточена. При этом пружина 11 обеспечивает такое расположение вставки, в котором якорь

7 электромагнита прижат к ограничи" телю 9 поворота, что соответствует случаю м (фиг. 2) ° В резонаторе воз,буждаются механические колебания

1 на его собственной частоте и фиксируется частота электрического сигнала, близкая к частоте колебаний резонато- ра.

На втором этапе измерения ключ

17 по команде с таймера 19 подключа". ет источник питания к обмотке 8 . электромагнита. Возникающее при этом магнитное поле обеспечивает втягивание якоря 7 электромагнита до упора и соответственно поворот ,вставки на определенный угол, .например 45 . Таким образом, положение . о поворотной вставки на втором этапе измерения соответствует случаю Ъ.

При обработке результатов двух этапов измерения вычисляют величину текущего значения плотности контролируемой среды.

Далее, учитывая найденное значение плотности, находят величину измеряемого давления, не зависящую от изменения плотности контролируемой среды.

Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения давления за счет исключения влияния плотности контролируемой среды и расширить его функциональные возможности

11295Р4

ВНИИПИ

Тираж 822

ff

Заказ 9440/33

Подписное

Филиал ППП "Патент", ю, aropop ул Проектная,