Частотный датчик давления

 

ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий плоскую мембрану, выполненную за одно целое с корпусом и кронштейнами, на которых закреплен резонатор, и систему возбуждения и съема колебаний резонатора, отличающийся тем, что с целью повьшения точности измерения за счет уменьшения влияний вибраций и ускорений, в нем плоская мембрана выполнена прямоугольной формы и снабжена выступом, симметрично расположенным вдоль ее продольной оси, на котором размещены кронштейны , а на мембране симметрично относительно ее поперечной оси выполнены идентичные параллельные канавки .

СО03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) 4(5i) Г 01 1 11/00

f

j Д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф%

Ьа

° а

\ б

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3652753/24-10 (22) 17.10.83 (46) 15.01.85. Бюл. N 2 (72) В. Г. Барбатунов, Е.Д. Козлов, В.С. Коносов, И.В. Орлеанский и Б.В. Середенко (53) 531,787(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 510659, кл. G 01 L 11/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 301585, кл. G 01 L 11/00, 1969 (прототип). (54)(57) ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий плоскую мембрану, выполненную за одно целое с корпусом и кронштейнами, на которых закреплен резонатор, и систему возбуждения и съема колебаний резонатора, отличающийся тем, что с целью повышения точности измерения за счет уменьшения влияний вибраций и ускорений, в нем плоская мембрана выполнена прямоугольной формы и снабжена выступом, симметрично расположенным вдоль ее продольной оси, на котором размещены кронштейны, а на мембране симметрично относительно ее поперечной оси выполнены идентичные параллельные канавки.

% а е

1 1134891 2

Изобретение относится к контроль- Целью изобретени но-измерительной технике, а именно шение точности изме к частотным датчикам давления, пред- уменьшения влияния назначенным для измерения избыточного корений. давления в устройствах автоматичес- 5 Поставленная цел кого контроля и регулирования. тем, что в частотно

Известен частотный датчик дав- ления, содержащем ления, содержащий корпус, выполнен- выполненную за одно ный за одно целое с мембраной, струн- сом и кронштейнами, ный резонатор, стойки и систему воз- 10 креплен резонатор, буждения колебаний, причем одна из дения и съема колеб стоек выполнена за одно целое с плоская мембрана вы мембраной и расположена от центра угольной формы и сн мембраны на расстоянии, равном 0,58 симметрично располо ее радиуса, а другая — на расстоя- 15 продольной оси, на нии большем радиуса мембранная и закреп- ны кронштейны, а на лена на корпусе датчика (1) .. трично относительно

Недостатком известного. датчика выполнены идентичны является невысояая точность измере- канавки. ния, которая вызвана тем, что дат- 20 На фиг, 1 изобра чик представляет собой конструкцию, на фиг. 2; на фиг. собранную из отдельных деталей. При вид сверху; на фиг. еборке возникают монтажные напряже- на фиг.. 1; на фиг. ния, которые в процессе эксплуатации действия датчика. датчика будут изменяться под влияни- 25 Частотный датчик ем температурных и механических воз- жит плоскую мембран действий, что приведет к нестабиль- за одно целое с кор ности показаний датчика, а следова- тейнами 3. На кронш тельно, к уменьшению его точности. лен резонатор 4 с п

Наличие инерционной массы в виде ЗО Резонатор 4 может б стойки, расположенной на мембране, нен за одно целое с является источником уменьшения точ- корпусом 2 и плоско ности датчика при механических воз- Плоская мембрана ,действиях (линейные ускорения, вибра- расположенным вдоль ционные и ударные нагрузки) из-за оси прямоугольным в дополнительного прогиба мембраны, идентичные параллел при этих воздействиях и связанного пониженного сечения с этим прогибом изменения частоты Крышка 8 в местах 9 колебаний струнного резонатора. кой с ко пусом 2 о

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик давления с частотным выходным сигналом, который содержит чувствительный элемент в виде прямо45 угольной перемычки, выполненной за одно целое с корпусом, упругой плоской мембраной и кронштейнами, и систему возбуждения колебаний пря- моугольной перемычки, причем мембрана соединена с корпусом через коль50 цевой упругий шарнир, над которым размещены кронштейны, совмещенные с инерционными грузами (2) .

Недостатками известного датчика являются" невысокая точность измерения вследствие влияний вибраций и ускорений. я является повы- рения за счет вибраций и усь достигается м датчике давплоскую мембрану, целое с корпуна которых заи систему возбужаний резонатора, полнена прямоабжена выступом, женным вдоль ее котором размещемембране симмеее поперечной оси е параллельные жен разрез А-А

2 — устройство, 3 — разрез Б-Б

4, 5 — принцип давления содеру 1, выполненную пусом 2 и кронштейнах 3 закрепомощью сварки.

ыть также выполкронштейнами 3, и мембраной 1.

1 с симметрично ее продольной

ыступом 5 имеют ьные участки (канавки) 6 и 7. соединена сварр бразуя камеру 10 приема давления. Давление в камеру

10 подается через отверстие 11.

Система возбуждения колебаний

1 резонатора и съема сигнала содержит возбудитель 12, адаптер 13 и усилитель автогенератора 14.

Частотный датчик давления работает следующим образом.

При подаче напряжения питания на усилитель 14 возникают устойчивые колебания резонатора на собственной частоте колебаний.

Давление, подаваемое в камеру 10 через отверстие 11, вызывает деформацию участков пониженного сечения

6 и 7. Плоская мембрана 1 под действием давления практически не прогибается из-за наличия на ней прямоугольного выступа 5. Осевое переме113489 1 щение участков пониженного сечения

6 и 7 приводит к развороту кронштейнов 3. Если участки пониженного сечения расположены между кронштейнами

3 (фиг. 4), то разворот каждого

5 из кронштейнов 3 происходит на угол

СС относительно оси, совпадающей с линией пересечения плоской мембраны с внутренней короткой стенкой корпуса (ось f- f на фиг. 2). 10

Если участки пониженного сечения расположены с внешних сторон кронштейнов 3 (фиг. 5), ТО разворот каждого из кронштейнов 3 происходит на угол g относительно оси симметрии датчика (ось 11-Тт на фиг.2).

Разворот кронштейнов 3 приводит

, к деформациям растяжения сжатия резо-! натора 4, при этом резонатор 4, изображенный на фиг. 4, будет растягиватв-щ ся под действием силы P и увеличивать частоту колебаний, а резонатор

4, изображенный на фиг. 5, будет сжиматься под действием силы Р и уменьшать частоту колебаний. Увеличение частоты колебаний при увеличении давления в камере 10 датчика соответствует положительному знаку коэффициента чувствительности, уменьшение частоты колебаний при увеличении давления в камере 10 датчика— отрицательному знаку коэффициента чув" ствительности.

Снабжение плоской мембраны и прямоугольного выступа участками пони35 женного сечения, расположенными перпендикулярно продольной оси резонатора, позволяет образовать в теле плоской мембраны участки, чувствительные к измеряемому давлению, деформация (прогиб) которых в вертикальной плоскости обеспечивает разворот кронштейнов вдоль продольной оси резонатора в ту или иную сторону. Изменением ширины таких участков можно регулировать коэффициент чувствительности датчика rro абсолютной величине, а изменением мест расположения участков (между кронштейнами или с внешней стороны кронштейнов) можно регулировать как знак коэффициента чувствительности, так и его абсолютную величину — и тем самым изменять характеристику преобразования вплоть до ее совпадения с заданной, взаимозаменяемой характеристикой преобразования, что позволяет использовать заявляемый датчик в автоматических системах контроля и регулирования давления.

Малая масса участков пониженного сечения и кронштейнов, а также большая жесткость плоской мембраны с прямоугольным выступом обеспечивают предлагаемому датчику высокую точночть при механических воздействиях.

При действии литейных ускорений, вибрации и ударов в направлении, пендикулярном плоскости мембраны, иэ-за большой изгибной жесткости прямоугольного выступа не происходит поворот. кронштейнов в плоскости продольной оси резонатора, а кронштейны, резонатор и прямоугольный выступ практически смещаются параллельно самим себе В вертикальной плоскости.

Предлагаемый датчик целесообразНо Выполнять из кОррОзиОннОстойкОГО сппава с высоким постоянством модуля упругости, например из сплава

Н45ХТ, В этсм случае датчик обеспечивает высокие метрологические характеристики и при климатиче" êèõ воздействиях.

Датчик может быть использован для измерения давления неагрессивных сред (воздух, вода, спирт и т.п.) †Хаким обрйзом, использование частотного датчика давления позволяет повысить точность измерения за счет уменьшечия влияния вибраций и ускорений.

1134891

11 f-4891

Составитель В. Казаков

Редактор А. Долинич Техред З.Палий

Корректор Г. Решетник

Подписное

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

Заказ 10084/39 Тираж 898

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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