Устройство для измерения давления

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, содержащее датчик давления, включающий в себя корпус, разделенньй мембраной на две полости, одна из которых - подмембранная - герметизирована и вакуумирована, а другая надмембранная - сообщена с источников измеряемого давления, и в ней размещены жестко закрепленная на мембране стойка, смещенная относительно центра мембраны на 0,58 радиуса мембраны I стойка, закрепленная на корпусе с возможностью перемещения, струна, концы которой закреплены на стойках, и магнитная система возбуждения колебаний струны, и измерительный блок, содержащий усилитель и выходной регистрирующий прибор, при зтом концы струны датчика подключены к входу усилителя, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения давлений, оно снабжено электронным реле с перестраиваемым по частоте порогом срабатывания, вход которого подключен к выходу « усилителя, и электрической цепью, состоящей из последовательно соединенных дросселя, постоянного сопротивления реостата, стабилизированного источника постоянного напряжения и контактов электронного реле и включенной параллельно входу электронного усилителя.

(l 9) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕО(ИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 01 L 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV CBNBETEllbCTBV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3673237/24-10 (22) 14. 12. 83 (46) 15 ° 02.85. Бюл, Р 6 (72) Е.А. Карцев и E.Е. Карцев (71) Московский институт электронного машиностроения (53) 531.787(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 510659, кл. G 01 Ь 11/00,. 1973.

2. Карцев Е.А. и др. Унифицированные струнные измерительные преобразо ватели. N., 1982, с. 102-103 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДАВЛЕНИЯ, содержащее датчик давления, включающий в себя корпус, разделенный мембраной на две полости, одна из которых — подмембранная — герметизирована и вакуумирована, а другая— надмембранная — сообщена с источником измеряемого давления, и в ней размещены жестко закрепленная на мембране стойка, смещенная относительно центра мембраны на 0,58 радиуса мембраны, стойка, закрепленная на корпусе с возможностью перемещения, струна, концы которой закреплены на стойках, и магнитная система возбуждения колебаний струны, и измерительный блок, содержащий усилитель и выходной регистрирующий прибор, при этом концы струны датчика подключены к входу усилителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазо. на измерения давлений, оно снабжено электронным реле с перестраиваемым по частоте порогом срабатывания, вход которого подключен к выходу усилителя, и электрической цепью, состоящей из последовательно соединенных дросселя, постоянного сопротивления реостата, стабилиэированного источника постоянного напряжения

Ов и контактов электронного реле и включенной параллельно входу электронного усилителя.

1139986 2

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению давления газообразных сред.

Известны устройства для измерения давления с частотно-модулированным выходным сигналом, содержащие упругий чувствительный элемент, преобразующий измеряемое давление в перемещение, и вторичные преобразователи перемещения в частотно-модулированный сигнал. 1О

Известно устройство для измерения давления, содержащее корпус с мембраной, на которой жестко закреплена стойка, смещенная относительно центIðà мембраны, стойку, жестко закреплейную на корпусе с возможностью ее перемещения, струну, закрепленную на стойках, магнитную систему возбуждения колебаний, электронный усилитель и отсчетное устройство (1) . 20

Известное устройство благодаря возможности применения достаточно тонкой мембраны и струны с малой площадью поперечного сечения может обеспечить измерение абсолютного давления вплоть до 133 Па (1 мм рт. ст. ) .

Од нак о для измер ения давлений д о

О, 1 Па (10 мм рт. ст. ) такое устройство не может быть использовано вследствие недостаточной чувствительности. Повышение чувствительнос-

\ ти за счет дальнейшего утонения мембраны и уменьшения площади поперечного сечения струны физически не реализуется.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является уст.ройство для измерения давления, содержащее струнный датчик давления, подключенный к измерительному блоку, 4О включающему усилитель и регистратор Ц.

Однако данным устройств чевозможно измерять низкие давления.

Цель изобретения — расширение диапазона измерения давлений.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения давления содержащее датчик давления, включающий в себя корпус, разделенный мембраной на две полости, одна из которых — подмембранная — герметизирована и вакуумирована, а другая — надмембранная — сообщена с ис- точником измеряемого давления и в 5 ней размещены жестко закрепленная на мембране стойка, смещенная относительно центра мембраны на 0,58 радиуса мембраны, стойка, закрепленная на корпусе с возможностью геремещения, струна, концы которой закреплены на стойках, и магнитная система возбуждения колебаний струны, и измерительный блок, содержащий усилитель и выходной регистрирующий прибор, при этом концы струны датчика подключены ко входу усилителя, снабжено электронным реле с перестраиваемым по частоте порогом срабатывания, вход которого подключен к выходу усилителя, и электрической цепью, состоящей из поспедовательцв соединенных дросселя, постоянного сопротивления, реостата, стабилизированного источника постоянного напряжения и контактов электронного реле и включенный параллельно входу усилителя.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства. . В цилиндрическом корпусе 1 датчика давления закреплена мембрана 2, выполняющая функцию упругого чувствительного элемента. Между торцовыми поверхностями неподвижной стойки 3, жестко закрепленной на мембране 2 и смещенной относительно ее центра на 0,58 радиуса мембраны, и подвижной стойки 4 натянута струна 5. Корпус 1, мембрана 2 и стойка 3 могут быть выполнены как одно целое из единой заготовки для обеспечения стабильности метрологических характеристик устройства. Концы струны 5 зафиксированы накладками 6 и 7, а струна 5 расположена в воздушном зазоре магнитной системы 8, прикрепленной к торцовой поверхности корпуса 1. В нижней части. магнитная система 8 имеет поднутрение в виде паза, что исключает воэможность соприкосновения мембраны 2 и магнитной системы 8. Измеряемое давление подается во внутреннюю полость датчика через штуцер 9. Электрические выводы от концов струны 5 осуществлены посредством гибких токоподводов

10 и 11 и гермовыводов 12 и 13. Нижняя цилиндрическая полость 14 корпуса 1 откачена до высокой степени вакуума (например I ° 10 . Па) и загерметизирована посредством штенгеля 15, отпайка или пережим которого условно показаны позицией 16.

Наружные концы гермовыводов 12 и

13 подсоединены ко входу электронного усилителя 17. струнного автогене3 1 t39 ратора. Выход электронного усилителя подсоединен ко входу регистрирующего прибора 18 и ко входу электронного реле 19. Параллельно выходу электронного усилителя 17 подключена электрическая цепь, состоящая из по-: следовательно соединенных дросселя

20, постоянного сопротивления 21, реостата 22, стабилизированного ис точника питания 23 и контактов 24 1п электронного реле.

При подаче измеряемого давления во внутреннюю полость датчика центр мембраны 2 смещается вниз и благода-. ря угловому перемещению стойки 3 упругая деформация струны 5 возрастет.

Струна 5 является частотозадающим элементом струнного автогенератора и при изменении ее упругой деформации, обусловленной изменением измеря- 2п емого давления, изменяется частота электрического сигнала на выходе электронного усилителя 17.. Регистрирующий прибор 18 выдает информацию о значении частоты струнного автогенератора, которая функционально связана с измеряемым давлением. При соединении -измерительной полости датчика с атмосферой на мембрану 2 воздействует полное атмосферное давление и ее толщина должна быть такой, чтобы исключить возможность появления пластических деформаций в материалах мембраны 2 и струны 5. Но при таких толщинах мембраны 2 устройство практически не реагирует на изменение

35 давлений в области 0,1-133 Па (1 ° 1(Р- 1 мм рт.ст.). С целью увеличения чувствительности устройства в указанном диапазоне к выходу электронного уск40 лителя 17 подключен вход электронного реле 19, которое при строго определенном значении частоты выходного электрического сигнала замыкает свои контакты 24. При этом пороговая час45 тота срабатывания электронного реле может регулироваться.. При замыкании . контактов 24 по цепи, состоящей иэ последовательно соединенных дросселя

20, сопротивления 21, реостата 22

SO стабилизированного источника питанйя

23 и струны 5, протекает постоянный ток строго определенной величины, который нагревает струну 5 на 100200 С выше температуры окружающей среды. В момент срабатывания элек-.SS тронного реле 19 частота струны 5

986 4 практически мгновенно уменьшается вследствие нагрева и появления температурных деформаций струны. С дальФ нейшим понижением измеряемого давления вследствие уменьшения теплопроводности газообразной среды теплопередача от поверхности струны 5 в окружающую среду уменьшается, что приводйт к возрастанию температуры струны

5 и, следовательно, к дальнейшему уменьшению частоты струнного автогенератора. Таким образом, устройство для измерения давления после включения тока нагрева струны начинает работать как тепловой вакуумметр. С возрастанием измеряемого давления температура поверхности струны 5 уменьшается, частота струнного автогенератора возрастает, электронное реле 19 переводит свои контакты в разомкнутое состояние и устройство для измерения давления начинает работать, используя только упругие деформации мембраны 2. Дроссель 20 применен для ослабления эффекта шунтирования входа электронного усилителя электрической цепью, формирующей ток разогрева струны 5. Сопротивление 21 применяется для точного определения величины постоянного тока нагрева, а реостат, 22 — для регулирования величины тока нагрева.

В предлагаемом устройстве при на-,. личии одного унифицированного датчи ка на три порядка расширен диапазон измеряемых давлений газообразных сред (с ЫО 1 10 до 1-10 -1 -10 Ili), .

,что дает возможность в технологических вакуумных установках вместо двух измерительных устройств (мембранного и теплового вакуумметров) использовать. одно измерительное уст ройство. По метрологическим характеристикам предлагаемое устройство превосходит известные типы мановакуумметров и тепловых вакуумметров, выпускаемых серийно. Так, в диапазоне давлений 1i103 - 1i10 Па приведенная погрешность измерения равна

0,25Х, а в диапазоне 1 ° 10 - 1 ° 10> Па относительная погрешность измерения не превышает 10Х в то время как серийный вакуумметр типа ВТ-3 в этом диапазоне имеет допустимую погрешность (-30) - (+80)X.

1139986

Составитель О.Полев

1 Редактор Н.Горват Техред А.Бабинец Корректор N.Ëåoíòþê

Заказ 253/31 Тираж 897 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, 4