Датчик давления

 

Изобретение, относится к преобразователям механических величин в электрические и позволяет повысить чзшствитёльность устройства и линейность выходной характеристики. Дифферен1р1ально-трансформаторный преобразователь 2 перемещения содержит магнитопроводы 3 и 4 с первичными 5, 6 и вторичными 7, 8 обмотками. Якорь 9, закрепленньш на штоке 10, смещен относительно середины зазора между магнитопроводами. Действующее на чувствительный элемент 1 давление перемещает якорь 9, изменяя зазоры между ним и магнитопроводами. Напряжение на выходе датчика пропорционально приложенному давлению. Вьтолнение зазоров 5 (0,3-0,5)Н, ( (1,3-1,5)Н обеспечивает практически линейную выходную характеристику при повышенной чувствительности . 2 Ш1.

союз советсних социАлистичесних

РЕаЪЬЛИН (бц 4 G 01 L 9/10

1 Е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3898558/24-10 (22) 22.05.85 (46) 30.01.87. Бюп. N- 4 (72) А.И.Иоффе (53) 531.787 (088.8) (56) Патент США Ф 3946 15, кл. С 01 L 9/10, 1976.

Авторское свидетельство СССР

У 263229, кл. С 01 L 9/10, 1967, (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение. относится к преобразователям механических величин в электрические и позволяет повысить

1 чувствительность устройства и линей— ность выходной характеристики. Дифференциально-трансформаторный преоб„.Я0„„1286915 А 1 разователь 2 перемещения содержит магнитопроводы 3 и 4 с первичными

5, 6 и вторичными 7, 8 обмотками.

Якорь 9, закрепленный на штоке 10, смещен относительно середины зазора между магнитопроводами. Действующее на чувствительный элемент 1 давление перемещает якорь 9, изменяя зазоры между ним и магнитопроводами.

Напряжение на выходе датчика пропорционально приложенному давлению.

Выполнение зазоров О = (0,3-0,5)H, (1,3-1,5)H обеспечивает практически линейную выходную характеристику при повышенной чувствительности. 2 ил.

1286915

Изобретение относится к приборостроению, а именно к преобразователям механических величин в электрические.

Цель изобретения — повышение чувствительности и линейности выходной характеристики, На фиг. 1 приведена конструктивная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2 — выходные характеристики

10 датчиков.

Устройство содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциально-трансформаторный преобразователь

2 перемещения, содержащий два магни15 топровода 3 и 4, на которых расположены первичные 5 и 6 и вторичные 7 и 8 обмотки, якорь 9, закрепленный на штоке 10, который одним концом жестко связан с пружиной 11, а дру20 гим — с чувствительным элементом 1, стакан 12, на котором закреплены маг нитопроводы 3 и 4 и кронштейн 13 с установленным на нем преобразователем 2 перемещения, прокладки 14 и

15, предназначенные для установки требуемых зазоров и 62 между якорем 9 и магнитопроводами 3 и 4 в про— цессе сборки датчика. Зазоры 6 и 6 устанавливают такими, чтобы при давлении, равном нулю, якорь 9 был сме : щен относительно середины воздушного зазора (линия 0-0) на величину 0,5Н, где Н вЂ” максимальный ход (диапазон

35 перемещения) чувствительного элемен" та, и чтобы б, = (0,3-0 5)H- 6 = (1,3-1,5)H. Первичные обмотки 5 и 6 соединены между собой согласно, вторичные обмотки 7 и 8 — встречно.

Вторичные обмотки выполнены со следующими обмоточными данными: число витков обмотки 7 (W ) меньше числа BHTKQB 0 MD KB 8 VI2 1 2 й, Датчик работает следующим о6ра- 45

2 зом.

При подаче напряжения питания на первичные обмотки трансформаторного преобразователя 2 в них течет ток I„ который возбуждает в магнитопроводе

3 магнитный поток Р1, а в магнитопроводе 4 — магнитный поток Р2. При этом во вторичной обмотке 7 наводится ЭДС

55 где И вЂ” частота напряжения питания

N — число витков в обмотке 7

2. 1 а во вторичной обмотке 8 (2) Е =(-ОИа Р2 где М вЂ” число витков в обмотке 8.

Так как вторичные обмотки 7 и 8 включены встречно, напряжение на выходе датчика

ЬЕ =Е -Е

2 2 (3) Подставив выражения (1) и (2) в (3), получаем

dE = M (g>g> — ы Р ) (4) ж IWi S1чо р о

R 2(6, +h ) (5) И 1 Т1 1 8 3 о

<р о

R„2(b,-h ) (6) где R и R — магнитное сопротивление воздушного зазора соответственно между якорем и магнитопроводом

3 якорем и магнитопроводом 4, R = 2

Р1 t, S

h

R — 2

Ра

У где б и 6 — величины воздушных за1 2 зоров соответственно между якорем и магнитопроводом 3, якорем и магнитопроводом 4 при нулевом положении якоря (фиг.1);

Ъ вЂ” число витков в обмот1 ках5и6;

При подаче в датчик давления P центр чувствительного элемента 1 перемещается пропорционально давлению и перемещает якорь 9 вверх (к магнитопроводу 4). При этом изменяются воздушные зазоры между якорем и магнитопроводами и на выходе датчика появляется напряжение, увеличивающееся с увеличением давления.

Определим зависимость выходного

Ф напряжения датчика от перемещения якоря (11).

Магнитный поток связан с перемещением якоря следующим образом:

1286915

Е = К (2

) (7)

1+ пОстоянный 15 коэффициент, определяемый конструктивными параметрами датчика;

W2 (8) 45 ьЕ= К (6

6e h

6,+ h

h — перемещение чувствительного элемента;

S — площадь торцов внутреннего и крайнего полюсов магнитопроI вода;

P — магнитная проницаемость воздуха, Подставив выражения (5) и (6) в (4), получаем

К WiM< l Sp. где К—

Определим значение и необходимое для получения 4Р = О при h = О. Из выражения (7) находим, что данное

81 условие выполняется при n = — .Под—

6 ставив выражения (8) в (7), получаем

1 61

Е=К(6 „- 6(6+„)) (9) Чувствительность и линейность выходной характеристики предлагаемого датчика вьппе по сравнению с извест35 ным.

В известных датчиках число витков во вторичных обмотках одинаковое (w2 = и2 ) и якорь находится в сред- 40 нем положении между магнитопроводами при давлении, равном нулю, т.е. 6, =

= 6 = 8 . При этом уравнение (9) принимает вид:

К .2h

АЪ

62 112 (10)

Анализ уравнения (10) показывает, что чувствительность известного датчика уменьшается пропорционально о2 а нелинейность его характеристики

Н зависит от отношения — — . Для поВ„ вышения линейности характеристики„ необходимо уменьшать отношение

Согласно проведенным исследованиям н отношение -- — должно быть не более

6о

Н

0,4, Указанное отношение --- при

6 заданном значении Н можно получить увеличением 0, однако при этом падает чувствительность датчика.

Для сравнения выходных характеристик известного и предлагаемого датчиков построим, пользуясь уравнениями (9) и (10), зависимости Е

f (h) для обоих датчиков.

К ьЕ

Зависимости — — — = К(Ь ) для диаК пазона перемещений якоря.Н = 0,8 мм приведены на фиг. 2, где кривая 1 характеристика предлагаемого датчика при 6,= 0,4 мм, б= 1,2 мм (= 0,5H, < 2= 1,5H); кривая 2 — характеристика известного датчика при

Н вЂ” О 8 (б = 1 мм) кривая 3 — хат о t о рактеристика известного датчика при

Н вЂ” 0,4 (6,= 2 мм) .

Анализ приведенных на фиг, 2 выходных характеристик предлагаемого и известного датчиков показывает, что при большей чувствительности предлагаемый датчик имеет практически линейную выходную характеристику, известный — существенно нелинейную (кривые 1 и 2), а при примерно одинаковой линейности выходной характеристики чувствительность предлагаемого датчика в 4 раза вьппе по сравнению с известным (кривые 1 и 3).

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент и дифференциально-трансформаторный преобра- . зователь перемещения, выполненный в виде двух трансформаторов, между магнитопроводами которых расположен якорь в виде диска, жестко связанный с чувствительным элементом, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повьппения чувствительности и линейности выходной характеристики, в нем якорь смещен относительно середины зазора между магнитопроводами и образует с торцом первого магнитопровода, установленного со стороны чув-, ствительного элемента, зазор 6, =(0,3-, 0,5)H, а с торцом второго магнито1286915

Составитель А. Соколовский

Редактор А.Огар Техред Д.Олейник Корректор В.Бутяга

Заказ 7703/40 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4 провода - зазор = (1,3-1,5)H,где

Н вЂ” максимальный ход чувствительного элемента, при этом число витков вторичной обмотки первого трансформатора 1а у Nг гд 4 число вит@

1 2 ков вторичной обмотки второго трансформатора.