Датчик давления

 

Изобретение относится к устройствам для измерения давления преимущественно в аэродинамических трубах кратковременного действия и позволяет расширить диапазон измеряемых давлений и повысить точность измерения. Датчик, в котором магнитопровод (чувствительный элемент) 1 и узел для преобразования давления вьтолнены как единый целый магнитопровод, содержит упругую часть в виде эксцентричного стержня 4 с цилиндрическим каналом,5. Диаметрально относительно оси канала 5 вьтолнены ребра разной ширины, на которых расположены магнитоанизотропные преобразователи 10, причем их вертикальные оси 11, 12 совпадают с линиями, характеризуемыми равными по модулю механическими напряжениями.На внутреннюю стенку канала 5 нанесено теплозащитное покрытие 13, толщина которого на порядок превышает глубину термодиффузии в ее материал за время измерения. Измеряемое давление подается в канал 5. Происходит внецентренное сжатие-растяжение бруска, образованного ребрами и стержнем 4, Одно ребро растягивается,-а другое сжимается, и размещенные на них преобразователи 10 испытывают деформации сжатия и ра.стяжения. Сигналы с вторичных катушек в пределах каждого ребра суммируются, а образованные ими цепи между собой соединены встречно . Происходит суммирование сигналов преобразователей обоих ребер по дифференциальной схеме, за счет чего осуществляется компенсация погрешностей оТ нелинейности, гистерезиса и температурного дрейфа нуля. 5 ил. с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 С 01 L 9/16.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р .

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4284 113/24-10 (22) 08.06.87 (46) 30,03.89. Бюл. № 12 (72) С.M.Ïîõâàëèíñêèé и А.А.Шамшурин

° (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 970151, кл, С Ot L 9/16, 1981. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к устрой" ствам для измерения давления преимущественно в аэродинамических трубах кратковременного действия и позволяет расширить диапазон измеряемых давлений и повысить точность измерения.

Датчик, в котором магнитопровод (чувствительный элемент) 1 и узел для преобразования давления выполнены как единый целый магнитопровод, содержит упругую часть в виде эксцентричного стержня 4 с цилиндрическим каналом,5.

Диаметрально относительно оси канала

5 выполнены ребра разной ширины, на которых расположены магнитоанизотропные преобразователи 10, причем их

ÄÄSUÄÄ 1469368 A 1.вертикальные оси 11, 12 совпадают с линиями, характеризуемыми равными по модулю механическими напряжениями. На внутреннюю стенку канала 5 нанесено теплозащитное покрытие 13, толщина которого на порядок превышает глубину термодиффузии в ее материал за время измерения. Измеряемое давление подается в канал 5. Происходит внецентренное сжатие-растяжение бруска, образованного ребрами и стержнем 4 °

Одно ребро растягивается,.а другое сжимается, и размещенные на них преобразователи 10 испытывают деформации сжатия и растяжения. Сигналы с вто" ричных катушек в пределах каждого ребра суммируются, а образованные ими цепи между собой соединены встречно, Происходит суммирование сигна лов преобразователей обоих ребер по дифференциальной схеме, за счет чего осуществляется компенсация погрешностей от нелинейности, гистерезиса и температурного дрейфа нуля. 5 ил .

1469368

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления в аэродинамических трубах кратковремен5 ного действия.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых давлений и по" вышение точности измерений за счет уменьшения погрешности от нелинейности и гистерезиса.

На фиг. 1 показано принципиальное устройство датчика давления; на фиг. 2разрез А-А на фиг.1; на фиг 3 - конструкция чувствительного элемента; на фиг,4 — разрез E-Б на фиг.3; на фиг,5 - графи механических напряжений в его ребрах, Магнитопровод 1, объединенный в одно целое с воспринимающим давление узлом, размещен между корпусом 2 датчика и его основанием 3. Упругий стержень 4 заглушен со стороны торца и сообщается цилиндрическим каналом

5 с пневмотрассой 6 в основании дат- 25 чика. Ребра 7 и 8 магнитопровода расположены в диаметральной относительно оси канала плоскости и по своей ширине отличаются одно от другого. Реб ра жесткО связаны с опорным фланцем

9. На ребрах 7 и 8 размещены вертикальные ряды магнитоанизотропных преобразователей 10. Вертикальные оси

11 и 12 рядов преобразователей 10 совпадают с линиями равных по модулю, но противоположных по знаку механических напряжений. На каждом из ребер имеется одинаковое количество преобразователей 10. На поверхность канала

5 нанесено теплозащитное покрытие 13, например винифлексовый лак.

Датчик работает следующим образом.

Измеряемое давление через пневмотрассу 6 подается в полость канала 5.

Вследствие смещения точки приложения силы относительно центра жесткости сечения магнитопровода происходит внецентренное сжатие-растяжение бруска„ образованного ребрами 7, 8 и стержнем 4. При этом ребро 7 растягивается, ребро 8 сжимается и разме- 50 щенные на них преобразователи соответственно испытывают деформации сжатия и растяжения. Чем больше эта смещение, тем больше деформация ребер магнитопровода. 55

Преобразователи 10 могут быть раз" мещены непрерывно по высоте ребер, при этом их оси ориентированы симметрично относительно нейтральной оси магнитопровода (чувствительного элемента), поэтому механические напряжения в них одинаковы по модулю и противоположны по знаку. В пределах каждого ребра вторичные катушки преобразователей 10 между собой соединены последовательно и согласно, далее эти группы соединены встречно и происходит суммирование сигналов преобразователей обоих ребер, а чувствительный элемент оказывается дифференциальным. Благодаря этому осуществляется. компенсация погрешностей от нелинейности и гистерезиса, а также температурного дрейфа нуля, которые в аналогичных случаях уменьшаются по сравнению с недифференци-. альными образцами не менее чем на порядок, Так как в предложенном датчике функции воспринимающего давление узла и узла, преобразующего усилие от этого давления в электрический сигнал, объединены в одном магнитопрово" де (чувствительном элементе), то у него отсутствуют ограничения сверху по диапазону измеряемых давлений, характерные для датчиков с мембраной, имеющей жесткий центр.

Для того чтобы нагрев стенок и дна канала 5 не вызывал деформаций ребер магнитопровода и не вызывал появление погрешностей, на поверхность канала нанесено теплозащитное покрытие 13, например винифлексовый лак. Толщина покрытия выбирается таким образом, чтобы за время измерения тепло не проникало в стенки и дно канала, На фиг.2 показана конструкция чувствительного элемента опытного вари». анта датчика. Чувствительный элемент изготовлен из пермаллоя 65 НП, На фиг.3 приведено расчетное расо предел ение механических напряжений б вдоль ребер чувствительного элемента при давлении в канале 5000 кгс/см, Расчеты выполнены без учета наличия отверстий под катушки магнитоанизотропных преобразователей.

В силу специфики устройства и принципа действия элемента крутизна наклона б (х), где х — текущая координата, в левом и правом ребрах от" личается одна от другой, Однако координаты на вертикальных осях симметрии преобразователей (в левом ребре

1469368 расстояние от оси канала до оси симметрии преобразователей составляет

6,8 мм, в правом - 11,4 мм, а точка приложения результирующего усилия смещена на 0,83 мм относительно оси канала) выбраны таким образом, что средние механические напряжения (>, в них равны одно другому и составляют G „ = 5, „ =1,9 кгс/мм . При этом уровни йапряжений в периферийных по отношению к оси симметрии участках преобразователей, например в местах, координаты которых совпадают с центрами отверстий под катушки, в левом и правом ребрах соответственно отличаются друг от друга на величину порядка 107. Известно, что чувствительность отдельных магнитоанизотропных преобразователей, выполненных на однородном магнитопроводе и находящихся в одинаковых (по механическим б ° напряжениям) условиях, может отличаться на 10+307. Следовательно, можно считать, что специфические отличия механических напряжений в некоторых аналогичных участках преобразователей, размещенных в левом и правом ребрах соответственно, лежат в пределах обычного разброса характеристик распространенных чувствитель- ., 30 ных элементов, Поэтому предложенному датчику свойственны все положительные свойства, присущие дифференциальным преобразователям вообще.

Так как предельно допустимая по 35 условиям получения линейной градуировочной характеристики величина механических напряжений для пермаллоевых сердечников составляет 10.кГ/мм2, то данный конкретный образец имеет 40 резерв в смысле увеличения верхнего диапазона измеряемых давлений, по. скольку у него уровень средних напряжений (см. фиг.3) и, = 1,9 кгс/ии .

Каждое из ребер имеет по высоте 45 отверстия для размещения 5 пар взаимно перекрывающихся под прямым углом катушек преобразователей. Для суммирования сигналов вторичные катушки в пределах каждого ребра соединяются между собою последовательно и согласно, а образованные ими цепи между собою соединены встречно.

Канал датчика покрыт изнутри слоем винифлексового лака толщиной 0,30 мм.

Расчеты показывают, что при таком покрытии за время измерения 20 мс температура стенки канала не изменит своего первоначального значения.

Таким образом, предложенный датчик, имея более простую конструкцию, обладает качествами, присущими дифференциальным образцам.

В то же время при отсутствии какой-либо мембраны, что также упрощает его устройство в целом, он может обеспечивать измерение более высоких давлений по сравнению с известными магнитоанизотропными датчиками.

Формула и з обретения

Датчик давления, содержащий корпус с подводящим каналом и размещенный в корпусе магнитопровод с магии" то-анизотропными преобразователями в виде взаимно перекрещивающихся первичных и вторичных катушек, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых давлений и повышения точности измерений, в нем магнитопровод выполнен в виде стержня с двумя продольными плоскими ребрами одинаковой толщины, расположенными с двух сторон стержня по оси его симметрии, при этом стержень жестко связан с цилиндрическим опорным фланцем, эксцентрично расположен относительно его оси симметрии. и снабжен глухим цилиндрическим каналом, соединенным с подводящим каналом корпуса, а катушки преобразователей расположены в ряд по высоте каждого ребра эксцентрично относительно оси глухого цилиндрического канала, на поверхность которого нанесено теплозащитное покрытие, 1469368

Составитель Н.Иатрохина

Редактор А,Долинич Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Патай

Заказ 1349/47 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101