Частотный датчик давления

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к частотным датчикам давления с цилиндрическим резонатором. Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния плотности контролируемой среды и расширение функциональных возможностей за счет возможности измерения плотности среды. Датчик содержит установленный в корпусе 1 тонкостенный цилиндрический резонатор 2, внутрь которого подается измеряемая среда. В полости резонатора 2 размещен четырехгранный стержень 3. Снаружи резонатора на корпусе 1 установлены в плоскостях симметрии стержня 3, проходящих между соседними ребрами, возбудители и приемники первой формы колебаний и в плоскостях, проходящих через противоположные ребра стержня 3, возбудители и приемники второй формы колебаний. Возбуждение двух независимых форм колебаний позволяет при обработке выходных сигналов исключить влияние плотности среды при измерении ее давления и, наоборот, исключить влияние давления при измерении плотности. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU<»> 35 9 23 (51)5 С 01 L 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ =""--"- " "- - 1 (21) 4496243/24-! 0 (22) 22.08.88 (46) 07.06.90. Бюл. Р 21 (72) И. В. Корольков, Г. В. Кожарин и А. Г. лепетов (53) 531.787 (088,8) (56) Дж. Вульвет. Датчики в цифровых системах, 1981, с. 78-84.

Н A BT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Авторское свидетельство СССР

Р 43141 1, кл. G 01 I. 11 /00, 1 974. (54) ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к частотным датчикам давления с цилинд- рическим резонатором. Целью изобретения является повышение точности за г счет исключения влияния плотности контролируемой среды и расширение функциональных возможностей за счет воз2 можности измерения плотности среды.

Датчик содержит установленный в корпусе 1 тонкостенный цилиндрический резонатор 2, внутрь которого подаете:-" измеряемая среда, В полости резонатора 2 размещен четырехгранный стержень

3 ° Снаружи резонатора на корпусе установлены в плоскостях симметрии стержня 3, проходящих между соседки= ми ребрами, возбудители и приемник первой формы колебаний и в плоскостях, проходящих через противоположные ребра стержня 3, возбудители и приемники второй формы колебаний. Возбуждение двух независимых форм колебаний позволяет при обработке выходных сигналов исключить влияние плотности сре ды при измерении ее давления и, наоборот, исключить влияние давления при измерении плотности. 3 ил..

1 569623

Изобретение относится к области . контрольно-измерительной техники, конкретно к частотным датчикам давления, использующим в качестве чувствительного элемента упругий тонкостенный вибрирующий цилиндр — цилиндрический резонатор.

Целью изобретения является повышение точности измерений датчика путем 10 исключения влияния изменений плотности контролируемой среды на результат измерения ее давления и расширение функциональных возможностей датчика

Эа счет возможности . измерения .давл пения сред различной плотности без дополнительной тарировки датчика, а также дополнительного получения оценки плотности контролируемой среды.

На фиг, 1 показан датчик давления, 20 продольный разрез; на фиг. 2 - разрез

А-А на фиг. 1; на.фиг. 3 a,Е, о- характер деформации стенки и перетекания среды в колеблющемся резонаторе.

Устройство содержит установленный в корпусе 1 тонкостенный цилиндрический резонатор 2, наружная полость которого вакуумирована, а во внутреннюю подается контролируемая среда. Внутри резонатора коаксиально ему расположен четырехгранный стержень 3, выполненный заодно с входным штуцером. С корпусом соединена крьппка 4 на которой расположен выходной

Ф

35 штуцер 5. Вокруг резонатора в средней его части с зазором расположены возбудители и приемники 6-13. В плоскостях, проходящих через ось цилиндрического резонатора и перпендикуляр- 40 но плоскостям, проведенным через соседние ребра стержня, расположены приемники 6 и 7 первой формы колебаний резонатора, подключенные к входу усилителя первой системы самовозбуждения, и возбудители 8 и 9 этой формы, подключенные к выходу того же усилителя. Приемники 10 и ll и возбудители 12 и 13 второй формы колеба- . ний резонатора расположены в плоско50 стях, проведенных через противоположные ребра стержня, и подключены соответственно к входу и выходу усилителя второй системы самовозбуждения.

В качестве приемников и возбудите55 лей могут быть использованы электромагнитные, магнитозлектрические, электросТатические и другие устройства.

Устройство работает следующим образом.

При наличии внутри резонатора 2 некругового (четырехгранного) стержня

3 в резонаторе двумя системами самовозбуждения независимо друг от друга возбуждаются две расщепленные иэгибные формы колебаний, характеризующиеся одинаковым числом волн в окружном направлении и сдвинутые друг относительно друга вокруг оси резонатора о на угол 45

Первая форма имеет вид эллипса, попеременно вытянутого вдоль осей, проходящих через ось резонатора и перпендикулярных плоскостям, проведенным через соседние ребра стержня (фиг. 2 а, сплошная линия). Вторая форма — вид эллипса, попеременно вытянутого вдоль осей, проходящих через противоположные ребра стержня (фиг. 2 g, пунктирная линия). Независимость возбуждения форм обеспечивается расположением относительно них приемников и возбудителей. Приемники

6 и 7 первой системы самовозбуждения располагаются в пучностях первой формы.и узлах второй, поэтому они чувствительны только к первой форме колебаний резонатора. Возбудители этой системы 8 и 9 возбуждают колебания только первой-формы по той же при" чине. Аналогично, приемники 10 и 11 второй системы самовозбуждения чувствительны только к колебаниям второй формы, а ее возбудители 12 и 13 возбуждают только вторую форму колебании °

Для частоты собственных колебаний заполненного средой резонатора, которая совпадает с частотой колебаний в

ССВ-датчика, можно записать

f Е ° о где f - частота колебаний резонатора, f — частота колебаний резонатора ф в вакууме;

К и K — чувствительность к давлению и к плотности среды соответственно;

P u P — давление и.плотность среды.

Частота колебаний ЦР в вакууме f и чувствительность к давлению Кр определяются его материалом, размерами, 5 I 569623 d конфигурацией формы колебаний и позто-- да перетекает через относительно болье му для обеих расщепленных форм практи» шие зазоры, образованные стенкой речески одинаковы. Чувствительность к эонатора и боковыми поверхностями плотности обусловлена инерционным . стержня. Поэтому ее инерционное пропротиводействием колеблющемуся резо- тиводействие, а следовательно, и влинатору со стороны перетекающей в нем яние на частоту колебаний резонатора среды и определяется, кроме геометрии существенно меньше, чем для первой резонатора и конфигурации формы его формы. колебаний, также формой его полости, щ Для частот сигналов первой и втозаполненной средой. рой систем самовозбуждения соответст Деформация стенки резонатора и на- венно можно записать. правление перетекания в нем среды для первой формы колебаний резонатора по- ) + K Р р казаны на фиг. 28 . Для этой формы 5 4< f, колебаний резонатора среда перетекает "РР через малые зазоры, образованные стенкой резонатора и ребрами стержня.

Это вызывает. большие ускорения среды !+ << и, следовательно, сильное инерционное 20 О > + Kp ( противодействие с ее стороны колебаниям резонатора. где Е, = Й = Й 3 Кр,= Кр Кр

Деформация стенки резонатора и на- К -7 Кр,. правление перетекания среды для вто- Иэ приведенных выражений для чарой формы колебаний резонатора пока- 25 стот сигналов обеих систем можно вы заны на фиг. 2 6 . Лпя этой формы сре-, разить давление

Ю р < а® з K<) о(а K г K ) (аКр < Kp )

МФ

Формула изобретения и плотность контролируемой среды 2 2 }

f2Kð2, < Кp<

Hs полученных выражений видно, что 35 при последующей обработке сигналов первой и второй систем возбуждения можно получить оценку давления контролируемой среды, не зависящую от ее плотности, а также оценку плотности среды, не зависящую от давления.

Таким образом, предложенное выполнение датчика позволит .: повысить точность. датчика путем исключения влияния изменений плотно- 45 сти контролируемой среды на результат изменения ее давления; расширить функциональные возможности датчика благодаря тому, что появляется воэможность измерения давления 50 сред с различной плотностью. без до-. полнительной тарировки прибора и полу< чения дополнительно оценки плотности контролируемой среды.

Частотный датчик давления, содержащий установленный в корпусе чувствительный к давлению тонкостенный цилиндрический резонатор с коаксиаль» но расположенным в нем четырехгранным стержнем и с системой самовоэбуждения, возбудители и приемники которой расположены в плоскостях, проходящих через ось резонатора, перпендикулярно плоскостям, проведенным через соседние ребра стержня, о л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений п> тем исключения влияния изменений плотности контролируемой среды на ре" зультат измерения и расширения функциональных возможностей, в него дополнительно введена вторая система самовозбуждения, возбудители и приемники которой расположены в плоскостях, проведенных через противоположные ребра стержня.

1569623 РигЗ

Составитель А. Соколовский

Редактор Л. Гратилло Техред Л.Сердокоэа Корректор М. Шарони

Заказ 1440 Тираж 461 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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