Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использ - зовано для измерения давления. Цель изобретения - повышение точности. Это достигается тем, что в устройстве , содержащем упругую мембрану с жестким центром, устанавливаются в корпусе напротив жесткого центра мембраны диэлектрические пластины, на которых с двух сторон нанесены методом фотолитографии концентрические металлические спирали И и 12 одинаковых размеров, но разного направления намотки. Начала спиралей соединены с симметричными входами инвертирующего усилителя 17, выходы которого подключены к концам спиралей 11 и 12„ При этом возникают автоколебания , частота которых определяется фазовой задержкой поверхностей противофазной электромагнитной волны в спиралях 11 и 12в Эта -задержка зависит от зазора между пластиной со спиралями и упругой мембраной, что определяет чувствительность устройства к давлению, 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИК

Щ)э С О! .! 9/10 ь уь» ...1 °: ь

\ фиг. 3

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4656739/!О (22) 28.02.89 (46) 07.05.9!. Бюл. !I !7 (7I) Московский институт электронного машиностроения (72) А.М.Амельянец, 1О.Н.Пчельников, Р.И.Дымшиц и И.А.Яворский (53) 531.787(088.8) (56) Преобразователь измерительный

"Сапфир-22". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 089!9030. (54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использ зовано для измерения давления. Цель изобретения — повышение точности.

Это достигается тем, что в устройстве, содержащем упругую мембрану с жестким центром, устанавливаются в,SU „„1647307 А 1

2 корпусе напротив жесткого центра

1мембраны диэлектрические пластины, на которых с двух сторон нанесены методом фотолитографии концентрические металлические спирали ! и 12 одинаковых размеров, но разного направления намотки. Начала спиралей соединены с симметричными входами инвертирующего усилителя 17, выходы которого подключены к концам спиралей

11 и 12. При этом возникают автоколебания, частота которых определяется фазовой задержкой поверхностей противофазной электромагнитной волны в спиралях 1! и !2. Эта задержка зависит от зазора между пластиной со спи- д ралями и упругой мембраной, что определяет чувствительность устройства к давлению, 3 ип.

1647307

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устрой-. ствам контроля и измерения давления, и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Целью изобретения является повыше ние точности измерения.

На фиг.l представлена конструкция устройства; на фиг.2 - сечения А-А и Б-Б на фиг.l; на фиг.З вЂ” структурная электрическая схема устройства.

Устройство содержит жесткое металлическое основание 1, к которому .с 15 противоположных сторон по наружному контуру приварены металлические мембраны 2 н 3, жестко связанные между собой посредством штока 4 через отверстие в основание 5. К осно- 20 ванию 1 напротив мембраны 3 последовательно приклеены пластины .6-8 из диэлектрического материала, например ситалла, с общим отверстием 9 для штока 4. На боковую поверхность 25 пластины 6-8 нанесено металлическое покрытие 10. На обе поверхности пластины 7, например, методом фотолитографии нанесены металлические покрытия в виде концентрических спиралей 30 !

1 и 12 одинакового размера со взаимно противоположными направлениями на мотки, Внутренние концы спиралей 11 и 12 жилами коаксиальиых кабелей 13 и 14 соединены с симметричным входом, 35 а периферийные концы жилами коаксиаль" ных кабелей 15 и 16 соединены с симметричным выходом инвертирующего усилителя 17, нагруженного на усилитель

18. Усилители 17 и 18 смонтированы в 40 корпусе 19, соединенном с основанием

1 посредством втулки 20.

В устройстве должны быть выдержанЬ| следующие геометрические соотноше- . ния: 45 спирали 11 и 12 круглой формы (допускается эллиптическая, прямоугольная или иная) с постоянным или плавно увеличивающимся шагом намотки, количество витков не менее четырех; толщина и ширина проводников спиралей 11 и 12 а также толщина металлического покрытия 1 О не менее толщи ны скин-слоя в диапазоне рабочих час55 тот; толщина пластины 7 не более 4, где h - mar намотки спирали; толщина пластины 7 не более h; толщина пластины 8 в пределах (1-2) ° Ь; расстояние от пластины 8 до мембраны 3 не более (0,3-0,5) h; расстояние от спиралей 11 и 12 до металлического покрытия 10 и штока 4 в пределах (0,5-2) h.

Произведение коэффициента усиления усилителя 17 на коэффициент ослабления в спиралях 11 и 12 и в кабелях

13-16 в диапазоне рабочих частот должно превьппать единицу. Входное сопротивление усилителя 17 равно или больше, а выходное равно или меньше эквивалентного волнового сопротивления спиралей 11 и 12 для поверхностной электромагнитной волны противофазного типа.

Устройство работает следующим образом.

Электрическое напряжение с выхода усилителя 17 через кабели 15 и 16 прикладывается в противофазе к периферийным концам спиралей 11 и 12 и возбуждает в иих поверхностную электромагнитную волну противофазного типа. После прохождения по спиралям

ll и 12 волна возбуждает в кабелях

13 и 14 электрическое напряжение, поступающее на вход усилителя 1 7. Это напряжение усиливается и вновь поступает на спирали 11 и 12. В результате система: усилитель - спирали ll и 12 — кабели 13-16, — самовозбуждается и генерирует стационарные автоколебапия, частота которых определяется временем запаздывания фазы волны в спиралях 11 и 12 °

Магнитное. поле поверхностной волны противофазного типа выходит за пределы пластины 8 и взаимодействует с металлической поверхностью мембраны 3. Под воздействием измеряемой разности давлений мембрана 3 деформи руется и.приближается.к спиралям 11 и 12. Изменение конфигурации электродинамической системы, образованной спиралями 11 и 12 и мембраной 3, приводит к изменению фазовой скорости поверхностном волны, следовательно, к изменению времени запаздывания ее фазы в спиралях.ll и 12 и частоты. автоколебаний, Электрическое напряжение с выхода усилителя.17 с частотой, функционально связанной с измеряемой разностью давлений, через усилитель 18, предотвращающий влияние

5 1 нагрузки на частоту автоколебаний, поступает на выход устройства, Электрическое поле поверхностной волны противофазного типа практически полностью сосредоточено в пластинах 6-8, чем предотвращается влияние изменения диэлектрической проницаемости среды на время запаздывания фазы волны, Изменение рабочей температуры сре ды приводит к изменению размера пластины 7, следовательно, размера спиралей 11 и 12 и соответственно к изменению времени запаздывания фазы волны в них. Изменяются также время запаздывания волны в усилителе 17 и кабелях 13-16 и расстояние между поверхностями- пластины 7 и мембраны

3. Перечисленные изменены компенсируются изменением времени запаздывания фазы волны в спиралях 11 и 12 в результате изменения диэлектрической проницаемости материала пластины 7, в котором сосредоточена основная доля энергии электрического поля поверхностнои волны противофазного типа. Для достижения температурной компенсации целесообразно в качестве материала пластины 7 (и пластин 6 и 8) применять ситалл с содержанием рутила, от концентрации которого зависит величина температурного коэффициента диэлектрической проницаемостир

Металлическое покрытие 1О предотвращает влияние на время запаздывания фазы волны деформацией стенок основания 1, возникающих при креплении

647307 6 устройства, а также в результате изменения рабочей температуры среды.

Кроме того, покрытие 10 исключает влияние на температурный коэффициент частоты автоколебаннй эксцентриситета спиралей 11 и 12 относительно стенок основания и технологического разброса внутренних размеров стенок осно10 вания О

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее корпус с жестким круглым основанием, в которому с противоположных сторон прикреплены по наружному контуру первая и вторая металлические мембраны с жесткими центрами, соединенные с помощью штока между со20 бой через отверстие в основании, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены последовательно включенные первый и второй усилители и пластина из

25 диэлектрического материала, иа противоположные поверхности которой нанесены первая и вторая тонкопленочные металлические спирали одинакового размера со взаимно противоположными на30 правлениями намотки, при этом начала первой и второй спиралей электрически соединены соответственно с первым и вторым входами первого усилителя, а их концы — соответственно с первым

35 и вторым выходами первого усилителя, причем пластина из диэлектрического материада установлена в корпусе напротив первой мембраны с зазором относительно нее и соосно с ней.

1647307

Составитель А,Зосимов

Техред С.Мигунова Корректор Н.Ревская

Ред а к то р Л . Гра тилло

Заказ 1391 Тираж 365 Подписное

ВНИИПИ Государственного комите".а по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул, Гагарина, 101

l! !!