Датчик атмосферного давления
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения атмосферного давления в автономных геофизических станциях. Цель изобретения - повышение точности измерения . В датчик атмосферного давления введен центробежный силовой компенсатор с электродвигателем 15, тахогенератором 16, нуль-органом 19, усилителем 20 и механизмом натяжения струн, при этом второе дно упругого чувствительного элемента установлено подвижно, связано с нуль-органом 19 и силокомпенсатором, электродвигатель 15 которого соединен с тахогенератором 16, выход нуль-органа через усилитель соединен с управляющей обмоткой электродвигателя , а вторые концы струн соединены с механизмом натяжения. 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 1 11/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
llO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4684521/10 (22) 25.04.89 (46) 15.05.91. Бюл. № 18 (71) Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова (72) С. И. Зачек и В. Е. Карпуша (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 699376, кл. G 01 L 11/00, 1973. (54) ДАТЧИК АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения атмосферного давления в авто„„SU,„1649323 A 1 номных геофизических станциях. Цель изобретения — повышение точности измерения. В датчик атмосферного давления введен центробежный силовой компенсатор с электродвигателем 15, тахогенератором 16, нуль-органом 19, усилителем 20 и механизмом натяжения струн, при этом второе дно упругого чувствительного элемента установлено подвижно, связано с нуль-органом 19 и силокомпенсатором, электродвигатель 15 которого соединен с тахогенератором 16, выход нуль-органа через усилитель соединен с управляющей обмоткой электродвигателя, а вторые концы струн соединены с механизмом натяжения. 2 ил.
1649323
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве автономного измерителя атмосфер- ного давления.
Цель изобретения — повышение точности измерений.
На фиг. 1 приведена конструктивная схема датчика давления с вакуумированным сильфоном; на фиг. 2 — схема газона полнительного упругого чувствительного элемента. о
Частотный датчик давления содержит упругий чувствительный элемент 1, соединенный с рычагом 2, на котором закреплены струны 3 и 4 дифференциального струнного преобразователя, расположенные в зазоре систем 5 и 6 возбуждения и съема частоты колебаний, которые представляют собой устройства для создания магнитного поля, работающие совместно с электронным генератором, в котором струна выполняет роль механического колебательного контура.
К второму дну сильфона прикреплен шток 7 с диском 8, с которым через под. шипник 9 соединен центробежный силокомленсатор. Силокомпенсатор содержит стакан
l 0, на котором установлены на опорах
1! рычаги с грузами . 12, выполняющие функцию грузов силокомпенсатора, связанные упругими тягами с чашкой 14, опирающейся на подшипник 9. Хвостовик стакана
10 соединен с осью двигателя 15, которая связана с тахогенератором 16. Для обеспечения осевого перемещения штока 7 применена упругая направляющая 17. К штоку присоединен через упругий шарнир рычаг 18 нуль-органа 19, выход которого через усилитель 20 соединен с управляющей обмоткой двигателя 15. Вторые концы струн соединены с узлами 21 и 22 механизма натяжения, а положения рычага 8 ограничиваются упором 23.
Упругий чувствительный элемент (фиг. 2) содержит мембраны 24 и 25, связанные 4О между собой стержнем 26, герметично соединенные по периметру с корпусом 27.
Хвостовики 28 и 29 предназначены для закрепления преобразователей.
При соблюдении условия
Р($ =Р (Ь вЂ” Si), где Р, Р— давление газа в полости Б и А соответственно;
Si, Sz — эффективные площади мембран gp
2 и 1 соответственно.
Усилие, развиваемое таким УЧЭ под действием атмосферного давления Р, равно (2) F=P SI, 55 т.е. равное усилию, развиваемому вакуумированным УЧЭ, эффективная площадь которого равна Si.
В датчике атмосферного давления может быть использован не вакуумированный упругий чувствительный элемент, а газонаполненный, обладающий явным преимуществом, так как в нем состояние внутренней среды не зависит от времени.
Датчик атмосферного давления работаег следующим образом.
При атмосферном давлении P сильфон развивает усилие в точке а рычага 2, кото рое определяется выражением
F=P SD К (3) где Яэ — эффективная площадь мембраны 1;
К вЂ” коэффициент преобразования рычага 18.
Для положения равновесия справедливо равенство (сила натяжения струны 4 больше, чем струны 3) 1 F2 (4) (5) и /с
2l pS (6) где 1 — длина струны; р — плотность материала струны;
S — площадь поперечного сечения струны.
Из формул (3) и (4) находим зависимость разности частот струн от сил F и Fq, которую после преобразований можно представить в виде
Ч
fI — 4 — (Р— Fg), (7) !
1+12 где К,=
4I pS
Учитывая равенство выражений (1) и (2), можно получить статическую характеристику датчика в виде
Af=fi — 4= з Р (8)
fg+fz
Как видно из приведенного выражения, разность частот струн линейно зависит от измеряемого давления при постоянстве суммы этих частот. Измеряя эту разность, можно определять значения давления. Кроме того, погрешность от нелинейности не превышает 0,1Я в диапазоне измерений атмогде Fi — сила натяжения струны 4;
F — сила натяжения струны 3.
Для измерения силы F, развиваемой мембраной под действием атмосферного давления, силы натяжения струн F и F> преобразуются в частоту.
Частоты колебаний струн 4 и 3 под действием сил F и F> соответственно равны:
1649323
1 ц= S =n m® К2 (9) Формула изобретения
PS =Кзоз2, (10) 20
27
Составитель А. Зосимов
Редактор М. Келемеш Техред А. Кравчук Корректор Н. Ревскан
Заказ !5!4 Тираж 354 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4 5
Производственно-издательский комбинат «Патент». г. Ужгород, ул. Гагарина, !О! сферного давления без поддержания постоянства суммы частот струн.
При включении центробежного силокомпенсатора сигнал небаланса с нуль-органа
19 поступает на усилитель 20, который управляет скоростью вращения двигателя 15.
При определении угловой скорости вращения двигателя наступает равновесие сил, развиваемых сильфоном и центробежным силокомпенсатором, при котором где n — количество рычагов 12;
m — масса груза; оз — угловая скорость вращения;
r — радиус вращения груза;
К2 — коэффициент преобразования рычага 12.
Учитывая, что nmrK2=const=Кз, имеем
Из формул (8) и (10) находим (11)
Так как частота на выходе тахогенератора
1т=К4оз, где К4 — коэффициент преобразования тахогенератора, то имеем (12)
К4 (1 2)
Периодически проверяя соблюдение этого соотношения, которое определяется в процессе градуировки датчика при производстве и указывается в паспорте прибора, можно контролировать характеристики струнного преобразователя и, следовательно, точность измерений датчиком. Если обнаружено отклонение от соотношения (12), то при помощи механизма натяжения это отклонение устраняют в процессе контроля, после чего продолжают измерения давления по разности частот струнного п реобразовател я.
Очевидно, что при градуировке датчика в процессе производства могут быть найдены зависимости между 1„и 1! и между и fq, что позволяет контролировать и регулировать их в процессе эксплуатации.
Датчик атмосферного давления, содержащий корпус, упругий чувствительный элемент, первое дно которого соединено при помощи рычага с первыми концами первой и второй струн дифференциального струнного преобразователя усилия в частоту, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет контроля и стабилизации натяжения струн, в него введены силовой центробежный компенсатор с электродвигателем, вал которого соединен с тахогенератором, нуль-орган, усилитель, первый и второй упругие шарниры, шток, а также первый и второй механизмы натяжения струн, присоединенные к вторым концам соответственно первой и второй струн, при этом второе дно чувствительного элемента соединено с центробежным силовым компенсатором, штоком, который установлен в корпусе с возможностью перемещения при помощи первого упругого шарнира и связан с нуль-органом при помощи второго упругого шарнира, причем выход нуль-органа через усилитель связан с управляющим входом электродвигателя.
