Частотный датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к частотным датчикам давления со струнными резонаторами, и может быть использовано для измерения давления с высокой точностью в условиях переменных температур. Цель изобретения - повышение точности измерения давления за счет уменьшения температурной погрешности . Это достигается за счет того, что в частотном датчике давления, содержащем мембрану 2 с установленными на ней стойками 3, между которыми закреплена струна 4, введены две дополнительные стойки 5, между которыми закреплена дополнительная опорная струна 6, а место закрепления измерительной и опорной струн выполнено путем спаивания металлических струн в стекле 7 с втулками 8, выполненными из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 1 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

: :Е"9;; Р р

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4749276/10

{22) 04.09.89 (46) 07.09.91. Бюл. hb 33 (72) В.А. Зиновьев, А.И. Русских, В.Т. Дуркин и В.Б. Акимов

:(53) 531.787(088.8) (56) Проектирование датчиков для измерения механических величин./Под ред, Е.П. Осадчего. М., 1979, с. 320.

{54) ЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к частотным датчикам давления со струнными резонаторами, и может быть использовано для измерения давления с высокой точностью в условиях

„„Я „„1675705 А1 переменных температур. Цель изобретения — повышение точности измерения давления за счет уменьшения температурной погрешности. Это достигается эа счет того, что в частотном датчике давления, содержащем мембрану 2 с установленными на ней стойками 3, между которыми закреплена струна

4, введены две дополнительные стойки 5, между которыми закреплена дополнительная опорная струна 6, а место закрепления измерительной и опорной струн выполнено путем спаивания металлических струн в стекле 7 с втулками 8, выполненными из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения. 2 ил.

1675705

Изобретение относится к измерительной технике,. в частности к частотным датчикам давления со струнными резонаторами, и может быть использовано для измерения давления с высокой точностью в устройствах контроля и управления, работающих в условиях переменных температур.

Целью изобретения является повышение точности измерения давления эа счет уменьшения температурной погрешности.

На фиг. 1 показан частотный датчик давления, разрез; на фиг. 2 — то же, вид сверху, Частотный датчик содержит изготовленные за одно целое корпус 1 с мембраной

2 и стойками 3 и 5, причем дополнительные стойки 5 расположены на недеформируемом периферийном участке мембраны 2 на одной прямой с основными стойками 3, Между основными стойками 3 жестко закреплена измерительная струна 4, а между дополнительными стойками 5 — опорная струна 6, пропущенная сквозь отверстия в основных стойках 3, Места закрепления измерительной 4 и опорной 6 струн выполнены путем спаивания их в стекле 7 с втулками

8, выполненными из материала, температурный коэффициен.." линейного расширения (ТКЛР) которого очень мал и имеет значение, близкое к TKfl P стекла, Струны 4 и 6 расположены м ежду пол ю сами ма гнитов 9.

Частотный датчик работает следующим образом, Измеряемое давление, воздействуя на мембрану 2, вызывает поворот стоек 3, в результате происходит изменение натяжения струны 4, закрепленной между стойками с помощью стеклоспая 7 и втулок 8 и расположенной в магнитном поле, образованном постоянными магнитами 9, Изменение натяжения струны 4 вызывает изменение ее собственной частоты колебаний, Возбуждение и снятие сигнала осуществляются на основе магнитоэлектрического способа возбуждения в автоколебагельном режиме. При изменении температуры измеряемой среды происходят температурные деформации мембраны

2, которые выэываютдополнительный поворот стоек 3, относительно измеряемого давления, а следовательно, и дополнительное изменение натяжения струны 4 и изменение ее собственной частоты.

Аналогично работает опорная струна 6, собственная (резонансная) частота которой изменяется только от воздействия температуры и не изменяется от давления, так как она закреплена в дополнительных стойках

5, которые расположены на недеформируемом участке мембраны 2. Учитывая, что измерительная 4 и опорная 6 струны закреплены на одинаковом расстоянии от центра мембраны 2, а также учитывая идентичность их размеров, креплений и материала, из ко5 торого изготовлены струны, то при изменении температуры измеряемой среды линейные приращения от температуры одинаковы, Крепление струн путем спаивания их в стекле 7 между втулками 8 из материа10 ла, ТКЛР которого близок к стеклу, позволяет исключить силовое воздействие на концах струн, По раэностной частоте колебаний измерительной и опорной струн судят о величине измеряемого давления. В

15 силу того, что измерительная и опорная струны находятся в одинаковых температурных условиях, а также учитывая идентичность их размеров, креплений, материалов, сила натяжения струн от воздействия тем20 пературы изменяется нэ одинаковую величину, следовательно. разностная выходная частота не зависит от изменения температуры.

Сьем информаций с датчика реалиэует25 ся путем измерения разности частот колебаний струн f1 и f2 в зависимости от приложенного давления P и температуры.

Функция преобразования для такого типа устройств запишется в виде

30 Л f=f1+A f1(T)+ Af1(P)-f2+

+ Л 2(Т)+ 2(), (1) где f>, f2 — частота колебаний измерительной и опорной струн;

Af>(T, Ж2(Т) — приращение частот из35 мерительной и опорной струн от изменения температуры;

Ю1(Р), Гй(Р) — приращение частот измерительной и опорной струн от давления, В предлагаемой конструкции Л1 (Т)=

40 =Ю2(Т), так как струны одинаковы по конструктивным размерам и креплению.

Лf2(P)=0, так как опорная струна размещена на недеформируемом периферийном участке мембраны, С учетом изложенного, выражение (1) принимает вид .

Л f=f>+A 1(Р)-f2 ° (2)

Из выражения (2) видно, что раэностная частота не зависит от изменения температу50 ры, а зависит от изменения давления измеряемой среды.

Таким образом, предлагаемый датчик давления с частотным выходом обладает повышенной точностью измерения. Это до55 стигается эа счет равномерного температурного расширения мембраны и стоек о *овных и дополнительных, рэсположенны на мембране. Следовательно, собственные частоты на измерительной f1 и опорной

1675705

Составитель О. Палев

Редактор М. Бланар Техред M.Моргентал Корректор.А. Осауленко

Заказ 2994 Тираж 334 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

fz струнах изменяются от температуры по существу в равной степени, а значит, и преобразование полученной информации в форме измерения частот f1 и 1г выделяет разностный выходной сигнал, который не 5 зависит от изменения температуры.

Предлагаемый датчик давления обладает высокой точностью измерения за счет практически полного исключения аддитивной и уменьшения мультипликативной тем- 10 пературной погрешности.

Формула изобретения

Частотный датчик давления, содержащий мембрану с утолщенным периферий- 15 ным участком и с установленными на ней основными стойками с отверстиями, в которых закреплена измерительная струна с утолщенными концами, расположенная между полюсами магнитов, о т л и ч а ю- 20 шийся тем, что, с целью повышения точности измерения давления за счет уменьшения температурной погрешности. в нем на периферийном участке мембраны выполнены две дополнительные стойки с отверстиями, расположенные с основными стойками в одной плоскости, проходящей через центр мембраны, при этом в отверстиях дополнительных стоек закреплена введенная в датчик дополнительная опорная струна, идентичная измерительной струне, причем опорная струна расположена между полюсами магнитов, а точки закрепления опорной и измерительной струн расположены на одинаковом расстоянии от центра мембраны и опорная струна пропущена через отверстия, выполненные в основных стойках, имеющие диаметр, больший, чем утолщенные концы струны, при этом концы измерительной и опорной струны опаяны стеклом и к ним с помощью пайки прикреплены крепежные втулки, выполненные из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения.