Виброчастотный датчик давления
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в прецизионных системах измерения воздушного давления. Датчик содержит резонатор 1, помещенный внутрь корпуса 2, выполненного из немагнитного материала и имеющего в центральной части кольцевое углубление с дном 3. Между резонатором 1 и корпусом 2 имеется полость 4 опорного вакуума. К дну 3 прилегают электромагнитные катушки 5 системы возбуждения и съема колебаний. Последние заключены в сепаратор 6, который определяет их взаимное расположение и позволяет вращать их относительно резонатора 1 с целью осуществления точной настройки на резонанс. Сепаратор снабжен стопорным устройством 7, позволяющим производить его фиксацию после настройки. Измеряемое давление подается в измерительную полость 8 через штуцер 9. В измерительной полости 8 расположен стержневой элемент 10 из теплопроводного материала. Такая конструкция датчика позволяет повысить технологичность и точность настройки систем возбуждения и съема колебаний на резонансную частоту. 1 ил.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в прецизионных системах измерения воздушного давления. Известен вибрационно-частотный датчик давления с тонкостенным цилиндрическим резонатором [1] . Недостатком этого датчика является чувствительность к плотности измеряемой среды, а следовательно, к ее составу и влажности. Это не позволяет в полной мере реализовать потенциальные точностные возможности заложенного в датчике принципа преобразования давления в частоту. Другим недостатком датчика являются малые возможности минимизации его геометрических размеров и чувствительность к загрязнению малыми частицами (пылью). Уменьшить чувствительность к плотности воздуха можно путем увеличения зазора между резонатором и стержневым элементом, в котором закреплены электромагнитные катушки системы возбуждения и измерения колебаний резонатора или за счет полного извлечения этого узла из внутренней полости резонатора. Это достигается в датчике давления с цилиндрическим резонатором фирмы "Solartron" [2] . В этом датчике электромагнитные катушки системы возбуждения и измерения колебаний неподвижно закреплены в толстостенном корпусе с небольшим зазором относительно резонатора. Между корпусом и резонатором сформирована полость опорного вакуума. Герметизация этой полости осуществляется с помощью электронно-лучевой сварки фланца резонатора и основания корпуса. В тех местах, где должны находиться электромагнитные катушки, в корпус перпендикулярно ему впаяны цилиндрические гильзы с тонким дном, выполненные из немагнитного материала, в которые вставляются электромагнитные катушки. Магнитное поле катушек замыкается через дно гильз, зазор в вакуумной полости и резонатор, который обычно изготавливается из магнитомягкого материала. Благодаря такой конструкции удалось уменьшить на половину чувствительность датчика к изменению плотности измеряемой воздушной среды. Другим важным достоинством ее является меньшая критичность к загрязнению рабочей полости мелкими частицами, которые уже не могут привести к остановке колебаний резонатора вследствие их заклинивания между резонатором и полюсами электромагнитных катушек. Кроме того, подобная компоновка позволяет уменьшить диаметр резонатора, а следовательно, уменьшить габариты и массу датчика. Однако в этой конструкции имеется ряд недостатков, главными из которых являются следующие: настройка системы возбуждения и съема колебаний на резонансную частоту резонатора осуществляется путем ее вращения вокруг резонатора вместе с корпусом при отсутствии опорного вакуума между резонатором и корпусом и до операции сварки корпуса с фланцем резонатора, герметизация мест соединения корпуса с гильзами осуществляется пайкой, что существенно усложняет процесс изготовления и ухудшает долговременную стабильность опорного вакуума в полости между резонатором и корпусом. Первое обстоятельство ухудшает точность настройки на резонансную частоту и ведет к увеличению брака, т. к. после операции сварки, которая сопряжена с нагревом резонатора и его частичным короблением, возможно ухудшение настройки либо полная ее расстройка. Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается тем, что в виброчастотном датчике давления, содержащем цилиндрический резонатор с тонкостенным рабочим участком, фланцем и дном, заключенный в цилиндрический корпус, герметично соединенный с фланцем резонатора, электромагнитные катушки возбуждения и измерительные катушки, закрепленные в корпусе с зазором относительно резонатора, на цилиндрической поверхности корпуса в его средней части по периметру выполнена впадина прямоугольного сечения, образующая в сторону резонатора углубление с тонкостенным дном, а электромагнитные катушки возбуждения и измерительные катушки расположены на дне углубления и заключены во введенный в датчик сепаратор, расположенный снаружи корпуса и снабженный стопорным устройством, при этом корпус выполнен из немагнитного материала. На чертеже изображена схема датчика. Виброчастотный датчик содержит резонатор 1, помещенный внутрь корпуса 2, выполненного из немагнитного материала и имеющего в своей центральной части по периметру углубление с тонкостенным дном 3. Дно углубления имеет минимально возможную с технологической и конструктивной точек зрения толщину и отстоит от стенки резонатора с минимально возможным зазором. Между резонатором 1 и корпусом 2 сформирована герметичная полость 4 опорного вакуума. Вплотную к дну 3 прилегают электромагнитные катушки возбуждения и измерительные катушки 5, имеющие капсульную конструкцию. Последние заключены одновременно в сепаратор 6, который фиксирует их взаимное расположение и позволяет вращать их относительно резонатора 1 с целью осуществления точной настройки на резонанс. Одновременно он снабжен стопорным устройством 7, позволяющим производить его фиксацию после настройки. Резонатор имеет измерительную полость 8 и подводящий штуцер 9. В измерительной полости 8 расположен стержневой элемент 10 из теплопроводного материала. Датчик давления работает следующим образом. Измеряемое воздушное давление подается через штуцер 9 в измерительную полость 8. Под воздействием этого давления изменяется частота собственных колебаний резонатора 1, незатухающие колебания которого поддерживаются с помощью электромагнитных катушек возбуждения и измерительных катушек 5, включенных в обратную связь внешнего усилителя. Частота этих колебаний и является информацией о величине давления. Электромагнитные катушки 5 находятся в местах расположения пучностей колебаний резонатора. Их взаимное расположение определяется сепаратором 6, который имеет возможность вращения вокруг резонатора. После настройки на резонанс положение сепаратора фиксируется стопорным устройством 7. Замыкание магнитного потока катушек 5 осуществляется через тонкую стенку основания кольцевого углубления в корпусе 2, зазор между основанием углубления и резонатором, а также через сам резонатор. Стержневой элемент 10 и из теплопроводного материала служит для ускорения прогрева воздуха в измерительной полости 8 в случае, если датчик термостатируется, либо для выравнивания скорости изменения температуры воздуха в полости 8 со скоростью измерения температуры датчика температуры, размещаемого в теле датчика давления, если применяется способ алгоритмической компенсации температурной погрешности. Параметры этого элемента (теплопроводность, площадь поверхности) определяются экспериментально по результатам тепловых испытаний датчика. Главное преимущество рассматриваемой конструкции перед прототипом заключается в том, что настройка систем возбуждения и измерений на резонанс осуществляется на практически готовом датчике после сварки резонатора 1 с корпусом 2, после вакуумирования полости 4, после проведения операций термообработок и термостабилизации. Все это позволяет достичь высокой точности датчика и исключить брак. Другим важным моментом является то, что для герметизации вакуумной полости 4 используются только операции сварки, что обеспечивает очень высокую вакуумную плотность соединения, а следовательно, повышает долговременную стабильность датчика. (56) Авторское свидетельство СССР N 1218767, кл. F 01 L 11/00, 1961. Журнал "Altcraft engineering", 1985, т. 57, N 8, с. 11.
Формула изобретения
ВИБРОЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий цилиндрический резонатор с тонкостенным рабочим участком, фланцем и дном, заключенный в цилиндрический корпус, герметично соединенный с фланцем резонатора, электромагнитные катушки возбуждения и измерительные катушки, закрепленные в корпусе с зазором относительно резонатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в нем на цилиндрической поверхности корпуса в его средней части по периметру выполнена впадина прямоугольного сечения, образующая в сторону резонатора углубление с тонкостенным дном, а электромагнитные катушки возбуждения и измерительные катушки расположены на дне углубления и заключены во введенный в датчик сепаратор, расположенный снаружи корпуса и снабженный стопорным устройством, при этом корпус выполнен из немагнитного материала.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 31.07.2006
Извещение опубликовано: 27.06.2007 БИ: 18/2007
