Датчик давления жидкости и газа



Датчик давления жидкости и газа

 


Владельцы патента RU 2434211:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" (ГОУ ВПО ТГТУ) (RU)

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкостей или газов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей датчика. Датчик давления жидкости или газа содержит чувствительный элемент, представляющий собой диафрагму, одновременно являющуюся подвижным электродом, который с изолятором, отделяющим его от неподвижного электрода, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления. К плоскому электрическому конденсатору присоединен источник напряжения, разность потенциалов с которого прикладывается для компенсации прогиба диафрагмы. Датчик давления дополнительно снабжен индуктивным датчиком перемещений и петлей отрицательной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных усилителя переменного тока и преобразователя переменного тока в напряжение постоянного тока. Вход усилителя соединен с выходом индуктивного датчика перемещений, а выход преобразователя в напряжение постоянного тока подключен к плоскому конденсатору. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкостей или газов.

Известен датчик давления жидкости или газа [Ж. Аш с соавторами. Датчики измерительных систем. Т.2, М.: Мир, 1992, с.215], в котором сила давления на поршень, находящийся в цилиндре, уравновешивается подвижной массой, находящейся на коромысле весов.

Недостатками данного датчика давления являются большие вес и габариты.

Также известен датчик давления жидкости или газа с уравновешиванием сил [1, с.214], в котором давление через штуцер подается в сильфон, это вызывает поворот коромысла, другой конец которого несет сердечник индуктивного датчика перемещений, использующегося в качестве указателя нулевого положения, сигнал датчика усиливается усилителем и демодулируется демодулятором, затем сигнал передается на электродинамический двигатель, он создает силу, восстанавливающую коромысло в положение равновесия.

Однако этот датчик давления имеет большой вес и габариты.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является датчик давления жидкости или газа (патент РФ RU №2356020, кл. G01L 9/12), принятый за прототип, содержащий чувствительный элемент и устройство для уравновешивания силы давления, при этом чувствительный элемент представляет собой диафрагму, одновременно являющуюся подвижным электродом, который с изолятором, отделяющим его от неподвижного электрода, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления, пространство между электродами которого используется для подачи через штуцер избыточного давления жидкости или газа, при этом к плоскому электрическому конденсатору присоединен источник напряжения, разность потенциалов с которого прикладывается для компенсации прогиба диафрагмы, при этом компенсирующее напряжение однозначно связано с давлением жидкости или газа.

Недостатком прототипа является отсутствие информации о величинах прогиба чувствительного электрода (диафрагмы), что не позволяет использовать его в системах автоматического контроля и измерения давлений, а также при необходимости выполнения дистанционных измерений.

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей датчика для использования его в системах автоматического контроля и измерения давления жидкости или газа, а также при выполнении дистанционных измерений.

Поставленная задача решена в предлагаемом датчике давления жидкости или газа, содержащем чувствительный элемент и устройство для уравновешивания силы давления, причем чувствительный элемент представляет собой диафрагму, одновременно являющуюся подвижным электродом, который с изолятором, отделяющим его от неподвижного электрода, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления, пространство между электродами которого используется для подачи через штуцер избыточного давления жидкости или газа, причем к плоскому электрическому конденсатору присоединен источник напряжения, разность потенциалов с которого прикладывается для компенсации прогиба диафрагмы, при этом компенсирующее напряжение однозначно связано с давлением жидкости или газа, а предлагаемый датчик дополнительно снабжен индуктивным датчиком перемещений, сердечник которого закреплен на наружной поверхности диафрагмы, одновременно являющейся подвижным электродом, и петлей отрицательной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных усилителя переменного тока и преобразователя переменного тока в напряжение постоянного тока, причем вход усилителя соединен с выходом индуктивного датчика перемещений, а выход преобразователя в напряжение постоянного тока подключен к плоскому конденсатору, образованному подвижным и неподвижным электродами, разделенными изолятором.

На чертеже представлена схема датчика давления жидкости и газа.

Датчик, содержащий чувствительный элемент в виде диафрагмы (подвижный электрод) 1, отделенный изолятором 2 от неподвижного электрода 3, расположенного на изолирующей подложке 4, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления, пространство между электродами которого используется для подачи давления в полость 5 через штуцер 6 и дополнительно снабжен индуктивным датчиком перемещений 7, сердечник 8 которого закреплен на наружной поверхности диафрагмы 1, при этом датчик перемещения 7 подключен к цепочке, состоящей из последовательно соединенных усилителя переменного тока 9 и преобразователя переменного тока в напряжение постоянного тока 10, причем вход усилителя 9 соединен с выходом индуктивного датчика перемещений 7, а выход преобразователя 10 подключен к плоскому конденсатору, образованному подвижным 1 и неподвижным 3 электродами, разделенными изолятором 2.

Датчик давления жидкости и газа работает следующим образом.

При действии избыточного давления (Pизб>0) в полости 5 диафрагма 1 выгибается наружу. К плоскому электрическому конденсатору подается напряжение Uвых с преобразователя 10 в напряжение постоянного тока. Напряжение Uвых компенсирует прогиб диафрагмы 1, возвращая ее в исходное состояние (с погрешностью, определяемой статической ошибкой следящей системы). Петля отрицательной обратной связи состоит из последовательно соединенных усилителя переменного тока 9 и преобразователя переменного напряжения в постоянный ток 10.

Связь между давлением Р и разностью потенциалов Uвых может быть определена в результате приравнивания сил, действующих на диафрагму, при наличии давления жидкости или газа F1 и электрической силы F2:

F1=P·S,

где S - площадь диафрагмы.

,

где С - емкость конденсатора, образованного подвижным 1 и неподвижным 3 электродами; h - расстояние между подвижным 1 и неподвижным 3 электродами.

Отсюда:

,

следовательно,

.

При избыточном давлении жидкости или газа, равном нулю (Ризб=0), выходной сигнал индукционного датчика (или какого-либо другого применяемого) также равен нулю.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет расширить функциональные возможности датчика давления жидкости или газа и использовать его в системах автоматического контроля и измерения, а также при выполнении дистанционных измерений. Погрешность работы предлагаемого датчика оценивается статической ошибкой следящей системы автоматического управления, которая обратно пропорциональна коэффициенту усиления следящей системы.

Датчик давления жидкости или газа, содержащий чувствительный элемент и устройство для уравновешивания силы давления, причем чувствительный элемент представляет собой диафрагму, одновременно являющуюся подвижным электродом, который с изолятором, отделяющим его от неподвижного электрода, образует плоский электрический конденсатор, являющийся устройством для уравновешивания силы давления, пространство между электродами которого используется для подачи через штуцер избыточного давления жидкости или газа, а к плоскому электрическому конденсатору присоединен источник напряжения, разность потенциалов с которого прикладывается для компенсации прогиба диафрагмы, при этом компенсирующее напряжение однозначно связано с давлением жидкости или газа, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен индуктивным датчиком перемещений, сердечник которого закреплен на наружной поверхности диафрагмы, одновременно являющейся подвижным электродом, и петлей отрицательной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных усилителя переменного тока и преобразователя переменного тока в напряжение постоянного тока, причем вход усилителя соединен с выходом индуктивного датчика перемещений, а выход преобразователя в напряжение постоянного тока подключен к плоскому конденсатору, образованному подвижным и неподвижным электродами, разделенными изолятором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред или механической силы в электронных системах контроля, защиты и управления.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения давления. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению пульсаций давления в аэродинамическом эксперименте. .

Изобретение относится к передатчикам давления, используемым в системах управления промышленными процессами, в частности, изобретение относится к датчику давления для использования в передатчике давления.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля и регулирования давления. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения звукового давления в авиационной технике, на кораблях и подводных лодках и т.д., а также для обнаружения течей теплоносителя трубопроводов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения распределения полей быстропеременного давления на наружных поверхностях. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статического давления в авиационной технике и машиностроении методом без дренирования исследуемого объекта.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточного давления в агрессивных высокотемпературных средах

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки датчиков пульсаций давления

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения звукового давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения в заданном участке температуры, теплового потока и давления

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения статического и динамического давления без нарушения целостности обтекания потока газа и изделий

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления, и может быть использовано при измерении разности давлений жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерений. Измерительный преобразователь давлений с емкостным сенсором содержит связанные между собой корпус чувствительного элемента, имеющий центральную камеру, разделенную электропроводной мембраной на две полости. При этом полость электропроводящей мембраны соединена двумя параллельными между собой и чувствительным элементом заливочными капиллярами и снабжена токопроводящими выводами. Два разделительных узла с расположенными параллельно друг другу разделительными гофрированными мембранами имеют подмембранные полости, сообщающиеся с полостью электропроводящей мембраны. Вогнутая рабочая поверхность полости выполнена металлизированной снаружи полностью. Электропроводная мембрана чувствительного элемента расположена перпендикулярно по отношению к разделительным гофрированным мембранам. Заливочные капилляры полости электрочувствительной мембраны развернуты в противоположных направлениях и соединены с ее полостью горизонтальным каналом. Разделительные гофрированные мембраны расположены каждая в своем корпусе с противолежащих сторон от корпуса чувствительного элемента. Подмембранные полости разделительных гофрированных мембран соединены с подводящими разделительную жидкость отдельными заливочными капиллярами. 2 ил.

Изобретение относится к области управления и регулирования на определенном уровне парциального давления кислорода в замкнутом объеме и может быть использовано при термическом анализе фазовых превращений и процессов диссоциации простых и сложных оксидов методами термогравиметрии, термодилатометрии, дифференциально-термического анализа в зависимости от изменения парциального давления кислорода в равновесной газовой атмосфере. Способ формирования газовой смеси для анализа и обработки материалов при переменном давлении включает подачу в систему инертного газа, измерение в нем парциального давления кислорода, сравнивание измеренного парциального давления кислорода с заданным и регулирование величины парциального давления кислорода в смеси кислородным насосом путем изменения силы тока, подаваемой на кислородный насос так, чтобы в системе поддерживалось заданное постоянное (индивидуальное для каждого опыта) давление кислорода в диапазоне -0.67>lgPo2>-24 (атм). Техническим результатом изобретения является возможность получения газовой смеси на основе инертного газа с заданным постоянным, точно контролируемым и регулируемым в широком диапазоне содержанием кислорода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике для измерения параметров потока, в частности полного давления, давления скоростного напора, статического давления, пульсации и/или звукового давления, измерения величины и направления скорости в пространственных потоках. Устройство содержит датчики давления. Датчик давления содержит емкостные чувствительные элементы (ЕЧЭ), соосные с тензометрическим мостом (ТМ). ЕЧЭ через усилитель заряда и напряжения (УН) соединен с индикатором. ТМ на выходе имеет аппаратуру низкой частоты (АНЧ) и соединен с индикатором. Устройство содержит цилиндрический корпус, внутри которого расположен трех- и/или пятитрубчатый приемник, залитый мягким герметиком. Приемные части двух приемников срезаны под углом 45°. Устройство в рабочем участке аэродинамической трубе перемещается с помощью электромеханического сканера. Управление сканера осуществляется блоком управления. Соосные ТМ и ЕЧЭ монолитной конструкции расположены в трех трубках заподлицо с поверхностью среза этих приемников. Внутренние диаметры трубок 3 мм и больше, длиной от 0 до 30 мм. Материал корпуса и трубок - нержавеющая сталь. Техническим результатом изобретения является повышение качества и точности измерения давления. 4 ил.

Группа изобретений относится к измерительной технике. Изобретения могут быть использованы для исследования переходных процессов в авиационной космической технике и в разных отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является уменьшение времени и затрат энергоресурсов ИО при переходе от одного установившегося к другому установившемуся режиму, за счет того что для увеличения времени наблюдения за переходным процессом в газовой среде используют инерционный емкостной датчик, ЧЭ датчика изготавливают из диэлектрика с минимальной скоростью распространения внутри его звуковой волны. Представлены конструкция и способ сборки инерционного емкостного датчика, а также способ измерения давления в составе измерительной аппаратуры. Емкостной инерционный датчик давления состоит из трех диэлектрических пленок. Первая диэлектрическая пленка содержит основной экран, вторая диэлектрическая пленка содержит нижние обкладки с выводами и экран. Обе пленки выполнены из твердого полиимида, на верхней поверхности третьей диэлектрической пленки сформирована ответная обкладка с выводом и экраном. Из слоев трех диэлектрических пленок собран пакет, пленки скреплены между собой и исследуемым объектом с помощью клея. В емкостном инерционном датчике давления третья диэлектрическая пленка выполнена из мягкого диэлектрика, на ее поверхности сформирована объединенная ответная обкладка, все обкладки с выводами и экраны выполнены из медной или никелевой фольги, причем обкладки с выводами и экраны на поверхностях второй и третьей диэлектрических пленок сформированы методом фотолитографии, толщина фольги из меди или никеля от 5 до 20 мкм. 3 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Наверх