Устройство для измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала



Устройство для измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала
Устройство для измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала

 

G01L9 - Измерение постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов с помощью электрических или магнитных элементов, чувствительных к механическому давлению; передача и индикация перемещений элементов, чувствительных к механическому воздействию, используемых для измерения давления с помощью электрических или магнитных средств (измерение разности двух или более величин давления G01L 13/00; одновременное измерение двух и более величин давления G01L 15/00; вакуумметры G01L 21/00)

Владельцы патента RU 2490611:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения давления газообразных и жидких сред в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала, в частности из стали. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости измерений давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала. Устройство для измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала, содержит разомкнутый магнитный сердечник из материала с магнитной проницаемостью, обмотку возбуждения, две измерительные обмотки, соединенные последовательно и согласно между собой, являющиеся элементами магнитоупругого преобразователя давления, и источник питания. Устройство также содержит второй магнитоупругий преобразователь давления, состоящий из второго разомкнутого магнитного сердечника, второй обмотки возбуждения, второй пары измерительных обмоток, соединенных последовательно и согласно между собой, и второй источник питания. При этом устройство содержит симметрирующий трансформатор, содержащий входную, выходную и дополнительную обмотки, узкополосный фильтр, усилитель, детектор и источник компенсации начального уровня выходного сигнала. 1 ил.

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения давления газообразных и жидких сред в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала, в частности из стали.

Известны различные устройства для измерения давления, которые по способу преобразования подразделяются на две основные группы. К первой группе относятся те устройства, в которых давление среды воспринимается механическими упругими элементами, например, мембранами. Ко второй - устройства, в которых в зависимости от давления, приложенного к чувствительному элементу, изменяются его физические свойства, например, электрические или магнитные. Устройства второй группы считаются более надежными из-за отсутствия в их составе движущихся частей. Из устройств второй группы наибольшее применение нашли устройства с магнитоупругими чувствительными элементами, по совокупности характеристик обладающие большей универсальностью в сравнении с пьезоэлектрическими, ионизационными, электронными и термоэлектрическими преобразователями.

Известен магнитоупругий датчик давления [1] с анизотропным магнитным сердечником, заключенным в металлический корпус, имеющий две группы обмоток - намагничивающую и измерительную, расположенные под углом 90° по отношению друг к другу, который для достижения требуемых точности и линейности показаний снабжен регулируемым клиновым механизмом. Его недостатком является сложность изготовления магнитного сердечника и клинового механизма, а также неудобство в эксплуатации.

Известен также магнитоупругий преобразователь давления [2], который по отношению к [1] обладает тем преимуществом, что использует обычный магнитопровод с изотропной структурой сердечника, а для обеспечения чувствительности к измеряемому давлению анизотропность преобразователя создается схемотехнически - применением дополнительной обмотки, нагруженной на резистор. Однако данный преобразователь для своего функционирования требует непосредственного контакта со средой, в которой измеряется давление.

Существует способ измерения давления жидкостной среды [3], при котором магнитоупругий преобразователь давления имеет принципиальную конструктивную анизотропию, заключающуюся в том, что давление жидкостной среды воздействует только на часть магнитопровода преобразователя, которая одновременно отделяет измеряемую среду от остальной части его конструкции. Недостатком данного способа является использование специальной трубы в качестве чувствительного к давлению участка магнитопровода, заполняемой средой и магнитоупругой жидкостью.

Наиболее близким по своей технической сущности устройством (прототипом) является устройство, основанное на способе измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала [4], содержащее разомкнутый магнитный сердечник, обмотку возбуждения, две измерительные обмотки, являющиеся элементами магнитоупругого преобразователя давления, причем полюса разомкнутого магнитного сердечника создают магнитный поток по двум взаимноперпендикулярным направлениям на участках трубопровода равной длины, а также источник возбуждения. Разомкнутый магнитопровод представляет собой трехмерную конструкцию выполненную из двух одинаковых П-образных сердечников, образующих вместе трехполюсную магнитную систему, проекция полюсов которой на плоскость дает три точки, являющиеся вершинами равнобедренного прямоугольного треугольника. При этом трубопровод замыкает указанный разомкнутый сердечник магнитоупругого преобразователя. Давление P по этому способу связано с параметрами трубопровода соотношением

P = h 0.75 D S к ( 1 R б R н а ч )

где h - толщина стенки трубопровода;

D - диаметр трубопровода;

Sк - магнитоупругая чувствительность материала трубопровода;

Rб - магнитное сопротивление участков трубопровода при измеряемом давлении;

Rнач - начальное магнитное сопротивление участков трубопровода.

Недостатком прототипа является его слабая помехоустойчивость, поскольку в реальных условиях эксплуатации работоспособность устройства нарушается из-за наличия вибраций трубопровода, вызванных неламинарностью потока измеряемой среды. Вибрации трубопровода лежат в широком диапазоне частот от единиц герц до сотен килогерц и, модулируя магнитный поток в магнитоупругом преобразователе устройства, создают на выходе устройства помехи, соизмеримые по величине с полезным сигналом.

Техническим результатом является повышение помехоустойчивости измерений давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала.

Технический результат достигается тем, что устройство для измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала, содержащее разомкнутый магнитный сердечник из материала с магнитной проницаемостью, многократно превышающей магнитную проницаемость материала трубопровода, обмотку возбуждения, две измерительные обмотки, соединенные последовательно и согласно между собой, являющиеся элементами магнитоупругого преобразователя давления, причем полюса разомкнутого магнитного сердечника расположены в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника, а также источник питания, замкнутый на обмотку возбуждения, содержит второй магнитоупругий преобразователь давления, состоящий из второго разомкнутого магнитного сердечника, второй обмотки возбуждения, второй пары измерительных обмоток, соединенных последовательно и согласно между собой, причем расстояние между полюсами разомкнутого магнитного сердечника второго магнитоупругого преобразователя давления не равно расстоянию между полюсами разомкнутого магнитного сердечника первого магнитоупругого преобразователя давления, и второй источник питания, замкнутый на вторую обмотку возбуждения, а также симметрирующий трансформатор, содержащий входную, выходную и дополнительную обмотки, узкополосный фильтр, усилитель, детектор и источник компенсации начального уровня выходного сигнала, причем измерительные обмотки первого и второго магнитоупругих преобразователей давления дифференциально подключены к входной обмотке симметрирующего трансформатора, к дополнительной обмотке симметрирующего трансформатора подключен источник компенсации начального уровня выходного сигнала, а выходная обмотка симметрирующего трансформатора соединена с узкополосным фильтром, который в свою очередь соединен с последовательно включенными усилителем и детектором.

В результате с помощью симметрирования двух магнитоупругих преобразователей, выделения разностного сигнала на симметрирующем трансформаторе и создания канала фильтрации, усиления и детектирования разностного сигнала удается подавить как помехи, обусловленные вибрациями трубопровода, так и помехи, присущие индустриальной электромагнитной обстановке.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства.

На чертеже приняты следующие обозначения:

1 - первый магнитоупругий преобразователь давления;

2 - второй магнитоупругий преобразователь давления;

3 - обмотки возбуждения;

4 - измерительные обмотки;

5 - источники возбуждения;

6 - симметрирующий трансформатор;

7 - источник компенсации начального уровня выходного сигнала;

8 - узкополосный фильтр;

9 - усилитель;

10 - детектор.

Устройство для измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала, содержит первый и второй магнитоупругие преобразователи давления 1 и 2 соответственно, выполненные на основе разомкнутых магнитных сердечников из материала с магнитной проницаемостью, многократно превышающей магнитную проницаемость материала трубопровода, с полюсами, создающими магнитный поток во взаимно перпендикулярных направлениях на участках трубопровода равной длины, в состав каждого из которых входят обмотка возбуждения 3, две измерительные обмотки 4, соединенные последовательно и согласно между собой, источники возбуждения 5, каждый из которых замкнут на соответствующую обмотку возбуждения 3 магнитоупругих преобразователей давления 1 и 2, а также симметрирующий трансформатор 6, к входной обмотке которого дифференциально подключены измерительные обмотки 4 магнитоупругих преобразователей давления 1 и 2, выходная обмотка симметрирующего трансформатора 6 соединена с узкополосным фильтром 8, который в свою очередь соединен с последовательно включенными усилителем 9 и детектором 10, а дополнительная обмотка симметрирующего трансформатора 6 подключена к источнику компенсации начального уровня выходного сигнала 7.

Устройство работает следующим образом.

При подаче переменного напряжения от источников возбуждения 5 на обмотки возбуждения 3 магнитоупругие преобразователь давления 1 и 2 приходят в активное состояние. В результате на выходе преобразователей 1 и 2 появляются напряжения, снимаемые с последовательно и согласно включенных измерительных обмоток 4. Эти два напряжения в противофазе подаются на вход симметрирующего трансформатора 6, где вычитаются друг из друга так, что на выходе симметрирующего трансформатора 6 появляется напряжение, пропорциональное разности расстояний между полюсами магнитопроводов преобразователей 1 и 2 или иначе разности магнитных сопротивлений участков магнитопровода, заключенных между указанными полюсами и в свою очередь пропорциональных давлению измеряемой среды внутри трубопровода. Магнитные сопротивления разомкнутых участков магнитопровода из состава магнитоупругих преобразователей 1 и 2 в силу высокой магнитной проницаемости материала, из которого они изготовлены, практически, в сравнении с участками трубопровода не оказывают влияния на выходное напряжение симметрирующего трансформатора 6. В то же время, влияние на это напряжение магнитного сопротивления переходных контактов между разомкнутыми магнитопроводами преобразователей 1 и 2 и трубопроводом, являющемся при наличии вибраций источником прямых магнитных помех, вследствие идентичности исполнения указанных полюсов полностью взаимно компенсируется противофазным подключением напряжений с магнитоупругих преобразователей 1 и 2 на входе симметрирующего трансформатора 6. Далее, разностный сигнал, сформированный на выходе симметрирующего трансформатора 6 и зависящий от давления измеряемой среды, подается на узкополосный фильтр 8, который выделяет несущую частоту, соответствующую частоте источников возбуждения 5, и отстраивает тем самым полезный сигнал от электромагнитных помех, присущих индустриальному оборудованию. После фильтра 8 сигнал усиливается усилителем 9 и детектируется детектором 10, выделяющим его огибающую, форма которой зависит от поведения величины давления во времени. Для обнуления начального уровня выходного сигнала устройства, соответствующего отсутствию давления в трубопроводе, предусмотрен источник 7, работающий на той же частоте, что и источники 5, и подключенный к дополнительной обмотке симметрирующего трансформатора 6, магнитный поток которой компенсирует начальный магнитный поток входной обмотки симметрирующего трансформатора 6.

Количественная оценка полученного технического результата может быть проведена следующим образом.

Напряжение, снимаемое с последовательно и согласно включенных измерительных обмоток первого и второго магнитоупругих преобразователей U1 и U2 равны

U 1 = d Ψ 1 d t = d d t ( Ф 1 w u 1 ) ,

U 2 = d Ψ 2 d t = d d t ( Ф 2 w u 2 ) ,

где Ψ1, Ψ2 - потокосцепление измерительных обмоток в первом и втором магнитоупругих преобразователях, соответственно;

Ф1, Ф2 - магнитные потоки в магнитопроводах первого и второго магнитоупругих преобразователей соответственно;

wu1, wu2 - суммарное количество витков измерительных обмоток первого и второго магнитоупругих преобразователей соответственно.

Выражая магнитные потоки через магнитодвижущие силы, действующие в магнитопроводах магнитоупругих преобразователей, и магнитные сопротивления магнитопроводов Rм1 и Rм2

Ф 1 = i b 1 w b 1 R м 1 , Ф 2 = i b 2 w b 2 R м 2 ,

где ib1, ib2 - токи в цепях возбуждения первого и второго магнитоупругих преобразователей соответственно;

wb1, wb2 - числа витков в обмотках возбуждения первого и второго магнитоупругих преобразователей соответственно;

и в силу аналогичности первого и второго магнитоупругих преобразователей, принимая wu1=wu2=wu, wb1=wb2=wb,

а также при необходимо одинаковом возбуждении этих преобразователей, считая

ib1=ib2=ib,

получаем

U 1 = d d t ( w u w b i b R м 1 ) и U 2 = d d t ( w u w b i b R м 2 ) .

В итоге разность этих напряжений ΔU, выделяемая на входной обмотке симметрирующего трансформатора, представляется в виде

Δ U = U 1 U 2 = w u w b d d t [ i b ( R м 2 R м 1 ) R м 1 R м 2 ] . ( 1 )

Магнитные сопротивления магнитопроводов первого и второго магнитоупругих преобразователей Rм1 и Rм2 состоят из магнитных сопротивлений трех значимых участков

R м 1 = R м 1 с е р + R м 1 т р у б + R м 1 к о н т ,

R м 2 = R м 2 с е р + R м 2 т р у б + R м 2 к о н т ,

где R м 1 с е р , R м 2 с е р - магнитные сопротивления разомкнутых магнитных сердечников преобразователей;

R м 2 т р у б , R м 2 т р у б - магнитные сопротивления участков трубопровода, охватываемых преобразователями;

R м 1 к о н т , R м 2 к о н т - магнитные сопротивления контактов между полюсами разомкнутых магнитных сердечников преобразователей и трубопроводом.

Магнитное сопротивление участка магнитопровода определяется его физическими параметрами по соотношению

R м = l μ S ,

где l и S - длина и площадь поперечного сечения участка магнитопровода соответственно;

µ - магнитная проницаемость материала участка магнитопровода.

Для заявляемого устройства µсер>>µтруб, например, сердечник изготавливается из специального аморфного железа, а трубопровод - из стали, поэтому при примерно одинаковой длине и площади участков разомкнутого сердечника и трубопровода, по которым замыкается магнитный поток, можно записать

R м 1 R м 1 т р у б + R м 1 к о н т ,

R м 2 R м 2 т р у б + R м 2 к о н т .

С учетом того, что в заявляемом устройстве магнитные контакты в обоих преобразователях идентичны друг другу, справедлива также запись

R м 1 R м 1 т р у б + R м к о н т ,

R м 2 R м 2 т р у б + R м к о н т ,

после чего видно, что магнитные сопротивления магнитопроводов первого и второго магнитоупругих преобразователей различаются только магнитными сопротивлениями соответствующих участков трубопровода. Первое слагаемое в Rм1 и Rм2 зависит от давления P внутри трубопровода, а второе - от амплитуды Авиб и частоты fвиб вибраций трубопровода.

Из [4] следует, что зависимости Rм1 и Rм2 от давления Р одинаковы с точностью до сомножителя

R м 1 т р у б = R м 1 н а ч т р у б ( 1 + S к 0,75 P D h ) = R м 1 н а ч т р у б [ 1 + k ( P ) ] ,

R м 2 т р у б = R м 2 н а ч т р у б ( 1 + S к 0,75 P D h ) = R м 2 н а ч т р у б [ 1 + k ( P ) ] ,

где сомножители R м 1 н а ч т р у б = l 1 μ т р у б S , R м 2 н а ч т р у б = l 2 μ т р у б S есть начальные значения магнитных сопротивлений участков трубопровода для первого и второго магнитоупругих преобразователей, соответствующих нулевому давлению, а l1 и l2 - длины этих участков трубопровода, определяемые расстояниями между соответствующими полюсами разомкнутых магнитных сердечников каждого из преобразователей.

В результате магнитные сопротивления Rм1 и Rм2 функционально представляются в виде

R м 1 l 1 μ труб S [ 1 + k ( P ) ] + R м к о н т ( А в и б , f в и б ) , R м 2 l 2 μ труб [ 1 + k ( P ) ] + R м к о н т ( А в и б , f в и б ) } ( 2 )

с равными (до некоторой конструктивной неточности) вторыми слагаемыми.

Для дальнейшего анализа сравним по величине между собой слагаемые в выражениях (2). С этой целью возьмем соотношение

R м max к о н т R м н а ч т р у б = d max / μ 0 S l х а р / μ т р у б S = d max l х а р μ т р у б μ 0

где dmax - максимальная величина зазора между контактной площадкой полюса разомкнутого магнитного сердечника и поверхностью трубопровода, определяемая шероховатостью этой поверхности;

lхар - характерное расстояние между полюсами разомкнутого магнитного сердечника;

µ0, µтруб - магнитные проницаемости воздуха и материала трубопровода (например, стали), соответственно.

Принимая dmax~5·10-5 м, lхар~5·10-2 м, μ т р у б μ 0 ( 10 2 ÷ 5 10 2 ) , получаем R м max к о н т R м н а ч т р у б ( 0,1 ÷ 0,5 ) , т.е. магнитное сопротивление контакта полюса разомкнутого магнитного сердечника с трубопроводом составляет меньшую, но заметную часть магнитного сопротивления, чувствительного к давлению.

Подставляя выражения (2) в (1), с учетом проведенной оценки соотношения R м к о н т / R м т р у б имеем

Δ U w u w b μ т р у б S Δ l l 2 [ 1 + k ( p ) ] d i b d t w u w b μ т р у б l с е р μ с е р l Δ l l [ 1 + k ( p ) ] U b , ( 3 )

где Δ l = l 2 l 1 , l = l 1 + l 2 2 , Δ l < < l ;

lсер - средняя длина разомкнутого сердечника;

Ub - напряжение источников возбуждения.

Замечая, что величина k ( p ) = S к 0,75 P D h из-за малости магнитоупругой чувствительности материала трубопровода Sк мала по сравнению с единицей, перепишем выражение (3) в виде

Δ U w u w b μ т р у б l с е р μ с е р l Δ l l [ 1 k ( p ) ] U b . ( 4 )

Работа источника компенсации начального уровня выходного сигнала устройства сводится к тому, что неизменная составляющая напряжения, не зависящая от давления Р, в выражении (4) обнуляется, т.е. после симметрирующего трансформатора зависимость между разностными сигналами ΔU и давлением P приобретает вид прямой пропорциональности

| Δ U | w u w b μ т р у б l с е р μ с е р l Δ l l k ( P ) U b . ( 5 )

Соотношение (5) отражает простую трансформаторную связь между источниками возбуждения первого и второго магнитоупругих преобразователей давления, которое обычно представляет собой периодически изменяющуюся функцию времени, и разностным напряжением в канале формирования выходного сигнала, промодулированным величиной давления в трубопроводе и свободным от влияния вибрационных помех.

С учетом того, что скорость изменения во времени периодически изменяющегося напряжения возбуждения во много раз превосходит скорость изменения давления, последующая узкополосная фильтрация очищает разностный сигнал от быстропеременных помех электромагнитного характера, сопутствующих работе индустриального оборудования. Дальнейшее усиление и детектирование разностного сигнала формируют на выходе устройства напряжение, изменяющееся только с изменением во времени давления измеряемой среды, транспортируемой по трубопроводу

U в ы х w u w b μ т р у б l с е р μ с е р l Δ l l U ^ b k ( P ) ,

где U ^ b = [ U b max , U ¯ b 2 ] - в зависимости от типа применяемого детектора максимальное или среднеквадратичное значение напряжения возбуждения. Величина подавления вибрационных помех в предлагаемом устройстве определяется в основном идентичностью механических контактов полюсов магнитопроводов первого и второго магнитоупругих преобразователей с трубопроводом и без дополнительной подшлифовки составляет не менее 20 дБ. Дополнительная подшлифовка поверхности трубопровода позволяет значительно повысить это значение. Характерная величина подавления электромагнитных помех в дефференциальном канале устройства в диапазоне частот, не превышающем 10 МГц, составляет не менее 40 дБ.

Таким образом, в устройстве измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала, благодаря симметрированию двух магнитоупругих преобразователей, выделению разностного сигнала на симметрирующем трансформаторе и созданию помехозащищенного канала детектирования разностного сигнала подавляются как помехи, обусловленные вибрацией трубопровода, так и помехи, создаваемые в результате наличия индустриальной электромагнитной обстановки, и тем самым повышается помехоустойчивость устройства.

Литература

1. Олефир Ф.Ф., Радченко К.М., Лауэр В.В. Магнитоупругий датчик давления. Авторское свидетельство СССР №155316, 1963.

2. Столбун М.И., Ведерников В.А. и др. Магнитоупругий преобразователь давления. Авторское свидетельство СССР №575515, 1977.

3. Гладченко В.А. Способ измерения давления жидкостной среды. Авторское свидетельство СССР №885846, 1981.

4. Заболотнов И.Н., Избадиров С.Н. Способ измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала. Авторское свидетельство СССР №1539551, 1990.

Устройство для измерения давления в трубопроводах, выполненных из ферромагнитного материала, содержащее разомкнутый магнитный сердечник из материала с магнитной проницаемостью, многократно превышающей магнитную проницаемость материала трубопровода, обмотку возбуждения, две измерительные обмотки, соединенные последовательно и согласно между собой, являющиеся элементами магнитоупругого преобразователя давления, причем полюса разомкнутого магнитного сердечника расположены в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника, а также источник питания, замкнутый на обмотку возбуждения, отличающееся тем, что содержит второй магнитоупругий преобразователь давления, состоящий из второго разомкнутого магнитного сердечника, второй обмотки возбуждения, второй пары измерительных обмоток, соединенных последовательно и согласно между собой, причем расстояние между полюсами разомкнутого магнитного сердечника второго магнитоупругого преобразователя давления не равно расстоянию между полюсами разомкнутого магнитного сердечника первого магнитоупругого преобразователя давления, и второй источник питания, замкнутый на вторую обмотку возбуждения, а также симметрирующий трансформатор, содержащий входную, выходную и дополнительную обмотки, узкополосный фильтр, усилитель, детектор и источник компенсации начального уровня выходного сигнала, причем измерительные обмотки первого и второго магнитоупругих преобразователей давления дифференциально подключены к входной обмотке симметрирующего трансформатора, к дополнительной обмотке симметрирующего трансформатора подключен источник компенсации начального уровня выходного сигнала, а выходная обмотка симметрирующего трансформатора соединена с узкополосным фильтром, который, в свою очередь, соединен с последовательно включенными усилителем и детектором.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к способам изготовления пьезоэлектрических датчиков давления. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарных температур и повышенных виброускорений.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем с мостовой измерительной цепью, предназначенным для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенным для использования в системах управления, контроля и диагностики технически сложных объектов длительного функционирования.

Изобретение относится к системам жизнеобеспечения пилота летательного аппарата, в частности к конструкции регулятора 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 и может быть использовано при измерении давления жидких и газообразных средств. .

Изобретение относится к области пневмоавтоматики и может быть использовано для автоматического регулирования давления газа, преимущественно в пневмосистемах с повышенными требованиями по виброшумовым характеристикам.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных агрессивных сред в условиях воздействия нестационарных тепловых полей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в интегральных и сенсорных датчиках давления, изготовленных на основе гибридной и микромодульной технологии.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в датчиках давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давлений измерительными устройствами, построенными на базе тензорезисторных мостов

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной пенью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Технический результат: повышение временной стабильности, ресурса, срока службы. Способ заключается в том, что после присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензоэлементов их подвергают воздействию тестовых пониженных и повышенных температур, измеряют сопротивления тензорезисторов при воздействующих температурах, определяют температурные коэффициенты сопротивлений тензорезисторов в диапазоне воздействующих температур, вычисляют но ним критерий временной стабильности по соотношению Ψτ01=|(α2+α4)-(α1+α3)|, где α1, α2, α3, α4 - температурный коэффициент сопротивления соответственно первого, второго, третьего, четвертого тензорезистора НиМЭМС, и если |Ψτ01|<|ΨταΔ1|, то данную сборку передают на последующие операции. Кроме того, тензоэлементы, перемычки, контактные площадки и выводные проводники соединяют в мостовую измерительную цепь и подвергают ее воздействию тестовых пониженных и повышенных температур, измеряют значения начальных выходных сигналов мостовой измерительной цени при воздействующих температурах, вычисляют по ним критерий временной стабильности по соотношению и если |Ψτ02|<|ΨταΔ2|, то данную сборку передают на последующие операции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. В способе измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС), в режиме измерения значение измеренного давления Pi вычисляют путем бигармонической сплайн интерполяции по контрольным точкам, исходя из сохраненного на этапе калибровки вектор-столбца W(Pэ, Uiz, Upt, X1…Xn) по формуле: Pi=GT×W, где GT - транспонированный вектор-столбец G; символ «×» обозначает матричное произведение. Калибровку для измерения давления осуществляют путем регистрации напряжений измерительной Uiz и питающей Upt диагоналей мостовой измерительной цепи и значений величин X1…Xn, зависящих от дестабилизирующих факторов, и записи в постоянное запоминающее устройство датчика вектор-столбца W, который рассчитывают по формуле: W=g-1×P, где P - вектор-столбец эталонных значений давления в контрольных точках; g - матрица, элементы которой определены в зависимости от количества переменных функции преобразования. Датчик давления на основе НиМЭМС, реализующий предлагаемые способы измерения и калибровки, включает в себя источник тока, тензорезисторный преобразователь давления, АЦП, вычислительное устройство, постоянное запоминающее устройство и цифровой интерфейс. При этом вычислительное устройство содержит блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, блок расчета численного значения давления. Технический результат - повышение точности измерения давления. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 4 табл.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: приемник содержит основной и дополнительный пьезоэлементы, корпус, выполненный из теплопроводящего материала, например из металла. Основной пьезоэлемент прикреплен снаружи корпуса и воспринимает колебания давления водной среды, а также флуктуации температуры воды и смещения корпуса как составляющих помехи. Дополнительный пьезоэлемент, идентичный основному, прикреплен к корпусу в воздушной полости внутри корпуса, где он изолируется от колебаний давления водной среды, но воспринимает флуктуации температуры водной среды и смещения корпуса. Оба пьезоэлемента включены параллельно друг другу с встречным направлением знаков поляризации и выполнены из идентичного пьезоматериала. Технический результат: эффективная компенсация помех в сигнале, регистрируемом приемником, обусловленных воздействием на приемник флуктуации температуры водной среды и смещений. 4 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при разработке полупроводниковых датчиков давления, выполненных по технологии МЭМС (микроэлектромеханические системы). Преобразователь давления содержит кремниевую мембрану с тензоизмерительным мостом, последовательно соединенным с транзистором, подключенными к источнику постоянного напряжения. Выходная диагональ тензомоста соединена с входом инструментального усилителя, выход которого подключен к первому входу усилителя коррекции температурной погрешности. Ко второму входу усилителя коррекции подключен сумматор, первые два входа которого соединены через резистор и диод со средними точками измерительного тензомоста. Третий вход через резистор подключен к источнику смещения напряжения сумматора. Техническим результатом является устранение температурной погрешности в преобразователе. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Технический результат: повышение временной стабильности, ресурса, срока службы. Способ изготовления тензорезисторного датчика давления заключается в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, присоединении выводных проводников к контактным площадкам в областях, удаленных от полос участков. После присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензоэлементов мембрану НиМЭМС последовательно подвергают циклическому воздействию тестовых значений измеряемого давления Pj, равномерно распределенных от нижнего Р0 до верхнего предела РH и от верхнего РH до нижнего P0 предела измерения датчика при одновременном измерении его выходного сигнала и напряжения питания в каждой точке градуирования, вычисляют по ним критерий временной стабильности по соотношению: 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в жидких и газообразных агрессивных средах. Датчик абсолютного давления содержит корпус со штуцером, герметизирующую контактную колодку, металлическую мембрану, несжимаемую жидкость, полупроводниковый чувствительный элемент, состоящий из стеклянного основания и квадратного профилированного полупроводникового кристалла, в центре тонкой части которого сформирован жесткий центр квадратной формы, на рабочей части полупроводникового кристалла сформирована мостовая измерительная цепь, состоящая из четырех тензорезисторов. Размер жесткого центра определяется из соотношения: l ж . ц . > h ж . ц . / 1,432 . Центры одних тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные положительные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенном из соотношения Центры других тензорезисторов, включенных в противоположные плечи мостовой измерительной цепи и воспринимающих относительные отрицательные деформации, расположены на расстоянии от центра кристалла, определенном из соотношения 7 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых преобразователей давления, работоспособных при повышенных температурах. Полупроводниковый преобразователь давления содержит мембрану с профилем, представляющим собой сочетание утонченных участков и жестких центров с концентраторами механических напряжений в месте расположения тензорезисторов. Мембрана имеет толщину, равную высоте тензорезисторов, поверхность которых покрыта слоем двуокиси кремния. Тензорезисторы сформированы на закрепленном на мембране слое двуокиси кремния и выполнены из кремния. Тензорезисторы объединены с помощью коммутационных шин в мостовую измерительную схему. Слой двуокиси кремния расположен под тензорезисторами и коммутационными шинами. Поверхность мембраны со стороны тензорезисторов покрыта изолирующим слоем нелегированного карбида кремния вокруг тензорезисторов толщиной не менее высоты тензорезисторов. На периферии мембраны расположена схема температурной компенсации, состоящая из терморезисторов, имеющих соединенные с ними металлизированные контактные площадки для включения в мостовую схему. Техническим результатом является повышение точности преобразователя в диапазоне высоких температур. 1 ил.

Настоящая группа изобретений относится к измерению давлений в производственных процессах. Точнее говоря, относится к измерению давления с помощью наполнительной трубы. Заявленная группа изобретений включает датчик давления, а также способ для измерения давлений в производственном процессе. При этом датчик давления включает в себя датчик перепада давления, имеющий первый порт, второй порт и вывод, имеющий отношение к перепаду давления между первым и вторым портами; первую наполнительную трубу, выполненную с возможностью соединения первого порта с первым давлением процесса; вторую наполнительную трубу, выполненную с возможностью соединения второго порта со вторым давлением процесса; и датчик физического свойства первой наполнительной трубы, соединенной с трубопроводом процесса, сконфигурированный для измерения давления заполняющей текучей среды в трубопроводе процесса как функции от изменения физического свойства первой наполнительной трубы. Способ для измерения давлений в производственном процессе содержит следующие этапы: соединяют первую наполнительную трубу с трубопроводом процесса для измерения первого давления процесса; соединяют вторую наполнительную трубу с трубопроводом процесса для измерения второго давления процесса; измеряют перепад давления с использованием датчика перепада давления, соединенного с первой и второй наполнительными трубами; и измеряют давление в трубопроводе процесса на основе изменения физического свойства первой наполнительной трубы. Технический результат, достигаемый от реализации заявленной группы изобретений, заключается в предоставлении более точных измерений потока. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 24 ил.
Наверх