Виброчастотный датчик абсолютного давления

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения давления разрежения. Заявленный виброчастотный датчик абсолютного давления содержит крышку со штуцером, закрывающую корпус, внутри которого расположены воспринимающий элемент, виброчастотный элемент, содержащий опорное основание, резонатор прямоугольного сечения и силопередающий шток, передающий усилие от воспринимающего элемента, и электромагнитная система возбуждения и съема колебаний, состоящая из электромагнита-возбудителя и электромагнита-адаптера и взаимодействующая с контактной колодкой с установленными в ней токовыводами, внутренний объем корпуса герметизирован, при этом ось симметрии виброчастотного элемента совпадает с осью симметрии резонатора, в осевом направлении заключенного между двумя дополнительными массами, выполненного с ними за единое целое и сопряженного с опорным основанием через упругие балочные подвесы, отделенным через акустическую развязку от секторов, обеспечивающих совмещение виброчастотного элемента относительно корпуса и воспринимающего элемента, при этом воспринимающий элемент выполнен в виде диафрагмы, установленной в корпусе при помощи прижима так, что ось вращения диафрагмы совпадает с осью симметрии резонатора, причем внутренний объем корпуса вакуумирован. Технический результат заключается в повышении точности преобразования и увеличении чувствительности при сохранении габаритных характеристик и заданного уровня надежности за счет расположения резонатора виброчастотного элемента перпендикулярно и соосно плоскости диафрагмы, выполненной в виде плоской мембраны, а также за счет введения в конструкцию виброчастотного элемента акустической развязки в виде микропазов, предназначенной для снижения потерь энергии механических колебаний резонатора в результате контакта с корпусом датчика. 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения давления разрежения.

Известен частотный датчик давления [а.с. СССР №1675705, МПК⁵ G01L 11/00, опубликовано 07.09.1991 г.], содержащий корпус, внутри которого расположены воспринимающий элемент, виброчастотный элемент и постоянные магниты, внутренний объем корпуса герметизирован. Воспринимающий элемент выполнен в виде мембраны с установленными на ней стойками, между которыми закреплен виброчастотный элемент - измерительная струна. Введены две дополнительные стойки, между которыми закреплена дополнительная опорная струна. Место закрепления измерительной и опорной струн выполнено путем спаивания металлических струн в стекле с втулками, выполненными из материала с малым температурным коэффициентом линейного расширения.

Указанный частотный датчик давления обладает повышенной погрешностью преобразования за счет заделки струны в стойках при помощи стеклометаллических соединений, при которых возникает гистерезис девиации частоты выходного сигнала, что приводит к снижению точности преобразования.

Известен датчик давления с частотным выходом [п. РФ №2026540, МПК⁶ G01L 11/00, опубликован 09.01.1995 г.], содержащий корпус, внутри которого расположены воспринимающий элемент, виброчастотный элемент, содержащий резонатор прямоугольного сечения, и система возбуждения и съема колебаний; внутренний объем корпуса герметизирован. Воспринимающий элемент выполнен в виде плоских идентичных мембран. Резонатор жестко соединен с центрами мембран, имеющих одинаковые характеристики. Корпус мембраны и резонатор выполнены за одно целое из единой металлической заготовки.

Недостатком приведенной конструкции виброчастотного элемента является пониженная чувствительность за счет отсутствия дополнительных масс, соединенных с резонатором, в результате чего часть энергии механических колебаний резонатора передается сопрягаемым мембранам в виду их малой массы и жесткости.

Известен частотный датчик давления [а.с. СССР №666446, МПК² G01L 1/10, G01L 11/00, опубликовано 05.06.1979 г.], содержащий крышку со штуцером, закрывающую корпус, внутри которого расположены воспринимающий элемент, виброчастотный элемент, содержащий опорное основание, резонатор прямоугольного сечения и силопередающий шток, передающий усилие от воспринимающего элемента, и электромагнитная система возбуждения и съема колебаний, состоящая из электромагнита-возбудителя и электромагнита-адаптера и взаимодействующая с контактной колодкой с установленными в ней токовыводами. С целью повышения надежности работы при измерении высоких давлений воспринимающий элемент выполнен в виде эластичной мембраны с цилиндрическим выступом в центральной ее части, обращенным в сторону камеры давления, а отношение диаметра выступа к диаметру отверстия втулки составляет D/d=1,1/1,5, где D - диаметр выступа, d - диаметр отверстия втулки. Мембрана выполнена в виде опрокинутого стакана, на дне центральной части которого сформирован выступ, предотвращающий чрезмерный прогиб мембраны и как следствие ее разрушение.

Недостатком известного устройства является снижение чувствительности к воздействующему давлению за счет выполнения мембраны в виде опрокинутого стакана, в значительной степени увеличивающее жесткость мембраны за счет образования жесткого центра. Также к снижению чувствительности ведет увеличенная жесткость подвесов резонатора за счет использования в конструкции рычагов.

Данный частотный датчик давления принимается за прототип как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение чувствительности и точности преобразования.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности преобразования и увеличении чувствительности при сохранении габаритных характеристик и заданного уровня надежности за счет расположения резонатора виброчастотного элемента перпендикулярно и соосно плоскости диафрагмы, выполненной в виде плоской мембраны, а также за счет введения в конструкцию виброчастотного элемента акустической развязки в виде микропазов, предназначенной для снижения потерь энергии механических колебаний резонатора в результате контакта с корпусом датчика.

Указанный технический результат достигается тем, что вибрационный датчик абсолютного давления содержит крышку со штуцером, закрывающую корпус, внутри которого расположены воспринимающий элемент, виброчастотный элемент, содержащий опорное основание, резонатор прямоугольного сечения и силопередающий шток, передающий усилие от воспринимающего элемента, и электромагнитная система возбуждения и съема колебаний, состоящая из электромагнита-возбудителя и электромагнита-адаптера и взаимодействующая с контактной колодкой с установленными в ней токовыводами, внутренний объем корпуса герметизирован, согласно изобретению, ось симметрии виброчастотного элемента совпадает с осью симметрии резонатора, в осевом направлении заключенного между двумя дополнительными массами, выполненного с ними за единое целое и сопряженного с опорным основанием через упругие балочные подвесы, отделенным через акустическую развязку от секторов, обеспечивающих совмещение виброчастотного элемента относительно корпуса и воспринимающего элемента, при этом воспринимающий элемент выполнен в виде диафрагмы, установленной в корпусе при помощи прижима так, что ось вращения диафрагмы совпадает с осью симметрии резонатора, причем внутренний объем корпуса вакуумирован.

Выполнение вибрационного датчика абсолютного давления в виде виброчастотного элемента, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии резонатора в осевом направлении, заключенного между двумя дополнительными массами, выполненного с ними за единое целое и сопряженного с опорным основанием через упругие балочные подвесы, отделенным через акустическую развязку от секторов, обеспечивающих совмещение виброчастотного элемента относительно корпуса и воспринимающего элемента, при этом воспринимающий элемент выполнен в виде диафрагмы, установленной в корпусе при помощи прижима так, что ось вращения диафрагмы совпадает с осью симметрии резонатора, причем внутренний объем корпуса вакуумирован, позволяет увеличить чувствительности при увеличении уровня надежности и сохранении габаритных характеристик.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки, которые содержит отличительная часть формулы изобретения, не выявлены в технических решениях аналогичного назначения, на этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение иллюстрируется чертежами:

на фиг. 1 представлен продольный разрез виброчастотного датчика абсолютного давления,

на фиг. 2 - конструкция виброчастотного элемента.

Виброчастотный датчик абсолютного давления содержит крышку 1 со штуцером 2, закрывающую корпус 3.

Внутри корпуса 3 расположены воспринимающий элемент 4, виброчастотный элемент 5 и электромагнитная система возбуждения и съема колебаний.

Воспринимающий элемент 4 выполнен в виде диафрагмы, установленной под крышкой 1 в корпусе 3 при помощи прижима 6. (фиг. 1)

Виброчастотный элемент 5 состоит из опорного основания 7, отделенного акустической развязкой 8 от секторов 9, обеспечивающих точное совмещение виброчастотного элемента 5 относительно корпуса 3 и воспринимающего элемента 4, резонатора 10 прямоугольного сечения и силопередающего штока 11, передающего усилие от воспринимающего элемента 4. Ось симметрии резонатора 10 совпадает с осью симметрии виброчастотного элемента 5. Резонатор 10 в осевом направлении заключен между двумя плоскопараллельными упругими подвесами 12, каждый из которых состоит из расположенной на оси симметрии подвеса 12 дополнительной массы 13 в виде недеформируемого объема и не менее двух противолежащих относительно оси симметрии виброчастотного элемента 5 балок 14, сформированных таким образом, что один конец сопряжен с опорным основанием 7, а другой - с дополнительной массой 13 (фиг. 2).

Электромагнитная система возбуждения и съема колебаний содержит электромагнит-возбудитель 15 и электромагнит-адаптер 16, установленные на кронштейне 17. Для обеспечения электрической связи электромагнитная система возбуждения и съема колебаний взаимодействует с вмонтированной в корпус 3 колодкой 18, в которой установлены токовыводы 19, электрически изолированные друг от друга и от колодки 18.

В корпусе 3 выполнен штуцер 20 для откачки газов.

Работает устройство следующим образом.

Внутренний объем датчика герметизируется при помощи штуцера 20 для откачки газов, при этом диафрагма 4 под действием атмосферного давления перемещается до посадки на корпус 3, тем самым нагружая резонатор 10. При создании давления в принимающей полости датчика, равного номинальному, диафрагма 4 отходит от корпуса 3 под действием сил упругих подвесов 12, изменяя силу нагружения резонатора 10 пропорционально величине преобразуемого давления. С изменением силы нагружения резонатора 10 происходит пропорциональное величине преобразуемого давления изменение частоты его собственных колебаний, регистрируемое электромагнитной системой. Таким образом, происходит преобразование изменения давления в девиацию частоты выходного сигнала.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для измерительной техники, а именно для устройств измерения давления разрежения;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить повышение точности преобразования.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Виброчастотный датчик абсолютного давления, содержащий крышку со штуцером, закрывающую корпус, внутри которого расположены воспринимающий элемент, виброчастотный элемент, содержащий опорное основание, резонатор прямоугольного сечения и силопередающий шток, передающий усилие от воспринимающего элемента, и электромагнитная система возбуждения и съема колебаний, состоящая из электромагнита-возбудителя и электромагнита-адаптера и взаимодействующая с контактной колодкой с установленными в ней токовыводами, внутренний объем корпуса герметизирован, отличающийся тем, что ось симметрии виброчастотного элемента совпадает с осью симметрии резонатора, в осевом направлении заключенного между двумя дополнительными массами, выполненного с ними за единое целое и сопряженного с опорным основанием через упругие балочные подвесы, отделенным через акустическую развязку от секторов, обеспечивающих совмещение виброчастотного элемента относительно корпуса и воспринимающего элемента, при этом воспринимающий элемент выполнен в виде диафрагмы, установленной в корпусе при помощи прижима так, что ось вращения диафрагмы совпадает с осью симметрии резонатора, причем внутренний объем корпуса вакуумирован.