Патентно- ^^ i '^^ п.ли9т?ская '"^ \v.-tijhioteka

 

27I33T

ОЛ ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союа Советских

Сециалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 25.1Х.1967 (№ 1186554/18-10) с присоединением заявки ¹вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 12Х.1970. Бюллетень ¹ 17

Дата опубликования описания 15.IX.1970

Кл. 74 b 8 02

421 14/04

Комитет по делам наобретений и открытий при Совете Министров

СССР

МПК С08с 19/14

G 011 13, 06 о ДК 531.787.91 (088.8) Автор изобретения

И. А. Горенштейн

Заявитель

ВИБРАЦИОННЫЙ ДАТт! ИК РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ

Изобретение orïoñèòñÿ к приборам для измерения давлений в газовых средах.

Известны вибрационные датчики разности давления с размещенными в корпусе двумя тонкостенными цилиндрическими резонаторами с системами саиовозбуждения, подключенными через усилители к преобразователю тастоты, соединенному с генератором стабильной частоты.

С целью линеаризации выходной характеристики в предлагаемом датчике внутренние полости резонаторов соединены атежду собой и образуют герметичную замкнутую камеру. заполненную жидкостью под некоторым давлением.

С целью повышения точности измерения па наружной поверхности корпуса коаксиально с герметичной камерой размещена катушка электрообогрева, подключенная к генератооу стабильной частоты.

На фиг, 1 изображена принципиальная схема предлагаемого датчика; на фиг. 2-электрическая схема системы самовозбуждеиия одного из резонаторов: на фиг. 3 — пневматическая схема датчика; на фиг. 4 — его принципиальная электрическая схема.

Наиболее ответственными элементами конструкции датчика являются два чувствительных элемента, выполненных в виде тонкостенHhIx цилиндрических резонаторов 1, запрессованных в корпус 2. Образованная внутренними полостями цилиндрических резонаторов 1 герметическая камера 8 заполняетсч жидкостью, в которой за счет упругой дефоомации стенок резонаторов создается некоторое начальное давление. В цилиндрически; расточках карпу а 2 устанавливаются набранные из пластин тонколистового железа магнитопроводы 4 с обмогками 5, являющиеся то элементами систем самовозбуждения резон аторов.

I1а центральную часть корпуса 2 наматывается катушка электросбогрева 6 системы температурной стабилизации суммы частот

15 собственных колебаний обоих резонаторов.

Концы резонаторов 1 сочленяются с KopIIvсом 2 с помощью прунсинных крышек 7, имеющих малую жесткость в осевом направлении и предохраняющих резонаторы or деиствия вибраций в направлении, перпендикулярном и осп датчика. Давления, разность которых итмеряется, подаются в приемные камеры 8 и 9 с помощью штуцеров 10 и 11, гермети шо вваренных в корпус 2. Прибор находится н теплоизоляционном кожухе 12.

Системы самовозбуждения каждого из двух резонаторов 1 аналогичны. Схема системы самовозбуждения, изображенная на фиг. 2, представляет собой мостовую схему, Зц одна нз диагоналей которой подключена ко

271337 входу, а другая — к выходу широкополосного усилителя 13, имеющего постоянный (близкий к 90 ) сдвиг фазы между входным и выходным напряжениями.

Два плеча этой схемы образованы двумя одинаковыми омическими сопротивлениями

14 и 15, третье плечо образовано сопротивлением обмоток возбуждения 16, намотанных на зубцах 17 магнитопровода 4 и, наконец, четвертое плечо образовано сопротивлением обмоток 18, намотанных на зубцах 19 магнитопровода 4 балансного сопротивления, которое в электромеханическом и конструктивном отношениях подобно датчику давления и отличается от него лишь тем, что его резонатор заполнен твердым диэлектриком, исключающим возможность возникновения механических колебаний.

Помимо обмоток 16 и 18, на зубцах 17 и 19 магнитопроводов 4 датчика давления и балапсного сопротивления намотаны также обмотки постоянного подмагничивания 20 и 21, запитываемые постоянным током и создающие в магнитопроводах 4 постоянные магнитные потоки, которые частично замыкаются через материал резонаторов 1.

Совместно с резонатором система самовозбуждения образует электромеханический генератор колебаний, частота которых равна частоте собственных колебаний резонатора и однозначно связана с разностью давлений, действующих на его внутреннюю и наружную поверхность.

Система возбуждения действует следующим образом. При колебаниях резонатора 1 его поперечное сечение принимает форму эллипса, оси которого совпадают с осями симметрии магнитопровода 4, причем с увеличением одной оси эллипса другая уменьшается и наоборот. При этом осуществляется модул;— ция создаваемого обмотками постоянного подмагничивания 20 магнитного потока, который проходит по зубцам 17 магнитопровода 4, «астично замыкается через материал его резонатора 1. В результате в обмотках возбуждения 16 индуктируется переменная э. д. с. реакции, частота которой равна частоте механических колебаний резонатора 1. Часть этой э. д. с. выделяется в одной из диагоналей мостовой схемы и поступает на вход широкополосного усилителя 13, с выхода которого переменное напряжение, сдвинутое по фазе на 90 относительно фазы э. д. с. реакции, поступает на другую диагональ мостовой схемы, вызывая дальнейшую раскачку резонатора I.

Для обеспечения правильной работы мостовой схемы последняя тщательно балансируется таким образом, чтобы в отсутствие колебаний резонатора сигнал в любой из диагоналей моста был равен нулю при любых сигналах (в диапазоне рабочих частот датчика, подаваемых в другую диагональ моста. Балансное сопротивление выполняется в виде точной копии датчика давления для обеспечения необходимой стабильности такой балапсировки и независимости ее от изменения внешних условий (температуры, напряжения постоянного подмагничивания и т. д.).

Применительно к пневматической схеме

5 датчика, изображенной на фиг. 3, зависимость между разностью измеряемых давлений Рt и Рг и разностью частот ft и f колебаний резонатор 1 определяется формулой

10 где к — постоянный коэффициент, величина которого зависит от конструктивных парамет15 ров прибора: массовой плотности резонаторов и за полняющей их жидкости, модуля упругости материала резонаторов, их геометрических размеров, начального (т. е. при Р =Р,=

=О) давления жидкости внутри камеры.

20 Из приведенной формулы следует, что при поддержании постоянства суммы частот / и

f> их разность 6 j = f — ft пропорциональна измеряемой разности давления 6 Р = Р— Pt.

Принципиальная электрическая схема

25 предлагаемого датчика, реализующего линеиную зависимость между разностью измеря»мых давлений и разностью частот собственных колебаний резонаторов в соответствии с приведенной выше формулой, изображена на

Зо фиг. 4.

С выходов широкополосных усилителей 13 систем самовозбуждения сигналы с частотами ft u jq поступают в преобразователь частоты 22, имеющий два выхода. На одном из вы35 ходов преобразователя получается сигнал, частота которого равна сумме частот f и fz, а на другом — сигнал, частота которого равна разности этих частот, являющийся выходным синалом прибора.

Для того чтобы зависимость между частотой выходного сигнала и измеряемой разностью была стабильной и строго линейной, сумма частот ft и f> непрерывно сравнивается с частотой 2 < специального генератора 23 ста-15 билизированной частоты. При отклонении суммы частот fi и / от постоянного значения

21О, задаваемого генератором стабилизированной частоты, преобразователь 24 изменяет ток в катушке электрообогрева б таким об50 разом, что соответствующее изменение давления жидкоси внутри камеры прибора парирует это отклонение.

Предмет изобретения

1. Вибрационный датчик разности давления, содержащий размещенные в корпусе два тонкостенных цилиндрических резонатора с системами самовозбуждения, подключенными

60 через усилители к преобразователю частоты, соединенному с генератором стабильной частоты, отличающийся тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики датчика, в нем внутренние полости резонаторов соеди05 иены между собой и образуют герметичную

271337

12 камеру, заполошенную жидкостью йод некоторым давлением.

2. Датчик по и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем на наружной поверхности корпуса, коаксиально с герметичной камерой размещена катушка электрообогрева, подключенная к енепатору стабильной частоты.

271333

Составитель Л. В, Никигочкнна

Рсдактор М, В. Афанасьева Техред А, A. Камышникова Корректор Л. А, Царькова

Заказ 3677 Тираж 480 экз. Подписное

ДНИИПИ Комитета по дедам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, К-35, Раушская наб., 4/5

Загорская типография