Совета Министров СССР (53) УДК 531.787.91 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения А. А. Болтянский, О. В. Воронин, Е. А. Желонкин, Е. М. Равикович, А. С. Соколов, В, В. Цветков и М. Я. Ануфриева (71) Заявитель (54) ДАТЧИK ДАВЛEHИЯ

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к индуктивным датчикам плунжерного типа, работающим в широком интервале температур, и предназначенным для измерения перемещений давлений и перепадов давлений.

Известны индуктивные датчики, содержащие упругий чувствительный элемент, например мембрану, соединенную штоком с плунжером индуктивного преобразователя перемещения, катушки которого размещены внутри кольцевого магнитопровода.

К недостаткам указанных датчиков относится высокая температурная, погрешность, обусловленная тем, что при работе датчика в широком интервале температур, например, от минус 200 до +300 С и выше, с изменением температуры существенно изменяется жесткость упругого чувствительного элемента и геометрические размеры деталей датчика (штока, ллунжера, магнитопровода). Это вызывает изменение чувствительности,и перераспределение длин (площадей) рабочих воздушных зазоров, что приводит к уходу «нуля» и смещению градуировочной характеристики датчика.

В предлагаемом датчике с целью повышения точности за счет компенсации температурных погрешностей в нем упругий чувствительный элемент, например мембрана, закреплен в нижней части кольцевого магнитопровода, изготовленного, как и плунжер, из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем коэффициент линейного расширения материала штока, на торце которого закреплено дно плунжера, выполненного в виде полого стакана, установленного с зазором вдоль цилиндрической поверхности штока.

На фиг. 1 показан предлагаемый датчик в разрезе; на фиг. 2 вЂ” градуировочная характеристика датчика; на фиг. 3 вЂ зависимос чувствительности датчика от суммарного рабочего воздушного зазора.

Датчик состоит из кольцевого магнитопровода 1, в нижней части которого жестко закреплен упругий чувствительный элемент 2, например, мембрана, жесткий центр которой

20 3 штоком 4 соединен с дном плунжера 5, выполненного в виде стакана, дно которого закреплено, например, при помощи сварки на торце штока 4, а цилиндрическая часть с зазором 6 установлена вдоль цилиндрической поверхности штока 4. Внутри кольцевого магнитопровода 1 размещены катушки индуктивности 7. Магнитопровод 1, как и плунжер

5, изготовлен из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем у ма30 териала, из которого изготовлен шток 4, 526787

При отсутствии давления плунжер 5 и магнитопровод 1 установлены так, что образуют начальные рабочие зазоры.

Под действием, измеряемого давления происходит перемещение плунжера 5, жестко связанного через шток 4 с упругим чувствительным элементом 2. При этом изменяются длины рабочих воздушных зазоров 6I и 6> между плунжером 5 и кольцевым магнитопроводом 1. В свою очередь, изменение длин рабочих воздушных зазоров вызывает пропорциональное изменение комплексных сопротивлений катушек индуктивностей 7.

Однако, изменение длин рабочих воздушных зазоров 61 и 62 является не только фу нкцией измеряемого давления, но и температуры.

При нормальной (например +20 С) температуре градуировочная характеристика датчика имеет вид кривой 1 (фиг. 2). При изменении (например, повышении) температуры датчика жесткость упругого чувствительного элемента 2 пропорциональная модулю упругости материала, существенно уменьшается.

Это приводит к увеличению перемещения (рабочего хода) упругого чувствительного элемента 2 согласно выражению:

P„L

F E00 вЂ” тв At) где AL вЂ” приращение перемещения упругого чувствительного элемента под действием номинального давления при градиенте температур;

F вЂ” площадь поперечного сечения упругого чувствительного элемента;

E< вЂ” модуль упругости материала упругого чувствительного элемента при нормальной температуре; у : вЂ” температурный коэффициент модуля упругости материала упругого чувствительного элемента.

Увеличение рабочего хода упругого чувствительного элемента 2 вызывает возрастание чувствительности датчика и градуировочная характеристика:принимает вид кривой II (фиг. 2) . Приращение перемещения Л1., а также увеличение чувствительности датчика для каждого типа упругого чувствительного элемента легко может быть определено расчетным или экспериментальным путем. В то же,время, для датчиков плунжерного типа известна зависимость величины чувствительности от суммарного рабочего воздушного зазора (фиг. 3), из которой определяется величина ЛХ, соответствующая изменению чувствительности датчика от изменения перемещения

AL(AZ). Указанная зависимость легко может быть определена экспериментальным путем для каждой конкретной конструкции датчика.

Задаваясь геометрическими размерами и материалами штока и магнитопровода, можно добиться того, что увеличение их линейных размеров,под действием температуры вызовет увеличение суммарного воздушного зазора на величину ЛХ.

П р и э То М tI,O Jl 0K H bl B bI II 0;I H 5I T bC 5I у C JID I3 H H

5 1м Л1швЂ”

Лlш вЂ” /гЛ 1„вЂ” КЛlM вЂ”.

/ Л1м, КЛ1м вЂ” величины изменения геометрических размеров деталей датчика под действием температуры; и К- констРУктивные коэффициенты;

1мя, 1ш, 1мк вЂ” COOTBeTCTBpHH0 дЛИны магнитопровода, плунжера (якоря), штока и:нерабочей части магнитоп ровода. где Лlм, Л1Ш, 10

15 мя

t м

1м, 20

Это условие выполнимо в случае жесткого крепления м агнитопровода к упругому чувствительному элементу, постоянства конструктивных коэффициентов, а также исполнения кольцевого магнитопровода 1 и плунжера

З0 из материала с коэффициентом линейного расширения большим, чем материал штока 4.

В то же время изменение температуры приводит к смещению нуля датчика. В результате чего градуировочная характеристика, например, при повышении температуры будет иметь вид не кривой 2, а кривой 3 (фиг. 2).

Условием стабильности нуля датчика при изменении температуры является выражение

Лl„вЂ” Л1ш: вЂ” Лlш вЂ” 6Л!„вЂ” КЬ1„.

Для выполнения этого равенства необходимо, чтобы удлинение плунжера 5 происходило в сторону, противоположную удлинению штока 4, что достигается установкой плунжера 5

45 на штоке 4 с зазором и жестким соединением с ним в одном сечении, максимально удаленном от места крепления штока 4 к упругому чувствительному элементу 2.

Выполнение перечисленных выше условий приводит к тому, что градуировочная характеристика примет вид кривой IV (фиг. 2), которая с высокой степенью точности приближается к градуировочной характеристике (кривая I, фиг. 2) снятой при нормальной температуре.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет компенсировать аддитивную и мультипликативную составляющие темпера60 турной погрешности индуктивных датчиков плунжерного типа, Предлагаемая конструкция индуктивного датчика давления может быть использована в случае работы датчиков в широком диапа65 зоне температур.

526787

Фиг.1

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент, например меморану, соединенную штоком с плунжером индуктивного преобразователя перемещения, катушки которого размсщсны .внутри кольцевого магнитопровода, отлич ающийся тем, что, с целью повышения точности путем компенсации температурных погрешностей, в нем упругпй чувствительный элемент, например мембрана, закреплен В нижней части кольцевого магнитопровода, изготовленного, как и плунжер, из материала с коэффициентом линейно5 го расширения большим, чем коэффициент линейного расширения материала штока, плунжер выполнен в впдс полого стакана, установлен с зазором вдоль цилиндрической поверхности штока и закреплен на нем сво10 пм дном.

Ы6787

u f(capet,„г

Фиг.2

2дмп

ФигЗ

Составитель Л, Никиточкина

Техред В. Рыбакова

Корректор Н. Аук

Редактор Н. Коляда

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2319/3 Изд. № 1620 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий