Датчик давления с частотным выходом

 

- н llecklvll

4 !ноте: а (;) 6А

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

««7175Я

К АВТОРСКОМУ СВИ ТИЛЬСТВУ (6 () Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 060178 (21) 2565061/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (S>)e. Кл. а 01 Ь 11/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 250280. Бюллетень № 7 (53) УДК 531. 787 (088.8) Дата опубликования описания 250280 (72) Авторы изобретения

И.A.Ãîðåíøòåéí, В.Г.Кравцов и И.В.Корольков (73 ) Заявитель (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ

Изобретение касается контрольно"измерительной техники и может быть использовано в приборах для измере ния давлений жидких и газообразных сред.

Известен датчик давлений с частотным выходным сигналом, s котором в качестве упругого чувствительного элемента используется тонкостенный цилиндрический резонатор, в последнем непрерывно возбуждаются изгибные колебания. Собственная частота этих колебаний связана с измеряемой величиной и является выходным параметром (1).

Наиболее близким по техничесКой сущности к предложенному является устройство имеющее датчик, у которого резонирующий узел представляет собой керамическую трубку обхватцвающую резонатор с минимально допустимым зазором. На концах этой трубки имеются фланцы, которые соединяются с концами резонатора.с помощью не,разъемных жестких сочленений, Причем в зазоре между резонатором и трубкой создается опорный вакуум (2).

Однако в этом устройстве при передаче механических напряжений между корпусом и резонатором. через жесткие сочленения возникают инструментальные ошибки.

Цель изобретения — устранение инструментальных ошибок. !

Это достигается тем, что в предложенном датчике сочленение узла резонатора с корпусом осуществляется с помощью двух сильфонов, установленных по концам узла резонатора, а сам резонатор выполнен в виде тонкостенной трубы круглого сечения с утолщениями на обоих концах.

На фиг.1 изображен узел резонатора, продольный разрезу на фиг.2 - ро- зонатор; на фиг.3 — датчик; на фиг.4 - то же, сечение A-А на фиг.3; на фиг.5 — электрическая схема датчика.

Наиболее:отвЕтственным узлом предложенного датчика является узел резонатора. Несущим силовым элементом этого узла является трубка 1 с фланцами 2 и 3, изготовленная из вакуумплотного Диэлектрика (на-. пример из керамики типа 22 ХС).Трубка 1 соединяется с перехрдными втулками 4 и 5 с помощью неразъемных вакуумплотных плоских фланцевых сочленений 6 и 7 (например, путем пайки

717581 твердим припоем), плоскости которых перпендикулярны оси узла. Переходные втулки 4 и 5 изготавливаются йз металла, образующего согласован -" ный спай с диэлектриком, из которого сделана трубка 1, В случае применения керамики 22 ХС таким металлом является, например, ковар. Каждая йз переходных втулок 4 и 5 имеет по два цилиндрических участка разных радиусов с кольцевым уступом между ними. По плоскостям этих уступов и осуществляются сочленения переходных втулок 4 и 5 с трубкой 1,при:чем диаметры цилиндрических участков втулок 4 и 5, в которые входят фланцы 2 и 3, таковы, что между боковыми поверхностями втулки и фланца остается зазор 8, превыщающий технологический допуск на несоосность этих деталей. Внутри диэлектрической трубки 1 смонтирован тонкостенный цилиндрический резонатор 9, представляющий собой проточную тонкостенную трубу круглого сечения, на обоих концах которой имеютСя утолщенные установочные пояски 10 и 11. С целью обеспечения технологичности детали уступ

12, за счет которого образован утолщенный поясок 10, расположен на внутренней поверхности резонатора., а уступ 13, за счет которого образован второй утолщенный поясок

11, расположен на внешней поверхности резонатора. Посадочные поверхности утолщенных установочных поясков 10 и 11 резонатора 9 совмещаются с соответствующими посадочны ми поверхностями 14 и 15 переходных втулок 4 и 5 и соединяются с ними с помощью неразъемных вакуумплотных сочленений 16 и 17. При сборке узла резонатора в зазоре

18 между внешней поверхностью резонатора 9 и внутренней поверхностью диэлектрической трубки 1 создается опорный вакуум. С этой целью можно, например, в качестве заключительной сборочной операции выполнять сочленение 16 или 17 путем электроннолучевой сварки; автоМатически обеспечивающей. создание необходимого вакуума в зазоре 18. Для соединения узла резонанса с корпусом датчика, а также для подвода-кон 1ролируемой среды внутрь резонатора служат .сильфони 19 и 20. С помощью неразъемных вакуу 4плотных сочленений 21-24 эти сильфоны с одной стороны соединены с охватывающими фланцы 2 и 3 цилиндрическими участками переходных втулок 4 и 5, а с другой — с оконечными втулками 25 и 26, внутри которых имеются резьбовые отверстия 27 и 28.

В случае, когда контролируемая среда, заполняющая резонатор, не должна обновдяться, в резьбовое отверстие одной из оконечных втулок

1О

2О

Зб

5Î

65 (например втулки 25) ввинчивается заглушка 29, а в резьбовое отверстие другой оконечной втулки 28 ввин. чивается штуцер 30 для сообщения резонатора 9 с контролируемой средой.

Ясли же заполняющая резонатор контролируемая среда должна непрерывно (или периодически) обновляться, то в оба резьбовых отверстия ввинчиваются штуцерь1 30, один из которых является в этом случае подводящим, а другой — отводящим. В цилиндрическом корпусе 31, изготовленном из магнитомягкого ферромагнетика (низкоуглеродис тая сталь, инварные спла,вы), вокруг узла 32 резонатора размещаются четыре постоянных магнита

33, направления намагничения которых указаны на фиг.4 стрелками. В качестве материала для изготовления этих магнитов рационально использовать анизотропный ферроксдюр (феррит бария) . Между магнитами 33 располагаются четыре электрода 34 емкостной системы регистрации колебаний резонатора. Электроды 34 электрически изолирОваны как один от другого, так и от остальных элементов конструкции с помощью изоляционных прослоек 35, выполняемых в виде диэлектрических покрытий на электродах 34, либо на магнитах 33 ° Корпус 31 закрыт с обоих концов крышками 36 и 37 из диэлектрика, в центральных отверстиях которых крепятся оконечные втулки 25 и 26 узла резонатора.

Соединение крышек 36 и 37 с корпусом 31 датчика и с оконечными втулками 25 и 26 узла 32 резонатора может осуществляться, например, с помощью паяных швов 38-40. В крышке 36 имеются четыре гермоввода 42, через которые осуществляется включение электродов 34 в электрическую схему датчика. Элементы системы самовозбуждения — постоянные магниты 33 и электроды 34 крепятся на узле 32 резонатора (вокруг его центрального цилиндрического участка) с помощью трубчатой пружины 43.

Четыре постоянных магнита 33 создают в области, где расположен ре,зонатор 9, квадрупольное магнитное поле, направление силовых линий которого указано стрелками на фиг.5 °

Один конец резойатора 9 соединен с, выходом дифференциального усилителя

44 системы самовозбуждения; а дру гой — с корпусом датчика и далее с общим проводом (землей) всей схемы.

Накрестлежащие пары электродов 34 соединяются между собой и через высокоомные сопротивления 45 подключаются к источнику 46 постоянного напряжения Ua а через раздельные конденсаторы 47 — к входам дкфференциального усилителя 44. Входы диф1 ференциального усилителя 44 шунтируются построечными сопротивлениями 48.

717581

Датчик. работает следующим обра .зом.

При подаче измеряемого давления внутрь резонатора 9 в нем возникают растягивающие механические напряжения, однозначно определяющие собственную частоту низшей формы его иэгибных колебаний. В совокупности с эЛектронным блоком системы самовоэбуждения датчик образует электро- р механическую автоколебательную систему, частота которой близка к собственной частоте колебаний резонатора

9. При колебаниях резонатора 9 изменяются емкости, образуемые резонатором с электродами 34, в результате чего, на этих электродах возникает переменный электрический сигнал, частота которого равна частоте колебаний резонатора. Через разделительные конденсаторы 47 этот сигнал йо- 20 ступает на входы дифференциального усилителя 44. С выхода этого усили.теля усиленный сигнал подается на резонатор 9, обусловливая тем самым протекание через резонатор переменного тока в осевом направлении. При взаимодействии этого тока с квадрупольным магнитным полем возникает система приложенных к резонатору пондеромоторных сил, поддерживающих gg его неэатухающйе колебания на частоте близкой к частоте низшей изгиб-, ной формы. Разделительные конденсаторы 47 введены в схему для предохранения усилителя 44 от попадания на

его входы относительно высокого постоянного напряжения Uo от источника

46. Подстроечные сопротивления 48, шунтирующие входы усилителя 44, предназначаются для точной фаэовой подстройки системы самовозбуждения.

Формула изобретения

Датчик давления с частотным выходом, содержащий корпус, систему возбуждения и узел резонатора с цилиндрическим полым резонатором, о.т л и ч а ю шийся тем, что, с целью устранения инструментальных ошибок, сочленение узла резонатора с корпусом:осуществлено с помощью двух сильфонов, установленных tto концам узла резонатора, а сам резонатор выполнен в виде тонкостенной трубы круглого сечения с утолщениями на обоих концах.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р42725б, кл. G 01 L 11/00, 1972.

2, Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2530781, кл. G 01 L 11/00, 1977 (прототип), 717581

ФЮ И

Составитель Л. Кочураев

Техред М,Петко Корректор О.Ковинская

Редактор A.Øìåëüêèí

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

* Ъакав 9826/57. - Тираж 1019 Подйисное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5