Преобразователь давления с частотным выходом

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ (1883683 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву р )м. к. (22) Заявлено 260380 (2! ) 2898608/18-10 с присоединением заявки Йо

G 01 L 9/12/

G 01 Т l l/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 23,1181 Бюллетень Й9 43

Дата опубликования описания 2 3. 11. 8-1 (53) УДК 531.787 (088.8) (72) Автор изобретения.

Ю.A.Íåñòåðåíêo

Опытное конструкторско-технологическое бюро "Кристалл" с с опытным производством Ленинградского технологического института им. Ленсовета (71) Заявитель (54 ) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ C ЧАСТОТНЫМ

ВЫХОДОМ

Изобретение касается информационно-измерительной техники и предназначено для измерений абсолютных давлений газовых сред.

Известент датчик давления с частотным выходом, в котором в качестве упругого чувствительного элемента используется тонкостенный цилиндрический резонатор, выполненный в виде стаканчика, в котором непрерывно возбуждаются изгибные колебания.

Собственная частота этих колебаний связана с измеряемой величиной давления и является выходным параметром (1) . !5

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к предлагаемому является устройство преобразователя давления с частотным выходом, содержащее 20 корпус, образованный элементами системы возбуждения, с внутренней полостью, сообщающейся с контролируемой средой, и закрепленным в ней по торцам на элементах крепления цилиндрическим резонатором (21.

Недостатком известного технического решения является возбуждение побочных механических резонансов в элементах крепления- резонатора, ис- 30 кажающих зависимость выходной часто-, ты от измеряемого давления и тем са-, мым снижающих точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности и расширение диапазона измерения давления.

Укаэанная цель достигается за счет того, что.длина резонатора не превышает половины длины радиальноизгибной волны, а внутренняя полость ограничена по торцам элементами крепления, выполненными из эластичного пористого материала, проницаемого для контролируемой среды.

На фиг .1 изображен преобразователь давлениях на фиг.2 — схема его подключения к системе возбуждения преобразователя.

Тонкостенный цилиндрический резонатор 1, выполненный из элинварного сплава кли диэлектрического материала с соответствующей металлизацией поверхностей, и корпусные детали 2 и 3 системы возбуждения колебаний резонатора 1 своими цилиндрическими поверхностями образуют внутреннюю полость, которая по торцам ограничена эластичными виброопорами 4 и 5. Виброопоры 4 и 5 являются элементами крепления резонатора 1 по

883683 его торцам! во внутренней полости преобразователя коаксиально цилиндрическим поверхностям корпусных деталей 2 и 3. Виброопоры 4 и 5 выполнейы ь из пористого материала, проницаемого для измеряемой среды, например из пористой резины. Электроды б и 7, размещенные на корпусных деталях 2 и 3, являются элементами системы возбуждения, в частности электростатической, и съема колебаний резонатора. Для подключения к электрической схеме преобразователя служат проводники 8, 9 и 10. При этом проводники 8 и 9 закреплены в корпусных деталях 2 и 3 с помощью изолирующих вставок 11 и 12., а про- 15 водник 10 выполнен виброустойчивым и продернут через виброопору 5.

Смонтированный преобразователь может быть установлен в дополнительный корпус (не Iпоказан) с электрическими Щ герморазъемами, для подключения к системе возбуждения, и штуцером, для подсоединения к объему, давление в котором необходимо контролировать.

Параметры виброопор 4 и 5, как и их размер,.материал и т.п., выбираются из условия обеспечения их упругости меньшей (на порядок или более), по сравнению с упругостью цилиндрического резонанатора 1.

Схема возбуждения преобразователя (фиг.2) является схемой измерительного автогенератора. Электрод б является приемным электродом преобразователя и с помощью проводника 9 через разделительный конденсатор 13 подключен к дифференцирующему усилителю 14 с высоким входным сопротивлением. Усилитель содержит также схему автоматической регулировки усиления.

Выход усилителя 14 подключен через 40 конденсатор 15 обратной связи и проводник 8 к электроду 7, играющему роль возбуждения электрода. Блок 16 питания обеспечивает подачу напряжения поляризации на приемный и воз- 4 буждающий электроды 6 и 7, соответственно, через высокоомные резисторы 17 и 18, а также выдает необходимое напряжение питания для усилителя 14.

Резонатор 1 выполняющий роль подвижного электрода электростатической системы возбуждения колебаний и их приема, с помощью проводника 10 под-. ключен к общему электрическому корпусу рреобразователя. Выходной час:тотный сигнал снимается с выхода усилителя 14.

Работа преобразователя происходит: следующим образом.

При подаче напряжения питания от блока 16 питания, происходит самовоз- Щ .буждение преобразователя на частоте собственных резонансных колебаний резонатора 1. При этом сигнал переменного тока с приемного электрода б через проводник 9 и конденсатор 13 поступает на усилитель 14, где усиливается в необходимое число раз с поворотом фазы на +90, что необходимо по условиям самовоэбуждения схемы включения резонатора 1. С выхода усилителя 14 электрический сигнал поступает через конденсатор 15 обратной связи и проводник 8 на возбуждающий электрод 7 преобразователя, возбуждая незатухающие автоколебания резонатора 1. Схема автоматической регулировки усиления в усилителе 14 обеспечивает генерирование колебаний в пределах линейного диапазона усиления этого усилителя, чем достигается исключение нелинейного огра- ничения выходного сигнала преобразователя.

Давление контролируемой среды, проникая через поры в виброопорах 4 и 5,приводит к изменению акустической упругости газового объема во внутренней полости датчика,что, в свою очередь, изменяет частоту колебаний резонатора 1, в соответствии с выражением

Ц) 4 уРЯ

27 где f — выходная частота преобразователя;

ыр — круговая частота собственных резонансных осесимметричных радиальных колебаний резонатора в вакууме

P — контролируемое давление газовой среды

S — площадь цилиндрической поверхности резонатора, ограниченная элементами крепления — виброопорами; средний размер внутренней полости в радиальном направленииу — показатель адиабатичности или изотермичности процессов сжатий-разряжений газа во внутренней полости преобразователяу

М >@4, — масса резонатора и присоеди ненная масса эластичных элементов крепления резонатора — виброопор.

Поскольку длина резонатора выбиралась не превышающей половины длины волны радиально-изгибной моды колебания резонатора 1, в описанной резонансной системе, вследствие изгибной упругости, отдельные элементы резонатора 1 йе смогут совершать колебания независимо друг от друга.

Поэтому при осесимметричном радиальном резонансе резонатор 1 колеблется во всех точках с одинаковой фазой и амплитудой, так как малое отклонение от этого режима колебаний приводит к возникновению вдоль цилиндрической образующей разонатора 1 изгибной волны, выравнивающей рас883683 пределение колебаний по образующей цилиндра резонатора и восстанавливающей исходный режим автоколебаний.

Это обстоятельство обеспечивает одномерность процессов сжатия-разряже ния газовой среды во внутренней полости преобразователя в радиальном направлении, что исключает потери на сдвиговую вязкость и приводит к повышению добротности колебательной системы в целом.

Наличие эластичных элементов крепления — виброопор 4 и 5, с малой собственной упругостью позволяет обеспечить акустическую разрядку резонатора l и других элементов конструкции преобразователя, что снижает возбуждение побочных резонансов в колебательной системе и,тем самым, повышается точность измерения давления.

Формула изобретения

1. Преобразователь давления с частотным выходом, содержащий корпус, f образованный элементами сис зы возбуждения, с внутренней полостью, со-; общающейся с контролируемой средой, и закрепленным в. ней по торцам на элементах крепления цилиндрическИм резонатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения . давления, длина резонатора не превышает половины длины радиально-изгиб" ной волны, а внутренняя полость or о раничена по торцам элементами крепления, выполненными из эластичного

;пористого материала, проницаемого для контролируемой среды.

Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе

1. Горенштейн И.A. Гидростатические частотные датчики первичной ииФормации, М., Машиностроение, 1976, с. 12-17.

Щ 2. Авторское свидетельство СССР

Ф 717581 кл. G 01 Ь ll/00 от

06.01.78 (прототип).

883683 фиг.2

Заказ 10210/63

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Составитель Н.Кизилов

Редактор П.Ортутай Техред A.Ñàâêà Корректор A.Äçÿòêo