Датчик давления с частотным выходом

 

Ь П И С А Н И Е (ц1934260

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсннк

Соцналнстнчесннн

Республик (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 20,10.80(21) 2993730/18-10 (5I }М. Кл. с присоединением заявки М

С 01 1 11/00

3Ьеуааретвеный камнтнт

СССР но делам нзабретеннй н отнрытнй (23) П риоритет

{S3} УДК 531. 787 (088.8) Опубликовано 07.06. 82 Бюллетень Рй 21

Дата опубликования описания 07.06.82 (72) Автор изобретения

П.Т.Харитонов (7I) Заявитель (54) .ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ С ЧАСТОТНЫИ ВЫХОДОМ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частнос" ти к датчикам давления с частотным выходным сигналом.

Известен датчик давления с частотным выходом, содержащий резонатор в виде цилиндра, электромагниты возбуждения и съема колебаний, корпус, магниты регулировки начальной частоты колебаний и другие элементы. тю

Измеряемое давление подается в герметичную полость, образованную резонатором и корпусом, в зависимости от величины давления измеряется жесткость резонатора, что приводит к изменению частоты механического резонанса резонатора !13, Наиболее близким к изобретению по технической сущности является тороидальный реэонаторный датчик давления воздушных ударных волн, выполненный в виде сверхвысокочастотного {СВЧ) резонатора с внешним возбуждением и манометрическим элемен2 том в виде центрального стержня резонатора.

Под действием измеряемого давле" ния изменяется емкостный зазор между торцом манометрического элемента и торцом второго, неподвижного стержня резонатора, что обеспечивает из- менение резонансной длины волны резонатора (2g.

Недостатком известного устройства является нелинейная зависимость резонансной частоты от величины измеряемого давления из-эа использования в качестве информативного ïàраметра емкости между торцами стерж" ней где S " "площадь торца стержня резонатора; д - зазор между торцами;

С " емкость между торцами.

3 93426

При стремлении повысить чувствительность и диапазон измеряемых давлений резко возрастает нелинейность зависимости выходного сигнала от величины давления на входе.

Цель изобретения - повышение точности преобразования в широком ди. апазоне измеряемых давлений.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве манометрический, 1В элемент выполнен в виде сильфона, а подвижный электрод сосредоточенной емкости резонатора выполнен в

Ю виде цилиндрического колпачка и за" креплен на торце сильфона.

На чертеже показано предлагаемое ,устройство, общий вид.

Устройство содержит корпус 1 с центральным стержнем 2, сильфонный манометрический элемент 3 с цилиндрическим колпачком 4, элемент 5 подстройки частоты, элементы 6 связи, элемент 7 возбуждения колебаний, no"" алость резонатора 8.

Элементы 1-6 образуют сверхвысокочастотный резонатор с коаксиальноторцевым емкостным зазором, изменяющимся под действием измеряемого давления.

Изменение Х коаксиального емкост30 ного зазора Д" определяется выражени" ем

5 или (8) Емкость резонатора имеет две со>5 ставляющие

c„=с +с (9) где Ст =

45 ops= (4) 5S

С =

2 386oocr

2П д, (5) где Р„, Р - соответственно изме" ряемое и опорное давления;

К - коэфФициент жесткости манометрического элемента по осевой линии.

Соответствующим выбором К обес"

1 печивается необходимая чувствительность преобразования перемещения Х в изменение резонансной частоты

Подставляя (2) в (3), получаем

К еь х

В свою очередь от величины перекрытия Ф зависит емкость коаксиального зазора

Запишем d в виде б = д"О+ х, (6) где Ф - величина перекрытия при начальном значении измеряемого давления P = P

Изм О °

<о +у- ° эР

Подставляя (7) в (5), получаем — емкость между (10) торцами стержМ неи

Л Д

S> = -- — - площадь торца (11)

Очевидно что, с 36%0é - л и (12) т 4 4Р

4 (о

Резонансная частота коаксиального резонатора может быть определена по выражению.1 РРЪ (13)

23 Lêñê

МроЬ D где L < — -у — 1n - индуктив- (14) ность ко аксиального резонатора.

После подстановки выражений (8), (12) и (14) в выражение (13) и преобразований получаем для вакуумного или воздушного заполнения полости резонатора где Со - скорость распространения электромагнитных волн в вакууме;

К вЂ” коэффициент замедления.

Очевидно, что при соответствующем выборе соотношения размеров в резонаторе обеспечивается близкая к линей4260

$5

Формула изобретения

° Ï) 5 ной зависимости fp от P так изм как изм = Ро «+ где Ро - опорное давление в полости резонатора.

Использование сильфона е качестве стержня коаксиального резонатора позволяет также снизить размеры датчика при работе на .относительно невысоких частотах СВЧ диапазона.

Это объясняется тем, что поверхность сильфона служит одновременно замедляющей системой СВЧ резонатора, которая обеспечивает снижение резонансных частот колебательных СВЧ систем вследствие снижения скорости распространения волн в резонаторе, Добротность резонаторов с замед" ляющей системой достигает значения

10 и выше, что создает предпосылки

Ь возбуждения с помощью соответствующего активного прибора СВЧ колебаний с весьма малым выбегом частоты (10-Ь - 1rl), Практически нелинейность преобразования давления е СВЧ частоту близка к нулю при обеспечении соотношения размеров е соответствии с выражением 0

О

Элемент возбуждения СВЧ колебаний совмещен с конструкцией резонатора таким образом, чтобы обеспечить автоколебания СВЧ в системе СВЧ резонатор - элемент возбуждения СВЧ коле" баний.

Таким образом, предлагаемое уст" ройстео позволяет обеспечить линейное преобразование давления в СВЧ частогу с достаточно высокой чувствиd тельностью. Наличие замедляющей системы в виде сильфона обеспечивает воэможность уменьшения габаритов уст" ройства при работе в низкочастотном участке СВЧ-диапазона.

Устройство может быть использовано для измерения давлени" с высокой точностью е широком диапазоне в радиотелеметрии для непосредственной

1о передачи информации о давлении в

СВЧ диапазоне, е качестве первичного преобразователя цифровых измерителей давления и т.д.

Датчик давления с частотным выходом, выполненный в виде коаксиальноро,го резонатора с сосредоточенной емкостью и содержащий корпус, манометрический чувствительный элемент с подвижным электродом, элементы настройки, возбуждения и съема колебад ний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования е широком диапазоне изме" ряемых давлений, в нем манометрический элемент выполнен в виде силь-. фона, а подвижный электрод сосредоточенной емкости резонатора выпол" нен в виде цилиндрического колпачка и закреплен на торце сильфона.

35 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

И 304466, кл. G 01 1 11/00, 1960 °

2. Варданян В.P. Тороидальный рею зонаторный датчик давления воздушных ударных волн. - "Приборы и системы управления", 1973, Ю 11, с. 41-42 (прототип).

934260

Составитель И.Сумцов

Техред M. Надь

Редактор Г.Ус

Корректор М. Коста

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3913/34 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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