Датчик разности давлений

 

Использование: в приборостроении и может быть использовано для измерения перепада давления или расхода жидкости и газа Сущность изобретения: в корпусе датчика размещена жесткая перегородка, на двух сторонах которой расположены мембраны , выполненные из эластичного материала Под действием перепада давления консоль, выполненная в жесткой перегородке,отклоняется, а на преобразователе перемещения в электрический сигнал, размещенном в пазе жесткой перегородки у свободного, конца консоли, появляется сигнал рассогласования, величина которого является мерой величины давления. Преобразователь перемещения в электрический сигнал выполнен в виде вихретокового датчика . 3 ил.

союз соВетских социАлистических

РЕСПУБЛИК

ЯХ 1781574 А1 (я)я G 01 1 13/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к: приборост- Несмотря на то, что известные тензопроению и может быть испол:ьзовано при . реобразователи по точности и удовлетворяразработке высокочувствительных преоб- ют поставленным требованиям; им присущи разователей разности давлений, расходо- . следующие недостатки: смещение нуля вымеров жидкосги и таза и т.п..приборов. ходного сигнала, а иногда и изменение хаПридиагностированиисовременных га- рактеристики во времени; влияние зотурбинныхдвигателей(ГТД)требуется из- температуры на показания преобразоватемерять весьма малые перепады давления ля, хотя он и содержит элементы для темпе10-50"0 Па в диапазоне частот 0-1000 Гц в ратурной компенсации. условиях действия высокого статического. : Кроме того, они имеют большие габаридавления 10:МПа и более, .: ты и вес, низкую надежность. и высокую .стоимость. Поставка отечественной проИзвестны преобразователи разности мышленностью тензопреобразователей давлений,: содержащие приемные мембра- лимитируется:из-за дефицита полупроводны и тензомодуль рычажно-мембранного .никовых тензомодулей, тйпа, Разность давлений вызывает прогиб : Наиболее близким по технической сущ- мембран, который посредством рычага де- ности и достигаемому результату является формирует чувствительные элементы тензо- датчик разности давлений параметрическомодуля. Электрический сигнал с ro типа, содержащий корпус с двумя подвотензомодуля подается на электронный нор- . дящими штуцерами, между которымЙ мирующий усилитель, установлены преобразователь перемеще- "

1 (21) 4834779/10 (22) 05.06.90 (46) 1 5.12.92, Бюл, N. 46 (71) Всесоюзный. научно-.исследовательский технологический институт энергетического машин остроения (72) А.В.Сударев, И.К.Шитов, 5,0.Ирашин, Ю.fl,Тихомиров и В.Н.Уваров (56) Приборы и средства автоматизации. Каталог. Часть 1 . 1,2, M.: Информприбор, 1988; с. 50-57, Контрольно-измерительная техника, Экспресс-информация, 1989, и 43, с. 12-19, (54) ДАТЧИК РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ (57) Использование: в приборостроении и может быть использовано для измерения перепада давления или ра.сх од а жидк.ости и газа. Сущность изобретения: в корпусе датчика размещена жесткая перегородка, на двух сторонах которой расположены мембраны, выполненные из эластичного материала. Под действием перепада давления консоль, выполненная в жесткой nерегородке;отклоняется, а на преобразователе перемещения в эл,ектрич еский:сигнал, размещенном в пазе жесткой перегородки у свободного конца консоли, появляется сигнал рассогласования, велйчина которого является мерой величины давления. Преобразователь .перемещения в электрический сигнал выполнен в виде вихретокового датчика. 3 ил.

1781574

3 ния в электрический сигнал и жесткая пере- . ля за счет использования консольного эфгородка, по обеимсторонам которой разме-: фекта, а с другой — расширить его рабочий щены две мембраны, а также схема диапазон благодаря. высокой механической обработки сигналов; . .. :.: - - прочйости датчика, Датчик представляет собой преобразо- 5 В полном объеме признаков приведенватель.емкостного типа, на жесткой перего.- ная сОвокупность не обнар родке которого сформирован. центральный . . технической и flGTGHTH()A литературе. электрод, а мембраны выполня от функцию: Отдельные признаки изобретения известны подвижных электродов. Благодаря жесткой в других совокуйностях, где они проявляют

Связи; соединяющей центры мембран,и их 10 различные свОйства. профилироаанию достигнуты,вйсоки ралогическиехарактеристики преобразова- щением свободйого конца, который нагрутеля, ..; жают сосредоточенной силой F.. В

Однако, к недостаткам датчика следует предлагаемом устройстве консоль выполнеотнести узкий диапазон рабочих давлений, t5 на за одно целое с жесткой перегородкой и верхний предел которых составляет не бо- -нагружается равномерно распределенным лее 0,15 УПа. Расширение рабочего диапа- по ее площади давлением. Поскольку прозона датчика требует увеличения толщины гиб консоли пропорционален силе F = РЯ. мембран;что связано с.потерей его чувстви- где Р— измеряемое давление, S — площадь тельности. КромЕ того, известный датчик 20 консоли, то чувствительность преобразоимеетдополнительныепогрешностизасчет DGTellA можно существейно увеличить за нелинейности {0,3Д). гистерезиса (0.5g и счет исйользования площади S консоли.

И,х . -, . Отклонение свободного:конца консоли из- 0С 1 . .. . меряется с помсщью вихфетокового преоб„.Л„„и Об„25 раэователя перемещенияв. Такое решение позволило выполнить Вихретоковый преобелью изобретения является повышев с, ки, .: „.„,ч „- .. р зователь плоским и установить его у конние ч вствительности датчика к пер паду р ца консоли в пазу жесткой перегородки, высоких статических давлений. авл,и-... „,, - В настоЯЩем УстРОйстве помимо извеель остигается тем, что в датчике раз° л„. „- - „, р - 30 стных свойств, пРисУЩих РассматРиваемым ности авлений, содержащем преобразоваи о . признакам, имеет место -оздание совокуптель пе еме ения в электрический сигнал, нОсти таких условий., которые приВОдят к к ю пе его о к и мемб аны, в нем возникновению у этих признаков новых зователь пе емещения выполнен в виде вихретокового датчика, а в жесткой

СвойСТВ.

35 Так,- система, состоЯщаЯ из кОнсОли и к ыполнен П-об азный сквозтчик ialIloe ен а паз жест- вихРетокового пРеобРазователЯ пеРемеЩеной паз с об азованием консоли, при этом ния в отличие от прототипа свободна от таких недостатков KBK Влияние гистерезиса, го о ки в зоне свободного торца консоли, а мембраны Выполнены из эла- . " . т . > нелинейности и температуры, Консоль име- ве хностях > ес О р д 40 ет пеРемеЩение от Долей микРона До ОДНОстичного мате иала и расположены íà пове хностях жесткой перегородки, выполненной из металла; поичем длина высококачественных температуростойких материалов. Перемещение конца консоли ана из соотношения измеряется вихретоковым преобразовате1/ 3,2

45 лем, имеющим рабочий диапазон, nðåBûøàющий диаг1азон перемещения консоли. где Š— модуль упругости материала жесткой В аявляемом. преобраз пе рего родки; ринимающие давление мембраны выпол Ь вЂ” > соли; .. нены из эластичного материала. Основные Ь вЂ” ширина консоли; .. ° . вны

Ь вЂ” толщина консоли; 50 назначения мембран - изоляция приемных

ГЛ1 МВССа КОНСОЛИ; ...° Я Т Я соли; . камер друг от друга. Поскольку измеряется

r> — время перепада давленйя. разность давлений одного порядка, то требования к механической: прочности мембВ известном датчике; в отличие oi про- . Ран, нез ачительны О р из е тно — ан незн а !ител ьн ы. Они воспРин имаютотипа, в жесткой перегородке о разована бразована 55 лишь пеРепад давлений, а пРотиводействУупругая консоль и паз, в котором установ- н то ором установ- ющая сила, в Отличие от известных устлен вихретоковый преобразователь nepe Qð зователь пере- ройств, создается самОй кОнсол ью. Для с о ной сторойы . исключениЯ возможности отхоДа мембРан мещения, Это- l!ОзвОлило с одной стО оны преобразовате- от консоли при измерении давлений ниже повысить чувствитель -- ь преО азовате1781574

10

AA =----- — „-, Е 1 ли

25

30 з Eb h

1 < 0,3

40

55 атмосферного полость между ними может быть вакуумирована.

По сравнению с металлическими мембранами, воспринимающая поверхность которых лимитирована нелинейностью преобразователя, рабочая поверхность консоли может быть выбрана достаточно большой. Можно показать. что отклонение Лд конца консоли поq действием измеряемого перепада Л P давления имеет вид: где (— длина консоли;

t — толщина консоли;

Š— модуль упругости материала консоКак видно из выражения (1), перемещение Лд свободного конца консоли зависит от длины консоли в четвертой. степени.

Варьируя в небольших пределах длину консоли, можно в широких пределах регулировать перемещение ее свободного конца и получить соответственно высокую разрешающую способность преобразователя. Имея набор одинаковых пластин, с выполненными в них консолями разной длины, можно легко компоновать преобразователи на любой ряд измеряемого давления.

Следует отметить, что выбор длины консоли не беспределен. Максимально допустимая длина консоли лимитируется временем перепада давления. При койструировании преобразователя необходимо выбирать длину консоли. исходя из выражения: где Š— модуль упругости материала жесткой перегородки;

b,h — ширина и толщина консоли; п — масса консоли; г — время перепада давления, На фиг, 1 изображена жесткая перегородка с консолью, преобразователем перемещения и нормирующим усилителем; на фиг. 2 — поперечный разрез датчика, вид сбоку, на фиг. 3 — осциллограмма, иллюстрирующая работу преобразователя, Датчик разности давлений содержит жесткую перегородку 1. в которой электроэрозионным или лазерным методом вырезана. консоль 2. Зазор между консолью и перегородкой не более 400 микрон. В перегородке выполнен паз 3. в котором установлен вихретоковь!й преобразг>ватель 4 пере мещения. Зазор между торцами npenhpa lnвателя перемец,ения и консоли составляет

400 микрон. Выход датчика соединен с блоком 5 фильтрации и нормирующим усилителем 6. На поверхность перегородки с двух сторон нанесены эластичные мембраны 7 и

8, выполненные из тонкой резины. Перегородки 1, преобразователь 4 перемеьцения и мембраны 7.8 установлены между двух приемных камер 9 и 10 давления. Приемные камеры снабжены выступами 11 и 12 для ограничения хода консоли. Датчик в сборе крепится винтами, проходящими через

15 сквозные отверстия 13 и 14.

Датчик работает следующим образом.

При равенстве давлений Р и Рр консоль находится в нейтральном положении и на выходе нормирующего усилителя сигнал равен нулю. При перепаде давления, когда

PgxPl, консоль отклоняется от положения равновесия пропорционально измеряемому давлению P. Отклонение консоли измеряется с помощью вихретокового преобразователя, сигнал с которого после фильтрации поступает на вход нормирующего усилителя 6, Благодаря конструктивной развязке торцов консоли и вихретокового преобразователя, датчик малочувствителен к изменению температуры.

Влияние последействия и гистерезиса в нем сведено к минимуму за счет выполнения перегородки из прецизионного сплава

70НХБМЮ, у которого физико-механиче35 ские свойства стабильны до температуры

500 С. Разрешающая способность датчика составляет 10 Па (cM. фиг. 3).

Использование предлагаемого технического решения в народном хозяйстве страны позволит повысить точность и надежность средств диагностирования газотурбинных двигателей, энергетических установок, газонефтепроводов и т.п. оборудования, Формула изобретения

Датчик разности давлений, содержащий корпус с двумя подводящими штуцерами, между которыми установлены преобразователь перемещения в электрический сигнал и жесткая перегородка, по обеим сторонам которой размещены две мембраны, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, в нем преобразователь перемещения в электрический сигнал выполнен в виде вихретокового датчика, а в жесткой перегородке выполнен П-образный сквозной паз с образованием консоли, при атом вихретоковый датчик размещен в пазе жесткой перегород17ß 1574 «8 зоне свободного торца консоли, а мембраны выполнены из эласти «ого материала и расположены нэ поверхностях жесткой перегородки. выполненной из металла, причем длина 1 ккооннссоли еыбрана из соотношения: /

З 2

I— гпк где Š— модуль упругости материала жесткг и перегородки;

О ШИРИНа КОНСОЛИ.

h — толщина консоли, 5 пц — масса консоли: тп — время перепада давления.

1781574

Составитель Б.Ирашин

Редактор В.Трубченко Техред M.Мортентал Корректор И.Шмакова

Заказ 4269 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГККТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Рауйскзя наб., 4/5

Производственно-издательский комбййат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101