Датчик давления

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРКТК1 ИЯ- К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5036965/10 (22) 1304.92 (46) 15.11.93 Бюл. Ии 41-42 (71) Совместное предприятие Россия-Великобритания "Башкорт" (72) Бакусов Л.М„Савельев ЛВ„Парфенов И.И.; Камилов ФХ; Рахматуллин И.Г„ Осман M. (73) Совместное предприятие Россия-Великобритания "Башкорт" (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано при измерении давления сыпучих веществ, газов, жидкосте,< твердых тел при измерении упругих деформации; а также быть использовано в медицийе.

Цель изобретения — расширение функциональных (19) КЦ (и) 200306 т о (5Ц5 601L7 02 возможностей за счет совмещения в датчике функций измерительного устройства и устройства отображения информации о величине измеряемого давления, повышение чувствительности и упрощеwe конструкции. Сущность изобретения: датчик содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 прозрачные пластины, между которыми находится жидкий краситель

5. Пластины соединены по периметру эластичной манжетой, а в пространстве между ними расположен пружинный злеметп 3. На верхней поверхности пластины 1 нанесена шкала В, проградуированная в единицах давления. Вместо упругого элемента 3 датчик может быть снабжен кольцевыми постоянными магнитами 9. Закрепленными на пластинах 1 и 2 по их периферии так что одноименные полюса направлены навстречу друг другу. 4 зл.ф-пы, 10 ил.

2003064

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет с высокой степенью простоты измерять давление в разнообразных средах, например, давле««ия сыпучих веществ, газов, я<идкостей, твердых тел, а также может быть использовано в медицине, например, для индикации давления повязк«и на кожу пациента, в том число для индикации распределенных полей давления, например, противоожогового кост«ома, лиоо высотного кост!Ома пилота.

Известен волоконно-оптический датчик давле«««ля, содержащий корпус, мембрану, состоящую иэ центральной и периферических частей, отражатель, установленный в це««тре мембраны, пучка световодов, обьединенные концы которых сформированы в аиде череду«ощихся подводя«цих и отводящих поток света концентрических пучков саетоводов, расположенных коаксиально напротив отражателя на определенном расстоянии, а разделенные концы пучков светоаодов подведены соответственно к источнику света и фотоприемнику. Кроме того, укладка торцев, отводящих поток света . аолоконнь«х световодов в концентрических кольцевых пучках, выполнена.с переменной плотностью по закону обратной нелинейности световой характеристики фотоприемника.

Недостатком избестного устройства явЛЯЮТСЯ Qb«COKGR СЛОЖНОСТЬ И СТОИМОСТЬ, большие габэрить«и низкие эксплуатационные и функциональные возможности, посколь«<у сам датчик не способен отображать информацию о величине давления, в связи с этим необходимо использование сложной, дорогой и громоздкой оптико-электронной аппаратуры с источниками электропитания.

Известен чувствительный элемент датчика давления, содержащий расположенные параллельно верхнюю и нижнюю пластины, между которыми расположено .рабочее тело. Кроме того, рабочее тело представляет собой сетку из стальной проволоки; предварительно цементируемой и закаленной, а пластины выполнены из металла, твердость которого больше твердости материала сетки.

Недостатками известного устройства являются низкие функциональные возможности, низкая чувствительность, а также низкие эксплуатационные возможности в связи с однократностью применения, поскольку применяемая в качестве рабочего тела стальная сетка по причине совмещения в датчике функции отображения величины давления выполнена деформируемой необратимо.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей за счет совмещения в нем функции измерительного устройства и устройства отображения информации о величине давления, о распределенном поле давлений, а также повышение чувствительности при одновременном упрощении конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в известном чувствительном элементе датчика давления рабочим телом является жидкий краситель, верхняя пластина выполнена из прозрачного материала, а нижняя пла15 стина выполнена с отражающей внутренней поверхностью, белой или зеркальной, причем, торцовые части обеих пластин соединены эластичной герметичной манжетой.

Кроме того, в нем в верхней и нижней пла20 стинах с внутренней стороны в центре выполнены углубления полусферической формы, краситель расположен в центре между пластинами в виде капли, частично в углублениях, причем внешние поверхности пластин выполнены выпуклой формы, а на верхней пластине нанесена шкала, проградуированная в единицах давления. Кроме того, в нем краситель выполнен из несмачивающей материал пластин жидкости. Кроме

® того, в него введены кольцевые магниты, закрепленные на ках<дой пластине с внутренней стороны по их периферии, причем магниты сориентированы одноименными полюсами навстречу друг другу.

На фиг.I изображена схема датчика давления, работающего в индикаторном режиме в исходном состоянии, на фиг.2 — схема датчика давления, работающего в индикаторном и измерительном режимах в

40 исходном состоянии; на фиг,З вЂ” схема датчика давления без пру>ки««нь«х элементов для измерения малых давлений в узком диапазоне изменения; на фиг.4 — схема индикаторного датчика при восприятии

45 давления; на фиг.5 — схема измерительного датчика при действии на него давления; на фиг.б — датчик давления при виде в плане в случае углублений 7 несферической формы; на фиг.7 — схема датчика давления с посто50 яниыми магнитами и внешней эластичной оболочкой; на фиг.8 — схема датчика давления с постоянными магнитами и внутренней эластичной оболочкой; на фиг.9 — схема применения датчика давления по фиг,З; на

:>5 фиг.10- схема датчика давления для измерения и индикации распределенного пбля давлений.

Датчик давления (фиг.1) состоит из верхней прозрачной пластины 1 и нижней пластины 2, воспринимающей давление, между

2003064 пластинами по краю расположен пружинный элемент 3, пластины 1 и 2 соединены по периметру герметичной эластичной манжетой 4, жидкий краситель 5 находится в пространстве 6 между пластинами 1 и 2 и является рабочим телом. При измерении малых абсолютных значений давлений в небольшом диапазоне изменения пружинный элемент 3 может отсутствовать (фиг.3).

Датчик давления с измерительной функцией (фиг,2) содержит пластины 1 и 2 полусферической формы,. в центре которых с внутренней стороны выполнены углубления

7, на внешней поверхности пластины 1 нанесена шкала 8, проградуированная, например, в единицах давления. Углубления 7 в пластине могут быть выполнены любой формы (фиг.6), с целью линеаризации характеристик датчика, либо наоборот, введения функциональной зависимости между входной и выходной величинами. Датчик давления с постоянными магнитами в качестве упругого элемента (фиг.7) содержит вместо пружинного элемента 3 (фиг.1,2) постоянные магниты 9, расположенные в уступе по периметру верхней 1 и нижней 2 пластин, причем так, что одноименные. полюса магнитов двух пластин обращены друг к другу по всему периметру. ,Цатчик давления (фиг.8) содержит эластичную герметическую манжету 4, соединяющую выступающие центральные части пластин со стороны их внутренней поверхности таким образом, что манжета 4 целиком расположена внутри датчика давления.

Датчик давления (фиг.1) работает следующим образом.

Верхняя пластина 1 датчика давления неподвижна и является прозрачной. Через нее осуществляется считывание информации о давлении. Нижняя пластина 2 является приемником измеряемого и индицируемого давления. В отсутствии давления пружинный элемент 3, работающий на сжатие, и эластичная манжета 4 находятся в свободном состоянии и рабочее тело 5 — краситель — находятся в пространстве между пластинами 6 в случае, когда датчик выполняет лишь индикаторную функцию (фиг.1), либо сосредоточен в центре пространства 6 между пластинами в центральных углублениях 7, в варианте датчика давления, когда он выполняет индикаторную и измерительную функции (фиг.2). При действии давления на нижнюю пластину 2, направленного вверх относительно неподвижной верхней пластины 1, происходит перемещение навстречу ей нижней пластины

2 так, что под действием давления происходит деформация эластичной манжеты 4 и

5 сосредоточен в виде капли в центре углублений 7 пластин 1 и 2, а ноль давления (либо

25 начальное значение} определяется по ис30

40

5

20 сжатие пружинного элемента 3 (при измерении низких давлений в варианте датчика пружинный элемент 3 может отсутствовать).

В результате этого расстояние между пластинами 1 и 2 уменьшается, вследствие чего краситель 5 выдавливается зэ пределы пластин 1 и 2 в эластичную манжету 4, а слой

era между пластинами 1 и 2 становится тоньше(фиг.4). При этом, со стороны прозрачной верхней пластины 1 в отраженном от нижней пластины свете наблюдается посветление красителя (за счет уменьшения толщины его слоя между пластинами), что свидетельствует о приложении давления, В этом случае датчик работает как индикаторный элемент, по состоянию которого можно судить о наличии давления, либо превышении его над пороговой величиной, определяемой по определенной насыщенности цвета слоя красителя, В случае, когда датчик выполняет также измерительную функцию (фиг,2), краситель ходному диаметру раздавленной капли красителя 5, наблюдаемой со стороны прозрачной верхней пластины 1. При приложении давления.к нижней пластине 2 по направлению вверх происходит сжатие пружинного элемента.:3 и деформация эластичной манжеты .4, а также уменьшение расстояния 6 между пластинами 1 и 2, за счет смещения вверх нижней пластины 2 относительно неподвижной верхней пластины 1, что приводит, в свою очередь, к раздавливанию капли красителя 5 и увеличению ее диаметра. Это наблюдается с внешней стороны прозрачной пластины 1, которая может быть выпуклой, что дает увеличение изображения капли и расширение угла ее обзора. Величина приложенного давления считывается по изменению диаметра капли относительно шкалы 8, нанесенной на внешнюю поверхность верхней пластины 1, которая может быть проградуирована в единицах давления. Для обеспечения равномерности шкалы давления, либо обеспечения заданной функциональной зависимости (например, логарифмической) диаметра капли от прикладываемого давления, углубления 7 в пластинах 1 и 2 могут иметь профильную в плане форму (фиг.6).

При прекращенйи действия давления на нижнюю пластину пружинный элемент 3 и эластичная манжета 4 распрямляются, и нижняя пластина 2 (фиг,1) занимает исходное положение относительно верхней пластины 1, зазор между ними приобретает первоначальную форму(ширину), краситель

2003064

5 под действием сил поверхностного натяжения возвращается в пространство 6 между пластинами 1 и 2, слой его увеличивает толщину до первоначальной, в результате чего темнеет до исходного состояния. В измерительном варианте датчика(фиг.2) капля

5 под действием сил поверхностного натя. жения уменьшает свой диаметр до первоначального. Вместо пружинного элемента 43 в датчике давления могут быть применейы кольцевые постоянные магниты 9, расположенные в уступах верхней и нижней пластин

2 по периметру и работающие на отталкивание зв счет того, что обращены друг к другу одноименными полюсами (фиг.7). В качес.гве постоянных магнитов 9 может служить слой магнитного лака. Датчик, снабженный постоянными магнитами 9. может служить также для индикации напряженности магнитного поля, поскольку внешнее МагнитФормула изобретения

1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий расположенные параллельно верхнюю и нижнюю пластины, между которыми расположено рабочее тело, отличающийся тем, что в нем в качестве рабочего тела использован жидкий краситель, верхняя пластина выполнена иэ прозрачного материала, а нижняя пластина выполнена а отражающей внутренней пЬверхностью, белой или зеркальной, причем торцевые части обеих пластин соединены эластичной герметичной манжетой.

2, Датчик давления по п,1, отличающийся тем, что в нем в верхней и нижней пластинах с внутренней стороны в центре выполнены углубления полусферической формы, краситель расположен в центре между пластинами в виде капли, частичйо ное поле, в которое помещается такой датчик, будет воздействовать на поле постоянных магнитов 9, В результате этого . происходит сжатие пластин и увеличение

5 диаметра капли рабочего тела 5. При этом шкала 8 может быть проградуирована в единицах напряженности магнитного поля или магнитной индукции, По сравнению с известными в данной

10 области решениями заявляемый датчикдавления обладает большими функциональными . возможностями, вследствие универсальности может иметь более широкую область применения, более прост в изготовлении и

15 эксплуатации, а следовательно, и более надежен. (56) Авторское свидетельство СССР

N 1504522, кл. 6 01 1 11/00, 1987.

Авторское свидетельство СССР

20 М 1401298, кл. 6 01 1 7/02, 1985. в углублениях, причем внешние поверхно-. сти пластин выполнены выпуклой формы, а

25,Hà верхней пластине нанесена шкала, проградуированная в единицах давления, 3. Датчик давления по пп,1 и 2, отличающийся тем, что в нем краситель выполнен иэ не смачивающей материал пластин

30 жидкости.

4. Датчик давления по пп,1 - 3, отличающийся тем, что в него введен пружинный элемент, расположенный между пластина. ми по их-периметру.

5. Датчик давления по пп.1 - 3, отличающийся тем, что в него введены кольцевые магниты, закрепленные на каждой пластина с внутренней стороны по их периферии, 40 причем магниты сориентированы одно именными полюсами навстречу друг другу.

2003064

2003064

7 Х

Фиг. 7

8 7

2003064

Заказ 3229

Тираж Подписное

Hfl0 "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, 4/б

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, t 0 t

Составитель A. Савельев

Редактор Н. Сильнягина Техред М.Моргентал Корректор IA. Козориз