Датчик давления и температуры
Владельцы патента RU 2247343:
Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова (RU)
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для одновременного дистанционного измерения давления и температуры. Датчик содержит корпус, в котором установлен тройник с диэлектрической вставкой в проточном канале. На внутренней поверхности вставки установлен чувствительный элемент в виде ферритовой трубки, а на внешней поверхности выполнена первая катушка индуктивности. На торце бокового отвода тройника незаглушенной стороной закреплен чувствительный элемент в виде сильфона. К заглушенному концу сильфона прикреплен поводок, перемещающий возвратно-поступательно регулирующий элемент в виде сердечника. При этом сердечник установлен соосно во вторую катушку индуктивности. Концы обеих катушек подключены к выходным встречно-штыревым преобразователям отражательной линии задержки, расположенным на разных расстояниях от входного встречно-штыревого преобразователя с передающей антенной. Изобретение позволяет проводить одновременное, дистанционное, беспроводное измерение давления и температуры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано для одновременного дистанционного измерения давления и температуры.
Известен опрашиваемый по радио пассивный датчик [1], представляющий собой устройство на поверхностно-акустических волнах с чувствительным элементом, выполненным на подложке из пьезоматериала, и подключенной к нему антенной.
Недостатками данного датчика являются невозможность его использования в агрессивных по отношению к пьезоматериалу средах и ограниченность диапазона измерений, вызванная прочностными и другими характеристиками пьезоматериала, кроме того, для измерения одного физпараметра датчик содержит две структуры на поверхностно-акустических волнах, одна из которых является чувствительным, а другая опорным элементом.
Наиболее близким к заявляемому устройству является полупроводниковый датчик давления и температуры [2]. Данный датчик для измерения давления содержит мембрану и корпус с приклеенными к мембране измерительным и к корпусу опорным тензочувствительными элементами на основе кремния. В качестве чувствительного элемента для измерения температуры использован терморезистор.
Основным недостатком этого датчика является то, что для его функционирования необходим отдельный источник питания, а для подключения датчика к блоку измерения необходим проводной канал связи.
Техническим результатом изобретения является одновременное преобразование давления и температуры в информационный сигнал и его дистанционная передача.
Технический результат достигается тем, что в датчике давления и температуры, содержащем корпус и чувствительные элементы, установлен тройник, в проточном канале которого установлена диэлектрическая вставка, на ее внутренней поверхности установлен чувствительный элемент в виде ферритовой трубки, а на внешней поверхности выполнена первая катушка индуктивности, на торце бокового отвода тройника незаглушенной стороной закреплен чувствительный элемент в виде сильфона, к заглушенному концу которого прикреплен поводок, перемещающий возвратно-поступательно регулирующий элемент в виде сердечника, установленный соосно во вторую катушку индуктивности, концы обеих катушек индуктивности подключены к выходным встречно-штыревым преобразователям отражательной линии задержки, расположенным на разных расстояниях от входного встречно-штыревого преобразователя, к которому подключена приемопередающая антенна. Регулирующий элемент выполнен из ферромагнетика. Регулирующий элемент выполнен из диамагнетика.
Возможность осуществления заявляемого устройства подтверждается результатами исследований зависимостей магнитных свойств феррита от температуры и значений индуктивности, от положения сердечника, выполненного из ферромагнетика или диамагнетика в катушке.
На фиг. 1 приведена конструкция датчика давления и температуры, на фиг.2 - температурная зависимость магнитной проницаемости ферритовых материалов.
Датчик давления и температуры содержит корпус 1, включающий тройник 2, в проточном канале которого установлена диэлектрическая вставка 3, на ее внутренней поверхности установлен чувствительный элемент в виде ферритовой трубки 4, а на внешней поверхности выполнена первая катушка индуктивности 5, на торце бокового отвода тройника незаглушенной стороной закреплен чувствительный элемент в виде сильфона 6, к заглушенному концу которого прикреплен поводок 7, перемещающий возвратно-поступательно регулирующий элемент в виде сердечника 8, установленный соосно во вторую катушку индуктивности 9, концы обеих катушек подключены к выходным встречно-штыревым преобразователям 10 отражательной линии задержки 11, расположенным на разных расстояниях от входного встречно-штыревого преобразователя 12, к которому подключена приемопередающая антенна 13.
Датчик давления и температуры работает следующим образом. Измеряемая среда, проходящая через тройник, воздействует на ферритовую трубку, установленную в диэлектрической вставке, и одновременно на сильфон. Воздействие температуры приводит к изменению магнитной проницаемости феррита [3] (фиг. 2), вследствие чего происходит пропорциональное изменение индуктивности первой катушки индуктивности. Воздействие давления приводит к растяжению сильфона и перемещению сердечника, выполненного из ферромагнетика или диамагнетика, например латуни, внутри второй катушки индуктивности, а следовательно, к изменению индуктивности второй катушки. Входной встречно-штыревой преобразователь преобразует принятый антенной радиосигнал в поверхностно-акустическую волну, которая, распространяясь вдоль отражательной линии задержки, отражается от выходных встречно-штыревых преобразователей и, достигнув входного встречно-штыревого преобразователя, преобразуется в радиосигнал, излучаемый антенной. Изменение индуктивностей катушек, подключенных к выходным встречно-штыревым преобразователям, приводит к изменению амплитуды отраженного сигнала и, как следствие, к изменению амплитуды излучаемого радиосигнала. В связи с тем, что выходные встречно-штыревые преобразователи расположены на разных расстояниях от входного встречно-штыревого преобразователя, антенна излучает два радиосигнала с амплитудами, изменяющимися пропорционально изменению соответствующих измеряемых параметров.
Измерение давления и температуры выполняют путем замера амплитуды соответствующего радиосигнала.
Использование предлагаемого изобретения позволяет проводить одновременное дистанционное беспроводное измерение давления и температуры.
Литература
1. Л.Райндль, Ф.Мюллер, К.Руппель, В.Бульст, Ф.Зайферт. Опрашиваемый по радио пассивный датчик на поверхностных акустических волнах. №94038221/09 A, 01.07.94.
2. В.М.Ахутин, Л.А.Осипович. Миниатюрный полупроводниковый датчик давления и температуры. Приборы и системы управления. 1967, №7 (прототип).
3. Преображенский А.А. Теория магнетизма, магнитные материалы и элементы. - М.: Высшая школа, 1972, 288 с.
1. Датчик давления и температуры, содержащий корпус и чувствительные элементы, отличающийся тем, что в корпусе установлен тройник, в проточном канале которого установлена диэлектрическая вставка, на ее внутренней поверхности установлен чувствительный элемент в виде ферритовой трубки, а на внешней поверхности выполнена первая катушка индуктивности, на торце бокового отвода тройника незаглушенной стороной закреплен чувствительный элемент в виде сильфона, к заглушенному концу которого прикреплен поводок, перемещающий возвратно-поступательно регулирующий элемент в виде сердечника, установленный соосно во вторую катушку индуктивности, концы обеих катушек индуктивности подключены к выходным встречно-штыревым преобразователям отражательной линии задержки, расположенным на разных расстояниях от входного встречно-штыревого преобразователя, к которому подключена приемо-передающая антенна.
2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что регулирующий элемент выполнен из ферромагнетика.
3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что регулирующий элемент выполнен из диамагнетика.
