Частотно-резонансный датчик давления

Авторы патента:

КЛОСИНСКИ Эндрю Дж. (US)

УИЛЛКОКС Чарльз Р. (US)

G01L9/00 - Измерение постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов с помощью электрических или магнитных элементов, чувствительных к механическому давлению; передача и индикация перемещений элементов, чувствительных к механическому воздействию, используемых для измерения давления с помощью электрических или магнитных средств (измерение разности двух или более величин давления G01L 13/00; одновременное измерение двух и более величин давления G01L 15/00; вакуумметры G01L 21/00)

Владельцы патента RU 2554322:

РОУЗМАУНТ ИНК. (US)

Изобретение относится к бесшкальным манометрам. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений. Датчик давления для считывания давления технологической текучей среды содержит корпус датчика, подвергаемый воздействию давления технологической текучей среды. Корпус датчика деформируется в ответ на давление. Диафрагма, подвешенная в корпусе датчика, имеет натяжение, которое изменяется в ответ на деформацию корпуса датчика. Резонансную частоту диафрагмы измеряют. Измеренная резонансная частота является показателем давления в магистрали технологической текучей среды и целостности системы разделительной заполняющей текучей среды. Кроме измерения резонансной частоты, в качестве средства диагностики для оценки состояния исправности датчика можно использовать саму моду колебаний. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к бесшкальным манометрам такого типа, которые применяются в системах управления технологическими процессами. В частности, настоящее изобретение относится к датчику давления для применения в бесшкальном манометре.

Бесшкальные манометры применяются в системах управления технологическими процессами для контроля давлений технологических текучих сред. Бесшкальный манометр содержит датчик давления, который связан с технологической текучей средой и обеспечивает выходной сигнал в ответ на давление, приложенное технологической текучей средой. Один общеизвестный тип бесшкального манометра представляет собой измерительный преобразователь модели 3051, выпускаемый компанией Rosemount Inc., Chanhassen, Minnesota. Бесшкальные манометры показаны также, например, в патенте США № 5,094,109.

Во многих установках, в которых измеряют дифференциальное давление, часто желательно также получать результаты измерения давления в магистрали (т.е. давление технологической текучей среды в трубе или канале). Например, давление в магистрали можно использовать для определения массового расхода технологической текучей среды или для других задач управления. Однако, когда измерение давления в магистрали требуется в дополнение к измерению дифференциального давления, то, обычно, требуется дополнительный датчик давления. Упомянутый дополнительный датчик давления нуждается в дополнительных компонентах и связи с технологической текучей средой. Упомянутые дополнительные компоненты приводят к усложнению и удорожанию, а также повышают вероятность отказа.

Кроме того, многие технологии восприятия давления обеспечивают связь с технологической текучей средой через разделительную схему, которая использует разделительную диафрагму, открытую воздействию технологической текучей среды, и разделительную заполняющую текучую среду, которая связывает датчик давления с разделительной диафрагмой. Данная разделительная схема может быть потенциальным источником погрешностей, усложнения и возможного отказа технологических устройств.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Датчик давления для восприятия давления технологической текучей среды содержит корпус датчика, подвергаемый воздействию давления технологической текучей среды. Корпус датчика деформируется в ответ на давление. Диафрагма, подвешенная в корпусе датчика, имеет натяжение, которое изменяется в ответ на деформацию корпуса датчика. Резонансную частоту диафрагмы измеряют. Измеренная резонансная частота является показателем давления технологической текучей среды в магистрали и целостности системы разделительной заполняющей текучей среды. В дополнение к измерению резонансной частоты можно использовать сам по себе режим генерации в качестве диагностического средства для оценки состояния исправности датчика.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - вид в разрезе датчика давления в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 - вид в разрезе, представляющий датчик давления, показанный на фиг. 1, при приложении давления к обоим отверстиям для отбора давления датчика, показанного на фиг. 1.

Фиг. 3 - вид в разрезе датчика давления, содержащего источник акустического сигнала.

Фиг. 4 - вид в разрезе измерительного преобразователя технологического параметра, содержащего датчик давления в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 5A-5F - примеры резонансных мод центральной диафрагмы в соответствии с изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение относится к датчикам давления такого типа, которые применяются в бесшкальных манометрах систем управления технологическими процессами. В соответствии с настоящим изобретением предлагается датчик давления, который содержит деформируемый корпус датчика. В корпусе датчика установлена диафрагма. Когда корпус деформируется, резонансная частота диафрагмы изменяется. Резонансную частоту можно измерять, и приложенное давление можно определять.

На фиг. 1 представлен вид в разрезе датчика 10 дифференциального давления в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Датчик 10 давления выполнен в одной из примерных конфигураций датчиков дифференциального давления и содержит соединители 26 для передачи воздействия давления, которые продолжаются сквозь корпус 23 датчика. Корпус датчика сформирован из полусекций 46 и 48 и содержит металлостеклянный композит. Полость 25 внутри датчика 10 содержит заполняющую текучую среду. Подвижная диафрагма 16 продолжается поперек полости 25 и выполнена с возможностью перемещения в ответ на приложенное дифференциальное давление. В полости 25 датчика 10 расположены электроды (обкладки конденсатора) 20A и 20B. Электрические соединения 40, подсоединенные к электродам 20 и диафрагме 16, служат для измерения электроемкости между упомянутыми обкладками. Данная емкость изменяется по мере того, как диафрагма перемещается в ответ на приложенное давление, и может служить для определения приложенного дифференциального давления. Данное измерение дифференциального давления можно использовать для определения расхода в трубе или канале.

В соответствии с настоящим изобретением, резонансный акустический преобразователь 96 (показанный на фиг. 3) присоединен к деформируемому корпусу 23 датчика давления и выполнен с возможностью возбуждения резонанса диафрагмы 16, частота которого изменяется в ответ на давление в магистрали технологической текучей среды. Электроды 20A и 20B могут выполнять функцию датчика резонанса и подробно рассматриваются ниже.

Когда к корпусу 23 датчика прикладывается дифференциальное давление через соединения 26 для передачи воздействия давления, то, в дополнение к перемещению диафрагмы 16, общая форма корпуса 23 датчика также изменяется в ответ на давление в магистрали. Данная деформация формы корпуса датчика изменяет резонансную частоту диафрагмы 16. Резонансную частоту диафрагмы можно измерять в соответствии с любым подходящим методом. Например, для возбуждения резонанса диафрагмы 16 можно применить акустический преобразователь (источник). Тогда резонансную частоту диафрагмы можно передавать посредством измерения изменений емкости между электродами 20A и 20B и диафрагмой 16.

Нижеприведенное уравнение служит для прогнозирования резонансной частоты предварительно напряженной мембраны:

$f_{n} = \frac{λ_{i j}}{2} \sqrt{\frac{σ}{ρ A}}$ , (уравнение 1)

где

f_n = собственная частота мембраны (Гц);

λ_ij = постоянная величина, основанная на резонансной моде, основанной на узловых радиусах (i) и узловых диаметрах (j);

σ = натяжение центральной диафрагмы (фунтов/кв. дюйм);

ρ = свойство материала мембраны как функция массы, объема и силы тяжести (фунт-с²/дюйм⁴);

A = эффективная площадь резонирующей мембраны.

Уравнение 1 описывает соотношение, которое можно использовать для вычисления натяжения центральной диафрагмы посредством измерения частоты, на которой диафрагма резонирует. Упрощение уравнения 1 показывает, что:

$f_{n} ~ \sqrt{σ}$ , (уравнение 2)

которое указывает, что резонансная частота центральной диафрагмы пропорциональна квадратному корню из натяжения центральной диафрагмы 16.

На фиг. 2 приведен упрощенный вид в разрезе датчика 10, показывающий деформацию корпуса датчика 10 в ответ на приложение давления в магистрали с технологической текучей средой. В ответ на приложение давления глубина полости увеличивается, что вынуждает полусекции 46 и 48 сильно отклоняться внутрь. Данное отклонение приводит к ослаблению натяжения (напряжения) центральной диафрагмы 16. Как показано на фиг. 2, глубина (Z₀) полости увеличивается (на ΔΖ) с увеличением давления в магистрали. Отклонение подчиняется закону Гука и прямо пропорционально давлению в магистрали, P, т.е.:

Z=Z₀+k_zP, (уравнение 3)

где k_z означает константу пружины, являющуюся коэффициентом пропорциональности между давлением в магистрали и глубиной полости. Аналогично, радиус (r) датчика на центральной диафрагме (CD) уменьшается (на Δr) при приложении давления в магистрали. Данное отклонение линейно зависит от давления в магистрали (p):

r=r₀-k_rP, (уравнение 4)

где k_r означает константу пружины, являющуюся коэффициентом пропорциональности между давлением в магистрали и изменением радиуса. Вследствие этого напряжение CD (центральной диафрагмы) также линейно зависит от давления в магистрали:

σ=σ₀-kσP, (уравнение 5)

где kσ означает константу пружины, являющуюся коэффициентом пропорциональности между давлением в магистрали и напряжением центральной диафрагмы. Так как напряжение CD (центральной диафрагмы) является двухосным, то деформацию можно преобразовать в напряжение следующим образом:

$σ = \frac{E ε}{1 - ν}$ , (уравнение 6)

где ε = деформация = $(\frac{Δ r}{r})$ , E = модуль Юнга и ν = коэффициент поперечного сжатия для CD (центральной диафрагмы). Вследствие данной прямой пропорциональности можно записать:

$k_{σ} = (\frac{E}{1 - ν}) (\frac{k_{r}}{r})$ . (уравнение 7)

Индуцированный резонанс является гармоническим явлением, при котором пассивное тело реагирует на такие внешние колебания, которым данное тело гармонически подобно. При использовании индуцированного резонанса энергия может передаваться и сохраняться между резонансными системами. В соответствии с настоящим изобретением, центральная диафрагма 16 корпуса датчика приводится в состояние индуцированного резонанса, например, источником акустического сигнала. Центральную диафрагму приводят в резонанс акустически или механически и резонансную частоту измеряют для определения давления в магистрали. Резонансную частоту можно также использовать для диагностики целостности центральной диафрагмы, а также разделяющих диафрагм и соединителей для передачи воздействия давления, которые наполнены маслом и служат для изолирования датчика от технологической текучей среды.

Центральная диафрагма будет резонировать на характерной частоте, основанной на натяжении диафрагмы. Факторы, влияющие на натяжение центральной диафрагмы, содержат давление в магистрали, дифференциальное давление и температуру. Так как дифференциальное давление и температуру измеряют в устройстве, то их вклад в изменения натяжения диафрагмы можно охарактеризовать и, следовательно, их влияния можно корректировать. При этом только давление в магистрали остается неизвестным, и значение его вклада в частоту можно вычислить из уравнения 8:

f _LP =f _measured -f _DP ±f _temperature. (уравнение 8)

Дифференциальное давление будет увеличивать натяжение (и повышать резонансную частоту), так как центральная диафрагма смещается со своей нейтральной оси. Температура датчика будет либо увеличивать, либо уменьшать натяжение на центральной диафрагме по мере того, как материал расширяется или сжимается.

Для практического датчика на основе резонансной диафрагмы большое значение имеет проблема демпфирования среды. Когда диафрагма окружена жидкостью, например разделяющим маслом в типичном случае применения, резонансное поведение диафрагмы будет сильно демпфироваться. Данное демпфирование происходит потому, что масло, например, должно смещаться физически, чтобы диафрагма колебалась. Данную проблему можно смягчить несколькими средствами: одним средством является применение датчика в газовой среде, которая будет слабее влиять на демпфирование диафрагмы. Однако, в некоторых случаях применения, данное решение невыполнимо, и жидкость, обычно масло, должна быть в контакте с диафрагмой.

Чтобы обойти приведенную проблему, можно применить второй способ. Резонансные моды диафрагмы высшего порядка, обычно, характеризуются большим числом волнообразных движений в растянутой мембране диафрагмы и, как правило, характеризуются меньшими амплитудами смещения. Данная особенность уменьшает суммарное смещение объема, и, следовательно, демпфирование моды, показанной на фиг. 5C, будет менее сильным, чем демпфирование, происходящее для моды, показанной на фиг. 5A.

Еще более эффективный третий способ предназначен только для возбуждения так называемых «азимутально-асимметричных» мод, показанных на фиг. 5D-F. Данные конкретные моды имеют преимущество в отсутствии смещения любого полезного объема, так как направленным вверх смещениям противостоят равные, направленные вниз смещения.

Следовательно, для минимального демпфирования резонанса, когда диафрагма находится в контакте с жидкостью, следует рассматривать азимутально-асимметричные моды самого высокого порядка.

В качестве диагностического средства конкретная мода, которую возбуждают, может также изменяться, если изменилось какое-то свойство датчика, и, следовательно, при обнаружении будет указывать на потенциальную неисправность датчика.

На фиг. 3 представлен вид в разрезе ячейки датчика 10 давления. На фиг. 3 электроды 20 изображены как центральные электроды 20A и кольцевые электроды 20B. Данные электроды связаны с электрическими соединениями 40. Акустический преобразователь 96 изображен установленным в одной из полусекций 46 и служит для подведения акустического сигнала к центральной диафрагме 16. Акустический преобразователь 96 соединен с проводами 98 и возбуждается на некоторой частоте или с разверткой в диапазоне частот, чтобы возбуждать резонанс центральной диафрагмы. Данный резонанс может обнаруживаться измерением изменений емкости между электродами 20A/B и центральной диафрагмой 16. Хотя в данном примере показано, что для определения отклонения центральной диафрагмы 16 из-за резонанса используют емкость, можно также применять другие методы. Другие методы содержат акустические, оптические, механические или другие методы восприятия.

На фиг. 4 представлен вид в разрезе измерительного преобразователя 100, содержащего датчик 102 давления в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, с акустическим преобразователем 96. В промышленности известно, что измерительный преобразователь 100 содержит платформу Coplanar™ и разделительные диафрагмы 106 и 108 выставлены, как правило, в одной плоскости. Фланец 111 соединяется с измерительным преобразователем 100 болтами 110, чтобы, тем самым, подводить давления P₁ и P₂ к разделительным диафрагмам 106 и 108. Прокладки 109 обеспечивают уплотнение между фланцем 111 и разделительными диафрагмами 106, 108. В соединителях 120 для передачи воздействия давления, которые подсоединены к датчику 102 давления, содержится, по существу, несжимаемая текучая среда. Аналогично датчику 10 давления, датчик 102 имеет корпус датчика, который сформирован из двух полусекций 112, 114, наполненных, соответственно, стеклянным материалом 116, 118. Электрические проводники 124 соединены с обкладками (не показанными) конденсатора, которые содержатся на поверхностях датчика, выполненных из хрупких материалов 116, 118. Диафрагма 122 отклоняется в ответ на приложенные давления P₁ и P₂ и вызывает, тем самым, изменение емкости, которое обнаруживается схемами 123 измерительного преобразователя, который обеспечивает выходной сигнал, зависящий от давлений P₁ и P₂, через контур управления технологическим процессом. Контуры управления технологическими процессами могут соответствовать любому подходящему стандарту, содержащему двухпроводной контур управления технологическим процессом, например 4-20-мА токовые контуры, контуры управления на основе HART® или FieldBus, беспроводной контур и т.п. Кроме того, контур управления технологическим процессом может содержать беспроводной контур управления, в котором для передачи данных используют методы беспроводной связи.

В дополнение к определению давления в магистрали на основе резонанса центральной диафрагмы, как поясняется выше, можно также использовать резонансную частоту и тип моды, чтобы определять состояние центральной диафрагмы, а также систему масляного наполнения. Схемы 123 измерительного преобразователя обеспечивают диагностические схемы и соединяются с акустическим преобразователем 96 проводами 98. Схемы 123 выполнены с возможностью подачи питания в преобразователь 96 и, в ответ, восприятия резонансной частоты диафрагмы 122, как пояснялось выше. Схемы 123 могут обеспечивать диагностический выходной сигнал, например, на выходе измерительного преобразователя. Повреждение центральной диафрагмы или возникновение утечек масла приведет к изменениям резонансной частоты центральной диафрагмы. Хотя пояснение измерения резонанса основано на примере изменений емкости, возможно применение других методов измерения, например применение акустических, оптических, механических или других методов восприятия. Измеренную резонансную частоту можно корректировать на основе измеренных дифференциального давления и температуры при желании повышения точности измерений. Если требуется температурная коррекция, то можно обеспечить температурный датчик 130, имеющий тепловую связь с датчиком 102 давления, как показано на фиг. 4. Температурный датчик 130 может быть выполнен в соответствии с любой подходящей технологией датчиков и связан со схемами 123. Сдвиги резонансной частоты центральной диафрагмы 122 могут служить показателем физического повреждения, такого как, например, отверстие, прокол или разрыв диафрагмы или другое повреждение диафрагмы или компонентов измерительного преобразователя. Снижение давления масла с по меньшей мере одной стороны диафрагмы также будет вызывать изменение резонансной частоты. В одной конфигурации, измерения дифференциального давления можно также выполнять с использованием предварительно напряженной диафрагмы, акустического преобразователя (источника) и акустического датчика. Измерение резонанса разделительной диафрагмы может служить для определения целостности разделительной диафрагмы и указывает давление в магистрали. Резонанс диафрагмы можно также вызывать с использованием электростатических методов. В другом примере, источник энергии, используемый для ввода в резонанс центральной диафрагмы, расположен в месте, внешнем относительно измерительного преобразователя. Например, испытательное устройство может быть выполнено с возможностью связи с измерительным преобразователем и передачи акустической энергии в измерительный преобразователь и, тем самым, возбуждения резонанса диафрагмы.

В вышеприведенном описании предложен корпус датчика, выполненный из металлостеклянных композитов, однако возможно использование других материалов, которые имеют требуемые характеристики. Примеры содержат пластики и т.п. Для восприятия резонанса можно применить любую подходящую технологию, например методы на основе емкостных, тензометрических, оптических, кремниевых и т.п. датчиков. Кроме того, для безопасности, избыточности, самоконтроля и т.п. можно применить несколько датчиков. В контексте настоящей заявки, «частотно-резонансный датчик» может содержать любую подходящую технологию датчиков, применяемую для измерения или восприятия резонансной частоты центральной диафрагмы. На чертежах, приведенных в настоящей заявке, частотно-резонансный датчик показан в виде источника акустического сигнала и отдельного датчика смещения, который измеряет смещение центральной диафрагмы на основе электрической емкости. Однако настоящее изобретение не ограничено данным конкретным частотно-резонансным датчиком.

1. Датчик давления для считывания давления технологической текучей среды, содержащий:
деформируемый корпус датчика, подвергаемый воздействию давления технологической текучей среды и имеющий полость, сформированную в нем, которая воспринимает дифференциальное давление, причем корпус датчика деформируется в ответ на давление в магистрали;
диафрагму, подвешенную в полости корпуса датчика и имеющую натяжение, которое изменяется в ответ на деформацию корпуса датчика, причем диафрагма изгибается в ответ на дифференциальное давление;
частотно-резонансный датчик, выполненный с возможностью считывания резонансной частоты диафрагмы, подвешенной в полости корпуса датчика, причем резонансная частота является показателем давления в магистрали технологической текучей среды; и
датчик отклонения, выполненный с возможностью считывания отклонения диафрагмы, которое показывает дифференциальное давление,
причем диафрагма выполнена с возможностью отклонения в ответ на приложенное давление.

2. Датчик давления по п. 1, в котором деформируемый корпус датчика содержит металлостеклянный корпус датчика.

3. Датчик давления по п. 1, в котором частотно-резонансный датчик содержит источник акустического сигнала.

4. Датчик давления по п. 3, в котором частотно-резонансный датчик дополнительно содержит пластину конденсатора, расположенную вблизи диафрагмы, с емкостью, которая изменяется в ответ на отклонение диафрагмы.

5. Датчик давления по п. 1, содержащий температурный датчик, и при этом резонанс диафрагмы компенсируется на основе считанной температуры.

6. Датчик давления по п. 1, в котором диафрагма выполнена с возможностью отклонения в ответ на разность давлений, приложенную к диафрагме.

7. Датчик давления по п. 6, в котором датчик отклонения содержит электрод, расположенный вблизи диафрагмы, и причем измерительные схемы выполнены с возможностью измерения дифференциального давления на основе изменения емкости между электродом и диафрагмой.

8. Датчик давления по п. 7, в котором резонанс диафрагмы считывается измерительными схемами на основе емкости между электродом и диафрагмой.

9. Датчик давления по п. 1, в котором резонансная частота дополнительно является показателем диагностического состояния датчика давления.

10. Датчик давления по п. 1, в котором мода резонансной частоты является показателем состояния исправности датчика.

11. Датчик давления по п. 1, в котором датчик давления связан с технологической текучей средой через разделительную текучую среду.

12. Измерительный преобразователь для управления технологическими процессами, содержащий схемы измерительного преобразователя, связанные с датчиком давления по п. 1.

13. Измерительный преобразователь по п. 12, в котором схемы измерительного преобразователя выполнены с возможностью определения давления в магистрали на основе резонансной частоты диафрагмы.

14. Способ считывания давления технологической текучей среды, содержащий этапы, на которых:
прикладывают дифференциальное давление технологической текучей среды к полости, сформированной в корпусе датчика, и тем самым деформируют корпус датчика в ответ на давление в магистрали;
подвешивают диафрагму в полости, причем диафрагма имеет натяжение, которое изменяется в ответ на деформацию корпуса датчика, диафрагма дополнительно отклоняется в ответ на дифференциальное давление;
считывают резонансную частоту диафрагмы, подвешенной в полости корпуса датчика, причем резонансная частота является показателем давления в магистрали технологической текучей среды;
обеспечивают выходной сигнал давления в магистрали, указывающий давление в магистрали технологической текучей среды, на основе считанной резонансной частоты диафрагмы;
считывают дифференциальное давление на основе отклонения диафрагмы и
предоставляют выходной сигнал дифференциального давления, указывающий дифференциальное давление на основании считанного отклонения диафрагмы.

15. Способ по п. 14, в котором резонансную частоту измеряют на основе емкости.

16. Способ по п. 14, содержащий этап, на котором вводят диафрагму в резонанс с использованием источника акустического сигнала.

17. Способ по п. 14, содержащий этап, на котором считывают отклонение диафрагмы с использованием емкости.

18. Способ по п. 14, содержащий этап, на котором определяют диагностическое состояние диафрагмы на основе считанной резонансной частоты.

19. Способ по п. 14, содержащий этап, на котором определяют диагностическое состояние диафрагмы на основе считанной моды резонансной частоты.

20. Способ по п. 14, содержащий этап, на котором передают информацию о давлении технологической текучей среды в контур управления технологическим процессом.

Похожие патенты:

Датчик давления // 2547757

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах измерения давления жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и технологии изготовления датчика давления.

Высокоточный датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы // 2541714

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных средств. Датчик содержит корпус, установленную в нем нано- и микроэлектромеханическую систему (НиМЭМС), состоящую из упругого элемента - мембраны с жестким центром, с периферийным основанием в виде оболочки вращения, образованной на ней гетерогенной структуры из тонких пленок материалов, в которой сформированы контактные площадки, первые радиальные тензорезисторы из одинаковых тензоэлементов, расположенных по одной окружности мембраны, и вторые радиальные тензорезисторы из одинаковых тензоэлементов, расположенных по другой окружности на мембране, соединенные перемычками, включенные в измерительный мост.

Датчик дифференциального давления с измерением давления в линии // 2538363

Изобретение относится к датчикам давления, используемым для измерения технологической текучей среды и дифференциального давления. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений давления.

Полупроводниковый преобразователь давления // 2537517

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям давления, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления среды в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды.

Способ уменьшения содержания посторонних молекул, растворенных в передающей давление жидкости измерительного преобразователя давления и измерительный преобразователь давления (варианты ) // 2532894

Изобретение относится к преобразователям давления. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения давления за счет уменьшения содержания посторонних молекул, растворенных в газе или жидкости.

Устройство для дистанционного измерения давления // 2528555

Предлагаемое устройство относится к приборостроению и может быть использовано в системах дистанционного сбора информации о давлении в различных отраслях промышленности.

Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы // 2528541

Способ измерения давления контролируемой среды // 2526586

Изобретение относится к измерительной технике и активному неразрушающему контролю и может быть использовано для измерения давления контролируемой среды. Способ измерения давления контролируемой среды включает измерение сигналов колебаний давления в объекте исследования посредством датчика, преобразование сигналов через аналого-цифровой преобразователь и регистрацию получаемых цифровых сигналов.

Способ изготовления тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы // 2522770

Датчик давления // 2521869

Изобретение относится к датчика давления и может быть использовано в устройствах для регистрации давления текучих сред. Техническим результатом является улучшение конструкции и функциональных возможностей устройства.

Датчик и способ его изготовления // 2556751

Заявленная группа изобретений относится к датчикам, которые используются в устройствах для детектирования давления текучих сред (жидкостей и газообразных сред) в различных областях, например в автомобильной промышленности, в бытовых электрических приборах, в области сохранения окружающей среды и общего контроля в гидротермальной санитарии или в области медицины. Заявленная группа изобретений включает способ для изготовления множества датчиков, в частности датчиков давления, а также датчики, полученные посредством вышеуказанного способа. Причем датчик, в частности датчик давления, имеет конструкцию, которая содержит опорный корпус (10); схемную компоновку (4), содержащую компоненты (3а, 3b, 3c, 3d) схемы, среди которых есть средство (3с) детектирования для генерации электрических сигналов, представляющих детектируемую величину; и по меньшей мере один опорный элемент (4а) схемы, который подсоединен к опорному корпусу (10) и имеет поверхность, на которой сформировано множество упомянутых компонентов (3а, 3b, 3c, 3d) схемы, среди которых есть электропроводящие дорожки (3а, 3b), причем опорный элемент (4а) схемы прикреплен посредством ламинирования на первую поверхность опорного корпуса (10). Заявленный способ для изготовления множества датчиков содержит операции: обеспечения множества опорных корпусов (10); обеспечения множества схемных компоновок (4), при этом каждая схемная компоновка содержит компоненты (3а, 3b, 3с, 3d) схемы, среди которых есть средство (3с, 12) детектирования для генерации электрических сигналов, представляющих детектируемую величину; обеспечения множества опорных элементов (4а) схемы, каждый из которых имеет поверхность, на которой сформировано множество (3а, 3b, 3с, 3d) упомянутых компонентов (3а, 3b, 3с, 3d) схемы, среди которых есть электропроводящие дорожки (3а, 3b); и подсоединения каждого опорного элемента (4а) схемы к соответственному опорному корпусу (10, 10', 10"). Технический результат заключается в изготовлении датчика, устойчивого к разнообразным условиям применения и/или к относительно высоким температурам, а также более простого, более удобного и более быстрого. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 26 ил.

Датчик дифференциального давления // 2559299

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям давления, и может быть использовано в различных областях науки техники, связанных с измерением перепада давления среды. Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности датчика разности давления. Датчик давления содержит корпус, в котором герметично размещены полупроводниковые чувствительные элементы, на которых сформированы тензодатчики, две полости, заполненные электроизоляционной жидкостью и расположенные с торцов по ходу движения жидкости. Первый полупроводниковый чувствительный элемент с первым тензодатчиком расположены между полостями, второй полупроводниковый чувствительный элемент параллелен первому полупроводниковому чувствительному элементу. Корпус загерметизирован профилированными мембранами, расположенными с зазором относительно сторон корпуса. Полупроводниковые чувствительные элементы выполнены в виде микроэлектромеханических структур разной толщины. Второй чувствительный элемент со стороны тензодатчика соединен с атмосферой и имеет толщину большую, чем первый чувствительный элемент. 2 ил.

Датчик давления // 2559300

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям давления, и может быть использовано в различных областях науки и техники, связанных с измерением перепада давления среды. Техническим результатом изобретения является повышение надежности и работоспособности высокоточного дифференциального датчика давления во время и после кратковременных многократных перегрузок. Полупроводниковый датчик перепада давления содержит полупроводниковую мембрану из кремния, тензодатчик в виде мостовой схемы из тензорезисторов, первый стопорный элемент и второй стопорный элемент. Первый стопорный элемент выполнен из кремния и содержит стопорный выступ в области напротив канавки полупроводниковой мембраны, стопорное углубление напротив центрального выступа полупроводниковой мембраны, расположенное с зазором от центрального выступа мембраны, а также центральное сквозное отверстие. Стопорный элемент закреплен плоской стороной на стеклянной подложке из материала с одинаковым с кремнием коэффициентом теплового расширения и имеющей центральное сквозное отверстие, совпадающее с отверстием первого стопорного элемента. Второй стопорный элемент выполнен из кремния и содержит второй центральный стопорный выступ, окруженный первой канавкой, а также стопорный выступ, окруженный второй канавкой, расположенный с зазором относительно обратной стороны полупроводниковой мембраны в области напротив канавки полупроводниковой мембраны. 2 ил.

Способ определения механических параметров материальной среды в условиях фиксированного внешнего воздействия // 2566408

Изобретение относится к области «физика материального взаимодействия». Способ определения механических параметров нарушенной материальной среды в условиях фиксированного внешнего воздействия заключается в том, что фиксируют определяющий для исследуемой среды физический параметр внешнего воздействия - температуру Т(°С), плотность ρ (кг/см3), ускорение гравитационного притяжения (g, м/с2) и движения материального тела (α, м/с2), световое излучение, радиоактивность, электрическое и магнитное воздействие, устанавливают требуемый механический параметр материальной среды с учетом влияния физических определяющих параметров внешнего воздействия, определяют угол внутреннего трения и удельное сцепление cстр (кГ/см2) структурированной (природной) среды. Параметры угла внутреннего трения и удельного сцепления cн нарушенной среды определяют в фиксированных условиях внешнего воздействия, используя выражения а механические параметры материальной среды, используя фиксированные параметры и cн, и cстр в заданных условиях внешнего воздействия. Технический результат - возможность определения известных механических параметров нарушенной материальной среды через универсальные физические величины прочности: угол внутреннего трения и удельное сцепление, присущие всем материальным средам в структурированном и нарушенном состоянии.

Устройство измерения динамического давления // 2568948

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения давления, и может быть использовано при измерении динамического давления совместно с пьезоэлектрическими датчиками динамического давления. Устройство измерения динамического давления содержит пьезоэлемент 1 и измерительный блок 2, который состоит из генератора переменного тока 3, усилителя широкополосного 4, полосового фильтра 5, выпрямителя 6, фильтра нижних частот 7 и микроконтроллера 8. Выход пьезоэлемента 1 подключен к выходу генератора переменного тока 3, а выход генератора переменного тока 3 - к усилителю широкополосному 4. Усилитель широкополосный 4 соединен с полосовым фильтром 5 и фильтром нижних частот 7. Полосовой фильтр 5 через выпрямитель 6 соединен с первым входом микроконтроллера 8, второй вход которого подключен к фильтру нижних частот 7. Технический результат заключается в повышении быстродействия устройства путем одновременного измерения температуры и динамического давления, повышении точности устройства при измерении динамического давления путем коррекции температурной погрешности измерения динамического давления. 1 ил.

Узел кварцевого измерительного преобразователя давления и температуры с динамической коррекцией // 2572053

Изобретение относится, в общем, к устройству измерения давления и, в частности, к узлу кварцевого измерительного преобразователя давления и температуры, характеризующегося улучшенной коррекцией ошибок при воздействии градиентов давления и температуры. Заявленный узел измерительного преобразователя содержит первый, второй, третий и четвертый генераторы (19, 20, 21, 22) с кварцевой стабилизацией частоты и первый, второй, третий и четвертый кварцевые резонаторы (2, 3, 4, 5) с колебаниями сдвига по толщине, где первый, второй, третий и четвертый генератор управляется соответственно первым, вторым, третьим и четвертым кварцевым резонатором, при этом первый и второй кварцевые резонаторы образуют соответственно резонатор (2) давления и опорный резонатор (3), которые вместе конструктивно исполнены как датчик давления, обеспечивающий частотный выходной сигнал (8); третий кварцевый резонатор (4) образует первый резонатор температуры, конструктивно исполненный как датчик температуры, обеспечивающий частотный выходной сигнал (9); и четвертый кварцевый резонатор (5) образует второй датчик температуры, при этом частотный выходной сигнал (22) четвертого генератора микшируют с частотным выходным сигналом третьего генератора (21) для получения динамического теплового выходного сигнала (10), и резонатор (5) второго датчика температуры является частью того же держателя (6), что и опорный резонатор (3) и первый резонатор (4) температуры, или является частью другого держателя (7). Технический результат заключается в повышении точности измерений. 37 з.п. ф-лы, 12 ил.

Устройство и способ для измерения быстропеременного давления // 2572069

Изобретения относятся к измерительной технике, в частности к средствам и методам для измерения давления. В устройстве используются пленочные емкостные датчики, позволяющие измерять пульсации давления, возникающие от нагрузки вибрации, также устройство содержит державку, демпфер, снижающий нагрузки от вибраций, который размещен на наружной поверхности объекта измерений, а пленочные датчики размещены снаружи и внутри объекта на разных участках. При этом один пленочный датчик закреплен на державке, а на демпфере наклеен другой пленочный датчик, расположенный на одном уровне с первым датчиком. Сущность способа заключается в том, что до проведения эксперимента пленочные емкостные датчики наклеивают на поверхности исследуемого объекта. После этого выбирают наиболее критичные параметры, например коэффициенты преобразования каналов, амплитудно-частотные характеристики каналов, шумы аппаратуры и внешних электромагнитных помех. В процессе эксперимента на выходе усилителя напряжения измеряют общий сигнал - смешанные сигналы шумов аппаратуры и внешних электромагнитных помех, пульсации давления, создаваемые ускорением от вибрирующего исследуемого объекта и излучаемые в окружающую среду. Технический результат заключается в повышении точности измерения быстропеременного давления и быстродействия обработки измерений, расширении области применения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство для измерения давления // 2586388

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения давления содержит СВЧ чувствительный элемент в виде металлической полости, часть стенки которой выполнена упругой, соединенный с помощью элемента возбуждения и элемента съема электромагнитных колебаний с электронным блоком, металлическая полость выполнена в виде волновода с упругой одной торцевой стенкой, при этом электронный блок содержит генератор электромагнитных колебаний фиксированной частоты и подключенный к индикатору детектор, подсоединенные с помощью, соответственно, элемента возбуждения и элемента съема электромагнитных колебаний к волноводу у его другой торцевой стенки, а волновод выполнен в виде предельного волновода, для которого частота возбуждаемых в нем электромагнитных волн выбрана ниже минимальной частоты возбуждения в волноводе распространяющихся электромагнитных волн. Технический результат - упрощение конструкции. 1 ил.

Способ изготовления тензорезисторного датчика давления с высокой временной и температурной стабильностью на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы // 2594677

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Технический результат: повышение временной и температурной стабильности, ресурса, срока службы, а также уменьшение времени готовности и погрешности в условиях воздействия нестационарных температур и повышенных виброускорений, а также возможность использования диагонали питания в качестве датчика температуры тензорезисторов интеллектуальных датчиков давления на основе НиМЭМС. Способ изготовления тензорезисторного датчика давления с высокой временной и температурной стабильностью на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС) включает формирование тензорезисторов путем последовательности технологических операций, воздействие тестовых факторов, определение сопротивлений тензорезисторов при тестовых воздействиях, вычисление по ним критериев стабильности и сравнение их с тестовыми значениями. При этом после присоединения выводных проводников к контактным площадкам тензорезисторы НиМЭМС подвергают воздействию ряда тестовых напряжений, полярность которых совпадает с рабочей полярностью, и ряда тестовых напряжений, полярность которых противоположна рабочей полярности, а величины напряжений при обеих полярностях последовательно равны N-1Uм, 2N-1Uм, 3N-1Uм, … NN-1Uм, где N-количество интервалов разбиения величины максимально допустимого напряжения питания Uм тензорезисторов, и измеряют токи, протекающие через тензорезисторы при каждом тестовом значении напряжения. Критерии стабильности определяют по соотношениям , , , где Ij+ - ток, измеренный при тестовых напряжениях Uj+, полярность которых совпадает с рабочей полярностью; Ij- - ток, измеренный при тестовых напряжениях Uj-, полярность которых противоположна рабочей полярности, и, если , , , где Ψ1(R)max, Ψ2(R)max - соответственно предельно допустимое значение первого и второго критерия стабильности, которые определяются экспериментальным путем по статистическим данным для конкретного типоразмера датчика, то данную сборку передают на последующие операции. Дополнительно тензорезисторы, контактные площадки и выводные проводники соединяют в мостовую измерительную цепь и аналогично подвергают ее воздействию ряда тестовых напряжений, определяя по соответствующим соотношениям значения третьего и четвертого критерия стабильности. Если эти значения не выходят за пределы допустимых значений, то данную сборку передают на последующие операции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ изготовления высокостабильного тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы // 2601204

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектромеханических систем (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью, предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Технический результат: повышение временной и температурной стабильности, ресурса, срока службы, а также уменьшение времени готовности и погрешности в условиях воздействия нестационарных температур и повышенных виброускорений, а также возможность использования диагонали питания в качестве датчика температуры тензорезисторов интеллектуальных датчиков давления на основе НиМЭМС. Способ изготовления высокостабильного тензорезисторного датчика давления на основе тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС) заключается в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя. При этом производятся измерения сопротивлений тензорезисторов при воздействующих тестовых температурах, определяются температурные коэффициенты сопротивлений тензорезисторов в диапазоне воздействующих температур. Далее производится вычисление по ним критерия стабильности и сравнение его с тестовыми значениями. Определяют соответственно первый и вторые критерии стабильности по соотношениям ψτ01j=|(α2j+α4j)-(α1j+α3j)|, ψij02(α)=αij, где α1j, α2j, α3j, α4j, - температурный коэффициент сопротивления 1, 2, 3, 4-ого тензорезистора НиМЭМС в j-ом температурном диапазоне; αij - температурный коэффициент сопротивления i-ого тензорезистора НиМЭМС в j-ом температурном диапазоне. Кроме того, тензоэлементы, перемычки, контактные площадки и выводные проводники соединяют в мостовую измерительную цепь и определяют третьи критерии стабильности по соотношениям ψkj03(α)=αkj, где αkj - температурный коэффициент сопротивления k-ой диагонали мостовой измерительной цепи НиМЭМС в j-ом температурном диапазоне. В случае если значения первого, второго, а также третьего критерия находятся в заданных диапазонах, которые определяются экспериментальным путем по статистическим данным для конкретного типоразмера датчика, то данную сборку передают на последующие операции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.