RU1781574C - Датчик разности давлений - Google Patents

Abstract

Использование: в приборостроении и может быть использовано дл  измерени  перепада давлени  или расхода жидкости и газа Сущность изобретени : в корпусе датчика размещена жестка  перегородка, на двух сторонах которой расположены мембраны , выполненные из эластичного материала Под действием перепада давлени  консоль, выполненна  в жесткой перегород- ке,отклон етс , а на преобразователе перемещени  в электрический сигнал, размещенном в пазе жесткой перегородки у свободного, конца консоли, по вл етс  сигнал рассогласовани , величина которого  вл етс  мерой величины давлени . Преобразователь перемещени  в электрический сигнал выполнен в виде вихретокового датчика . 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано при разработке высокочувствительных преоб- разоваТ&лей разности давлений, расходомеров жидкости и газа и т.п. приборов.

При диагностировании современных газотурбинных двигателей (ГТД) требуетс  измер ть весьма малые перепады давлени  10-5С 0 Па в диапазоне частот 0-1000 Гц в услови х действи  высокого статического давлени  10 МПа и более.

Известны преобразователи разности давлений, содержащие приемные мембраны и тензомодуль рычажно-мембранного типа. Разность давлений вызывает прогиб мембран, который посредством рычага деформирует чувствительные элементы гензо- модул . Электрический сигнал с тензомодул  подаетс  на электронный нормирующий усилитель.

Несмотр  на то, что известные тензоп- реобразоеатели по точности и удовлетвор ют поставленным требовани м, им присущи следующие недостатки: смещение нул  выходного сигнала, а иногда и изменение характеристики во времени; вли ние температуры на показани  преобразовател , хот  он и содержит элементы дл  температурной компенсации,

Кроме того, они имеют большие габариты и вес, низкую надежность и высокую стоимость. Поставка отечественной промышленностью тензопреобразователей лимитируетс  из-за дефицита полупроводниковых тензомодулей,

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  датчик разности давлений параметрического типа, содержащий корпус с двум  подвод щими штуцерами, между которыми установлены преобразователь перемещени  в электрический сигнал и жестка  пере-- городка, по обеим сторонам которой разме- щены две мембраны, а также схема обработки сигналов.

Датчик представл ет собой преобразователь емкостного типа, на жесткой перегородке которого сформирован центральный электрод, а мембраны выполн ют функцию подвижных электродов. Благодар  жесткой евлзи, соедин ющей центры мембраной их профилированию достигнуты высокие метрологические характеристики преобразовав тел .

Однако, к недостаткам датчика следует отнести узкий диапазон рабочих давлений, верхний предел которых составл ет не более 0,15 МПа. Расширение рабочего диапазона датчика требует увеличени  толщины мембран, что св зано с потерей его чувствительности . Кроме того, известный датчик имеет дополнительные погрешности за счет нелинейности (0,3%). гистерезиса (0.5%) и

температуры (0,05% %

°С

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности датчика к перепаду высоких статических давлений.

Цель достигаетс  тем, что в датчике разности давлений, содержащем преобразователь перемещени  в электрический сигнал, жесткую перегородку и мембраны, в нем преобразователь перемещени  выполнен в виде вихретокового датчика, а в жесткой перегородке выполнен П-образный сквозной паз с образованием консоли, при этом вихретоковой датчик размещен в паз жесткой перегородки в зоне свободного торца консоли, а мембраны выполнены из эластичного материала и расположены на поверхност х жесткой перегородки, выполненной из металла, причем длина I консоли выбрана из соотношени 

ъг

I

тк

где Е - модуль упругости материала жесткой перегородки;

b - ширина консоли;

h - толщина консоли;

mk - масса консоли;

Тг, - врем  перепада давлени .

В известном датчике, в отличие от прототипа , в жесткой перегородке образована упруга  консоль и паз, в котором установлен вмхретоковый преобразователь перемещени . Это позволило одной стороны повысить чувствитель преобразовател  за счет использовани  консольного эффекта , а с другой - расширить его рабочий диапазон благодар  высокой механической прочности датчика,

- В полном объеме признаков приведенна  совокупность не обнаружена в научно- технической и патентной литературе. Отдельные признаки изобретени  известны в других совокупност х, где они про вл ют

различные свойства.

Известно консоль с линейным перемещением свободного конца, который нагружают сосредоточенной силой F. В предлагаемом устройстве консоль выполнена за одно целое с жесткой перегородкой и нагружаете. равномерно распределенным по ее площади давлением. Поскольку прогиб консоли пропорционален силе F - PS, где Р - измер емое давление, S - площадь

консоли, то чувствительность преобразовател  можно существенно увеличить за счет использовани  пл ощади S консоли. Отклонение свободного хоНца консоли из- мер етс  с помощью вихретокового преобразовател  перемещени м Такое решение позволило выполнить вихретоковый преобразователь плоским и установить его у конца консоли.в пазу жесткой перегородки. В насто щем устройстве помимо известных свойств, присущих рассматриваемым признакам, имеет место создание совокупности таких условий, которые привод т к возникновению у этих признаков новых свойств.

Так,-система, состо ща  из консоли и вихретокового преобразовател  перемещени , в отличие от прототипа свободна от таких недостатков,как вли ние гистерезиса, нелинейности и температуры Консоль имеет перемещение от долей микрона до одного миллиметра и выполн етс  из высококачественных температуростойких материалов Перемещение конца консоли измер етс  вихретоковым преобразователем , имеющим рабочий диапазон, превышающий диапазон перемещени  консоли

В за вл емом преобразователе воспринимающие давление мембраны выполнены из эластичного материала. Основные

назначени  мембран - изол ци  приемных камер друг от друга. Поскольку измер етс  разность давлений одного пор дка, то требовани  к механической прочности мембран незначительны. Они воспринимают

лишь перепад давлений, а противодействующа  сила, в отличие от известных устройств , создаетс  самой консолью. Дл  исключени  возможности отхода мембран от консоли при измерении давлений ниже

атмосферного полость между ними может быть вакуумировзнэ

По сравнению с металлическими мембранами , воспринимающа  поверхность которых лимитирована нелинейностью преобразовател , рабоча  поверхность консоли может быть выбрана достаточно большой. Можно показать, что отклонение Д(5 конца консоли под действием измер емого перепада А Р давлени  имеет вид:

Лв

Et3

(1)

где

- длина консоли,

t - толщина консоли;

Е - модуль упругости материала консоли .

Как видно из выражени  (1), перемещение свободного конца консоли зависит от длины консоли в четвертой степени. Варьиру  в небольших пределах длину консоли , можно в широких пределах регулировать перемещение ее свободного конца и получить соответственно высокую разрешающую способность преобразовател , Име  набор одинаковых пластин, с выполненными в них консол ми разной длины, можно легко компоновать преобразователи на лю- ,бой р д измер емого давлени .

Следует отметить, что выбор длины консоли не беспределен. Максимально допустима  длина консоли лимитируетс  временем перепада давлени . При конструировании преобразовател  необходимо вы- бмрать длину консоли, исход  из выражени .

з

0,3

Е bh3rЈ

ГГ1к

где Е - модуль упругости материала жесткой перегородки;

b,h - ширина и толщина консоли;

mk - масса консоли;

тп врем  перепада давлени .

На фиг. 1 изображена жестка  перегородка с консолью, преобразователем перемещени  и нормирующим усилителем; на фиг. 2 - поперечный разрез датчика, вид сбоку; на фиг. 3 - осциллограмма, иллюстрирующа  работу преобразовател .

Датчик разности давлений содержит жесткую перегородку 1. в которой электроэрозионным или лазерным методом выреза- нз консоль 2. Зазор между консолью и перегородкой не более 400 микрон. В перегородке выполнен паз 3 в котором установлен вихрегоковый преобразователь 4 пере мещени  Зазор между торц ми преобразовател  перемещени  и консоли составл ет 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 Л перемещени  и

мембраны 7.8 установлены между двух приемных камер 9 и 10 давлени . Приемные камеры снабжены выступами 11 и 12 дл  ограничени  хода консоли. Датчик в сборе крепитс  винтами, проход щими через

сквозные отверсти  13 и 14.

Датчик работает следующим образом. При равенстве давлений PI и Р2 консоль находитс  в нейтральном положении и на выходе нормирующего усилител  сигнал

равен нулю. При перепаде давлени , когда , консоль отклон етс  от положени  равновеси  пропорционально измер емому давлению Р. Отклонение консоли измер етс  с помощью вихретокового

преобразовател , сигнал с которого после фильтрации поступает на вход нормирующего усилител  6. Благодар  конструктивной разв зке торцов консоли и вихретокового преобразовател , датчик малочувствителен к изменению температуры. Вли ние последействи  и гистерезиса в нем сведено к минимуму за счет выполнени  перегородки из прецизионного сплава 70НХБМЮ, у которого физико-механические свойства стабильны до температуры 500°С. Разрешающа  способность датчика составл ет 10 Па (см. фиг. 3).

Использование предлагаемого технического решени  в народном хоз йстве страны позволит повысить точность и надежность средств диагностировани  газотурбинных двигателей, энергетических установок, газонефтепроводов и т.п. оборудовани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик разности давлений, содержащий корпус с двум  подвод щими штуцерами , между которыми установлены преобразователь перемещени  в электрический сигнал и жестка  перегородка, по обеим сторонам которой размещены две мембраны, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности, в нем преобразователь перемещени  в электрический сигнал выполнен в виде вихретокового датчика, а в жесткой перегородке выполнен П-образный сквозной паз с образованием консоли, при этом вихретоковый датчик размещен в пазе жесткой перегород и в зоне свободного торца консоли, а мемб-где Е - модуль упругости материала жесткой

   рачы выполнены из эластичного материала иперегородки:

   расположены на поверхност х жесткой перегородки выполненной из металла, причем длина I консоли выбрана из соотношени  5

   b ширина консоли, h - толщина консоли: mk масса консоли: гп врем  перепада давлени .

   ,/

   I

   V Е b h3 Ј

   ГПк

   b ширина консоли, h - толщина консоли: mk масса консоли: гп врем  перепада давлени .

   ... 2Ы Фиг .1

   ш ЙР т

   л«Т t: i,

   ,чГ2 Ч-i- J { - -Л

   ,jR$ f ,%}Ј

   ; ; r&/;Ј .,. Лза x1 u.J Jfvjl S ,

   таГ Г л У

   v(

   ViUj-w. П i л « .

   K w iJ «i t r с i j «r Ј v д i f-f v tvwt w:

   Г1, «. v  з«- ч « TI TA v.gp ;i{I г S

   S ч j J&cW

   в- -ч.г - - ГртТО W- f

   bWldL; 4 $ rCfcf i jJiW + W MS r / - .it. V

   ,, . -. -, ,т s-jj да, r

   .JlL.i jk

   SES SKsJS

   г J