CS255673B1 - Teplotně nezávislé zařízení pro snímánítlaku - Google Patents

Abstract

Teplotně nezávislé zařízení pro snímání tlaku plynu nebo kapaliny sestává z čidla, rezonančního obvodu a z vyhodnocovacího obvodu. Čidlo, uložené ve válcovém tělese, je opatřeno cívkou, ve které je uložena dvojice feritových jadérek, z nichž jedno je pevné a druhé je vůči němu posuvné a je spojeno s pístkem, dosedajícím na pružnou podložku pro jeho vracení do výchozí polohy. Na druhý konec pístku dosedá pryžová membrána, na kterou je tlak přenášen sloupcem kapaliny v kapiláře, uzavřené na druhém konci membránou.

Description

Vynález se týká teplotně nezávislého zařízení pro snímání tlaku kapalin nebo plynů a převáděni zjištěných hodnot tlaků do elektrických signálů v digitálním kódu.

Dosud známá zařízení pro stanovení hodnot tlaků plynu nebo kapaliny a pro jejich převod na elektrický signál využívají principu změny odporu měrných elementů, které jsou deformovány silou, vyvozovanou tlakem měřeného média. Síla je na měrné elementy převáděna prostřednictvím membrán nebo pístů, přičemž pro vlastní stanovení tlaku se musí použít přepočtu zjištěné síly na tlak ze vztahu P = F/S, ve kterém představuje P zjištovaný tlak, F sílu způsobující deformaci a S činnou plochu, na kterou působí síla.

Změnou deformace měrného elementu ve formě dilatačně proměnných odporů jsou vysílány analogové signály, ze kterých je možno stanovit hodnoty tlaku. Jiná známá zařízení využívají piezoelektrických čidel, u kterých je vyhodnocován elektrický náboj, vznikající ve speciálním krystalu, působí-11 na něj určitá síla. Hodnota náboje v monokrystalu jé úměrná změně vyvozované síly. Oba tyto typy snímacích zařízení však vysílají analogové signály, které neumožňují přímé spojení s číslicovými obvody regulátorů na bázi mirkoprocesorů. Převod těchto signálů do číslicového kódu vyžaduje přídavná zařízení ve formě analogově-digitálních převodníků, které jsou velmi často zdroji poruch řídicích jednotek. Kromě toho mají tato známá zařízení hlavní nevýhodu v tom, že jsou teplotně závislá. Eliminace vlivu teploty je v tomto případě velmi složitá a technicky obtížná.

Jiná skupina známých snímacích zařízení pro snímání tlaku je založena na vyhodnocování elektrických signálů, které jsou důsledkem změny indukčnostl cívky, ve které je uloženo pohyblivé jádro. Jedno z těchto měřicích zařízení je popsáno v CS-AO 180 143 a je opatřeno membránou, na kterou působí tlak média a která je spojena s magnetickým jádrem, uloženým posuvně v indukčním poli diferenciálního transformátoru.

Jiné známé snímací zařízení pro snímání tlaku, popsané v US PS 4 174 638, je opatřeno tělesem se dvěma komorami, z nichž první je spojena s prostorem, obsahujícím měřenou plynnou látku, a je opatřena pružinou pro udržování membrány ve středové poloze. K membráně, na kterou působí tlak a která rozděluje obě komory, je z druhé strany připojen prostřednictvím středového nástavce kroužek kotvy nakrátko, uložený ve druhé komoře kolem středního ramene jádra profilu E. Kolem paty tohoto středního ramene je také uložena cívka, spojená s vyhodnocovacím obvodem. U.tohoto řešení vybuzuje cívka na středním rameni jádra homogenní magnetické střídavé pole, jehož čáry magnetického toku procházejí ze středního ramene do krajních ramen a zpět, přičemž kroužek kotvy nakrátko omezuje dosah těchto magnetických čar, což se projevuje ve změně indukčnosti cívky. Toto snímací zařízení je určeno pro snímání tlaků v sacím potrubí spalovacího motoru a tomuto účelu a rozsahu vyskytujících se tlaků je konstrukčně přizpůsobeno.

Další známé zařízení pro měření tlaků podle GB-PS 2 129 137, obsahuje lineárně měnitelný diferenciální transformátor, opatřený primárním vinutím a dvěma sekundárními vinutími a axiálně posuvným jádrem, uloženým uvnitř dutého vedení a spojeným s vlnovcovým měchem, na který působí tlak plynu, přičemž v neutrální poloze je jádro udržováno šroubovicovou pružinou. Toto známé zařízení je řešeno pro nádoby palivových článků jaderných elektráren, kde mají být zachovány provozní podmínky a schopnosti tohoto zařízení i při havárii jaderného reaktoru, kdy na čidlo působí velké teploty a tlaky, takže toto zařízení musí být vybaveno obvodem pro eliminaci vlivu vysokých teplot.

Nedostatky těchto známých zařízeni jsou odstraněny u snímacího zařízení tlaku podle vynálezu, sestávajícího z čidla a rezonančního obvodu, napojeného na vyhodnocovací obvod) podstata vynálezu spočívá v tom, že čidlo pro snímání tlaku sestává ze dvou souosých a proti sobě umístěných zejména feritových jadérek, uložených v dutém válcovém tělese, z nichž první jadérko je spojeno s pístkem, jehož druhý konec dosedá na membránu, na kterou působí tlak média, a druhé jadérko je upevněno stavitelně na vložce, přičemž kolem obou jadérek je umístěna cívka, spojená s rezonančním obvodem.

V konkrétním provedení zařízení podle vynálezu sestává rezonanční obvod z dvojice cívek, z nichž výstup první cívky je připojen na vstup druhé cívky přes odpor a tranzistor pro zesilování frekvenčního signálu na hodnoty napětí pro vřazený optoelektronický člen, jemuž je předřazen trimr.

Zařízení podle vynálezu je konstrukčně velmi jednoduché a provozně spolehlivé, přičemž zařízení může být snadno nastaveno na potřebný rozsah tlaků hodnotou keramického kondenzátoru, zapojeného v rezonančním obvodu paralelně s druhou cívkou. Zařízení podle vynálezu je nezávislé na teplotě pracovního média, protože podle konkrétního výhodného provedení vynálezu se tlak přenáší na membránu, spojenou s pístkem, kapalinou, kterou je naplněna kapilára, vedoucí ke druhé membráně na rozhraní mezi sloupcem kapaliny v kapiláře a prostorem s médiem, jehož tlak je měřen.

Příklad provedení snímacího zařízení pro snímání tlaku kapaliny nebo plynu je zobrazen na výkresech, kde obr. 1 znázorňuje podélný řez snímacím čidlem a obr. 2 znázorňuje blokové schéma rezonančního obvodu, vřazeného mezi čidlo a vyhodnocovací obvod.

Zařízení pro snímání tlaku kapaliny nebo plynu sestává z čidla 2» jehož cívka 11 je spojena s rezonančním obvodem 12., jehož frekvence je přímo vyhodnocována číslicovým vyhodnocovacím obvodem.

Čidlo 2 je opatřeno válcovým tělesem 10, ve kterém je proti sobě uložena dvojice feritových jadérek 4, 4'. První feritové jadérko 2 j® pevně spojeno s válcovou vložkou 2, opatřenou na svém obvodu závitem pro nastavování polohy prvního feritového jadérka 2· Druhé feritové jadérko 4' je spojeno s pístkem 6, jehož druhý konec dosedá na pryžovou membránu 7_, na kterou je z druhé strany přenášen tlak z měřeného prostoru. Dvojice feritových jadérek 4,

4' je obklopena cívkou 21» kolem níž je uložena pružná podložka 5_ pro udržování pístku 2 v krajní poloze. Předpětí pružné podložky 2 j® nastavováno prstencovou vložkou 2» která je svým vnějším závitem uložena ve vnitřním závitu válcového tělesa 10 a která dosedá svou čelní prstencovou plochou na pružnou podložku 5, opatřenou na druhé straně o pístek Q.

Tlak je v tomto příkladném provedení přenášen na pryžovou membránu 7 sloupcem kapaliny v kapiláře 2» vedoucí k membráně 2» jejíž druhá strana je vystavena působení tlaku kapaliny nebo plynu. Kapilárou 2 j® snímací čidlo 2 odděleno od měřeného místa a tím je zamezeno přenosu tepla z prostoru před membránou 2· Tepelná roztažnost kapaliny uvnitř kapiláry 2 je eliminována průhybem membrány 2 do prostoru, ve kterém je měřen tlak.

Tlak se přenáší z měřeného prostoru přes membránu 2 ^a sloupec kapaliny v kapiláře 2 na pryžovou membránu T_ a na pístek 2· Zatlačováním pístku 6 proti působení pružné vložky ve formě prstencové pružné podložky 2 ^s® změní vzájemná poloha feritových jadérek 2» 21» protože druhé feritové jadérko 4' je spojeno s pístkem 2» ^a tím dochází ke změně indukčnosti cívky 22, zapojené do rezonančního obvodu 12.

Rezonanční obvod 12 je v konkrétním příkladném provedení (obr. 2) tvořen dvojicí cívek bl, L2, kde první cívka bl má 30 závitů drátu a cívka L2 má 100 závitů. Mezi první cívku bl a druhou cívku L2 je vřazen první kondenzátor C2 a tranzistor T, jehož emitor je spojen přes vřazený trimr R2 s optoelektronickým členem W. S druhou cívkou L2, připojenou ke zdroji +5V, je ještě paralelně zapojen odpor R1 o hodnotě 24 ohmů a druhý kondenzátor Cl, jehož hodnota udává základní frekvenci obvodu. Tranzistor T zesiluje frekvenční signál na hodnoty napětí pro optoelektronický vazebný člen W, jehož pracovní bod je nastaven pomocí trimru R2.

V konkrétním případě byl tlakový snímač nastaven na měřený rozsah tlaků 0 až 15 MPa, pro který je hodnota druhého keramického kondenzátoru Cl 242 pF při hodnotě prvního kondenzátoru C2 M15. Pro tyto hodnoty je mezní frekvence pro 0 MPa 37 kHz, zatímco při hodnotě druhého kondenzátoru Cl rovné 224 pF je frekvence 7 kHz. Pro druhou mezní hodnotu 15 MPa byla v prvním případu stanovena frekvence 10 kHz a ve druhém případu 3 kHz.

Citlivost snímače je v prvním případě 0,0006 MPa/Hz a ve druhém případě 0,004 MPa/Hz. Linearita snímače je závislá na typu pružný podložky !> a na zvoleném předpětí. Pro každou kombinaci těchto parametrů je třeba změřit kalibrační křivku, kterou je nutno uložit do vyhodnocovacího zařízeni.

Změna indukčnosti cívky 11 se projeví ve změně frekvence rezonančního obvodu 12. Hodnoty frekvence rezonančního obvodu 12 jsou snímány a je z nich možno přímo stanovit míru deformace měrného elementu, sestávajícího z dvojice feritových jadérek i_, 4 '. Frekvenci rezonančního obvodu 12 vyhodnocuje číslicový vyhodnocovací obvod.

Claims (3)

1. předmEt vynálezu

   1. Teplotně nezávislé zařízení pro snímání tlaku plynu nebo kapalíny, sestávající ze snímacího čidla, rezonančního obvodu a vyhodnocovacího obvodu, přičemž čidlo je opatřeno cívkou, spojenou s rezonančním obvodem, ve které je axiálně posuvně uloženo jádro, spojené s nosičem, dosedajícím na pružný prvek pro jeho vracení do výchozí polohy a opatřeným plochou, vystavenou tlaku přenášeného z měřeného média, vyznačující se tím, že jádro, uložené v cívce (11), spojené s rezonančním obvodem (12), sestává z dvojice souosých a proti sobě umístěných jadérek (4, 4'), z nichž prvni, zejména feritové jadérko (4) je stavitelně připojeno k tělesu (10) čidla (1) a druhé, zejména rovněž feritové jadérko (4') je spojeno s posuvným pístkem (6), dosedajícím na pružnou podložku (5), na jehož vnější plochu dosedá přenosový prvek pro přenos tlaku z měřeného média.
2. 2. Teplotně nezávislé zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že přenosovým prvkem pro přenos tlaku je sloupec kapaliny v kapiláře (8), uzavřený na opačné straně membránou (9), jejíž opačná plocha je obrácena do prostoru s měřeným médiem, přičemž mezi prostorem kapiláry (8, a pístkem (6) je pružná, zejména pryžová membrána (7).
3. 3. Teplotně nezávislé zařízení podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že rezonanční obvod (12) sestává z dvojice cívek (LI, L2), mezi něž je vřazen kondenzátor (C2) a tranzistor (T) pro zesilování frekvenčního signálu, jehož emitor je spojen přes trimr (R2) s optoelektronickým vazebným členem (W), spojeným s vyhodnocovacím obvodem, přičemž paralelně s druhou cívkou (L2) je zapojen druhý kondenzátor (Cl) a popřípadě odpor (Rl).