RU1781574C - Pressure difference pickup - Google Patents

Pressure difference pickup

Info

Publication number
RU1781574C
RU1781574C SU904834779A SU4834779A RU1781574C RU 1781574 C RU1781574 C RU 1781574C SU 904834779 A SU904834779 A SU 904834779A SU 4834779 A SU4834779 A SU 4834779A RU 1781574 C RU1781574 C RU 1781574C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
console
cantilever
rigid partition
transducer
sensor
Prior art date
Application number
SU904834779A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Владимирович Сударев
Игорь Константинович Шитов
Борис Осипович Ирашин
Юрий Павлович Тихомиров
Виктор Николаевич Уваров
Original Assignee
Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения filed Critical Всесоюзный научно-исследовательский технологический институт энергетического машиностроения
Priority to SU904834779A priority Critical patent/RU1781574C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1781574C publication Critical patent/RU1781574C/en

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

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.Usage: in instrumentation and can be used to measure the differential pressure or flow rate of liquid and gas SUMMARY OF THE INVENTION: a rigid partition is placed in the sensor housing, on both sides of which membranes are made of elastic material. Under the action of the differential pressure, the console is made in a rigid partition deviates, and on the displacement transducer into an electric signal located in the groove of the rigid partition at the free end of the console, a mismatch signal appears, the value which is a measure of pressure. The transducer of movement into an electrical signal is made in the form of an eddy current sensor. 3 ill.

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.The invention relates to instrumentation and can be used in the development of highly sensitive pressure difference converters, liquid and gas flow meters, and the like. appliances.

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.When diagnosing modern gas turbine engines (GTE), it is required to measure very small pressure drops of 10-5C 0 Pa in the frequency range 0-1000 Hz under conditions of high static pressure of 10 MPa or more.

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.Known pressure differential transducers containing receiving membranes and strain-gauge lever-membrane type. The pressure difference causes deflection of the membranes, which deforms the sensitive elements of the genomemodule by means of a lever. An electrical signal from the strain gauge module is applied to an electronic normalization amplifier.

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,Despite the fact that the known strain gauges are accurate and meet the requirements, they have the following disadvantages: zero offset of the output signal, and sometimes a change in characteristic over time; the effect of temperature on the readings of the converter, although it contains elements for temperature compensation,

Кроме того, они имеют большие габариты и вес, низкую надежность и высокую стоимость. Поставка отечественной промышленностью тензопреобразователей лимитируетс  из-за дефицита полупроводниковых тензомодулей,In addition, they have large dimensions and weight, low reliability and high cost. The supply of strain gauges by the domestic industry is limited due to a shortage of semiconductor strain gauges,

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.The closest in technical essence and the achieved result is a parametric-type pressure difference sensor containing a housing with two inlet fittings, between which a transducer for displacement into an electrical signal and a rigid bulkhead is installed, on which both membranes are placed on both sides, and also a signal processing circuit.

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 .The sensor is a capacitive type converter, on the rigid partition of which a central electrode is formed, and the membranes function as movable electrodes. Thanks to the rigid core connecting the centers with the membrane to their profiling, high metrological characteristics were achieved by converting the bodies.

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%) иHowever, the disadvantages of the sensor include a narrow range of operating pressures, the upper limit of which is not more than 0.15 MPa. Expanding the operating range of the sensor requires an increase in the thickness of the membranes, which is associated with the loss of its sensitivity. In addition, the known sensor has additional errors due to non-linearity (0.3%). hysteresis (0.5%) and

температуры (0,05% %temperature (0.05%%

°С° C

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности датчика к перепаду высоких статических давлений.An object of the invention is to increase the sensitivity of the sensor to high static pressure drops.

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 The goal is achieved in that in the pressure difference sensor containing the displacement transducer into an electric signal, a rigid partition and membranes, the displacement transducer is made in the form of an eddy current sensor, and a U-shaped through groove is made in the rigid partition to form a cantilever, while the eddy current sensor placed in the groove of the rigid partition in the area of the free end of the console, and the membranes are made of elastic material and are located on the surfaces of the rigid partition made of metal, and the length I onsoli selected from ratios

ъгugg

I I

ткmk

где Е - модуль упругости материала жесткой перегородки;where E is the modulus of elasticity of the material of the rigid partition;

b - ширина консоли;b is the width of the console;

h - толщина консоли;h is the thickness of the console;

mk - масса консоли;mk is the mass of the console;

Тг, - врем  перепада давлени .Tg is the pressure differential time.

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,In the known sensor, in contrast to the prototype, an elastic cantilever and a groove are formed in the rigid partition in which the current transducer is installed. This allowed on the one hand to increase the sensitivity of the converter by using the cantilever effect, and on the other hand, to expand its operating range due to the high mechanical strength of the sensor

- 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- The totality of the signs given the totality is not found in the scientific, technical and patent literature. Individual features of the invention are known in other populations, where they are

различные свойства.various properties.

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 - площадьKnown console with linear displacement of the free end, which is loaded with concentrated force F. In the proposed device, the console is made in one piece with a rigid partition and load. evenly distributed over its area by pressure. Since the cantilever deflection is proportional to the force F - PS, where P is the measured pressure, S is the area

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.console, the sensitivity of the converter can be significantly increased by using the area S of the console. The deviation of the free part of the cantilever is measured using an eddy current transducer. This solution made the eddy current transducer flat and installed at the end of the console in the groove of the rigid partition. In the present device, in addition to the well-known properties inherent in the considered features, there is a combination of such conditions that lead to the appearance of new features in these features.

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  консолиSo, a system consisting of a console and an eddy-current displacement transducer, unlike the prototype, is free from disadvantages such as hysteresis, nonlinearity, and temperature. The console has displacement from fractions of a micron to one millimeter and is made of high-quality temperature-resistant materials. Moving the end of the console measured by eddy current transducer having an operating range exceeding the range of movement of the console

В за вл емом преобразователе воспринимающие давление мембраны выполнены из эластичного материала. ОсновныеIn the inventive transducer, pressure sensing membranes are made of an elastic material. The main

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 воспринимаютthe purpose of the membranes is to isolate the receiving chambers from each other. Since a pressure difference of the same order is measured, the requirements for the mechanical strength of the membranes are insignificant. They perceive

лишь перепад давлений, а противодействующа  сила, в отличие от известных устройств , создаетс  самой консолью. Дл  исключени  возможности отхода мембран от консоли при измерении давлений нижеit’s only a pressure drop, and the opposing force, unlike the known devices, is created by the console itself. To exclude the possibility of membranes moving away from the console when measuring pressures below

атмосферного полость между ними может быть вакуумировзнэthe atmospheric cavity between them may be vacuumed

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:Compared to metal membranes, the receiving surface of which is limited by the nonlinearity of the transducer, the working surface of the console can be chosen large enough. It can be shown that the deviation D (5 of the end of the console under the action of the measured differential pressure A P is:

Лв Lv

Et3Et3

(1)(1)

гдеWhere

- длина консоли,- console length

t - толщина консоли;t is the thickness of the console;

Е - модуль упругости материала консоли .E is the modulus of elasticity of the material of the console.

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 .As can be seen from the expression (1), the movement of the free end of the console depends on the length of the console to the fourth degree. Varying the length of the cantilever within small limits, it is possible to widely control the movement of its free end and obtain a correspondingly high resolution of the transducer. Having a set of identical plates with consoles of different lengths made in them, you can easily assemble the transducers for any pressure

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 .It should be noted that the choice of console length is not unlimited. The maximum allowable cantilever length is limited by the differential pressure time. When designing the converter, it is necessary to choose the length of the console, starting from the expression.

зs

0,30.3

Е bh3rЈE bh3rЈ

ГГ1кGG1k

где Е - модуль упругости материала жесткой перегородки;where E is the modulus of elasticity of the material of the rigid partition;

b,h - ширина и толщина консоли;b, h - width and thickness of the console;

mk - масса консоли;mk is the mass of the console;

тп врем  перепада давлени .mp differential pressure time.

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 .In FIG. 1 shows a rigid partition with a console, a displacement transducer and a normalizing amplifier; in FIG. 2 is a transverse section of the sensor, side view; in FIG. 3 is a waveform illustrating the operation of the converter.

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  иThe differential pressure sensor contains a rigid partition 1. in which the console is cut out by an electroerosive or laser method 2. The gap between the console and the partition is not more than 400 microns. A groove 3 is made in the partition, in which a vortex transducer 4 is installed. The gap between the ends of the displacement transducer and the console is 400 microns. The sensor output is connected to the filtration unit 5 and a normalizing amplifier 6. Elastic membranes 7 and 8 are applied on the surface of the partition from two sides. of thin rubber Partition 1, the transducer L displacement and

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 черезmembranes 7.8 are installed between two pressure receiving chambers 9 and 10. The receiving chambers are provided with protrusions 11 and 12 to limit the travel of the console. The sensor assembly is secured with screws passing through

сквозные отверсти  13 и 14.through holes 13 and 14.

Датчик работает следующим образом. При равенстве давлений PI и Р2 консоль находитс  в нейтральном положении и на выходе нормирующего усилител  сигналThe sensor operates as follows. If the pressures PI and P2 are equal, the console is in the neutral position and the signal output from the normalizing amplifier

равен нулю. При перепаде давлени , когда , консоль отклон етс  от положени  равновеси  пропорционально измер емому давлению Р. Отклонение консоли измер етс  с помощью вихретоковогоequal to zero. At a pressure differential, when, the cantilever deviates from the equilibrium position in proportion to the measured pressure P. The cantilever deviation is measured using eddy current

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).a transducer, the signal from which, after filtering, enters the input of the normalizing amplifier 6. Due to the constructive isolation of the ends of the cantilever and the eddy current transducer, the sensor is insensitive to temperature changes. The effect of aftereffect and hysteresis in it is minimized due to the implementation of a partition made of a 70NHBMYu precision alloy, in which the physicomechanical properties are stable up to a temperature of 500 ° C. The resolution of the sensor is 10 Pa (see Fig. 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 .The use of the proposed technical solution in the national economy of the country will improve the accuracy and reliability of diagnostic tools for gas turbine engines, power plants, gas and oil pipelines, etc. equipment.

Claims (1)

Формула изобретени The claims 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 жесткойA pressure difference sensor comprising a housing with two supply fittings, between which a displacement transducer into an electrical signal and a rigid partition are installed, on which both membranes are placed on both sides, characterized in that, in order to increase the sensitivity, the displacement to electric signal transducer is made therein in the form of an eddy current sensor, and in the rigid partition a U-shaped through groove is made with the formation of the console, while the eddy current sensor is placed in the groove of the rigid partition and in the the rim end of the console, and the membrane where E is the elastic modulus of the rigid material рачы выполнены из эластичного материала иперегородки:Crayons are made of elastic material and partitions: расположены на поверхност х жесткой перегородки выполненной из металла, причем длина I консоли выбрана из соотношени  5located on the surfaces of a rigid partition made of metal, and the length I of the console is selected from a ratio of 5 b ширина консоли, h - толщина консоли: mk масса консоли: гп врем  перепада давлени .b cantilever width, h - cantilever thickness: mk cantilever mass: gp differential pressure time. ,/, / I I V Е b h3 ЈV E b h3 Ј ГПкGPC b ширина консоли, h - толщина консоли: mk масса консоли: гп врем  перепада давлени .b cantilever width, h - cantilever thickness: mk cantilever mass: gp differential pressure time. ... 2Ы Фиг .1... 2Y Fig. 1 ш ЙР т w yr t л«Т t: i, l “T t: i, ,чГ2 Ч-i- J { - -Л , hG2 H-i- J {- -L ,jR$ f ,%}Ј, jR $ f,%} Ј ; ; r&/;Ј .,. Лза x1 u.J Jfvjl S ,    ; ; r &/; Ј.,. Lza x1 u.J Jfvjl S, таГ Г л УTAG G L U v( v ( ViUj-w. П i л « . ViUj-w. P i l ". K w iJ «i t r с i j «r Ј v д i f-f v tvwt w:K w iJ "i t r with i j" r Ј v d i f-f v tvwt w: Г1, «. v  з«- ч « TI TA v.gp ;i{I г S G1, ". v s “- h“ TI TA v.gp; i {I g S S ч j J&cWS h j J & cW в- -ч.г - - ГртТО W- fh-hr - - GtTO W- f bWldL; 4 $ rCfcf i jJiW + W MS r / - .it. V bWldL; 4 $ rCfcf i jJiW + W MS r / - .it. V ,, . -. -, ,т s-jj да, r   ,,. -. -,, t s-jj yes, r .JlL.i jk.JlL.i jk SES SKsJSSES SKsJS г Jg j
SU904834779A 1990-06-05 1990-06-05 Pressure difference pickup RU1781574C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904834779A RU1781574C (en) 1990-06-05 1990-06-05 Pressure difference pickup

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU904834779A RU1781574C (en) 1990-06-05 1990-06-05 Pressure difference pickup

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1781574C true RU1781574C (en) 1992-12-15

Family

ID=21518450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU904834779A RU1781574C (en) 1990-06-05 1990-06-05 Pressure difference pickup

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1781574C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Приборы и средства автоматизации. Каталог. Часть 1, 1.2, М.. Информприбор, 1988, с. 50-57. Контрольно-измерительна техника Экспресс-информаци 1989, №43, с. 12-19. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1883798B1 (en) Pressure sensor using compressible sensor body
US4381680A (en) Mass flow meter
US8656785B1 (en) Multi-diaphragm pressure sensors
US3289134A (en) Gaged diaphragm pressure transducer
US3444736A (en) Square root responsive pressure transducers
US3910106A (en) Transducer
US4017819A (en) Pressure transducer
RU1781574C (en) Pressure difference pickup
US3363456A (en) Cantilever beam transducers
US2979955A (en) Pressure responsive systems
CN215114777U (en) Strain beam sensing device with double stress models
Kalinkina et al. Analysis and design of pressure sensors for micromechanical integrated pressure sensors
Jindal et al. Novel MEMS piezoresistive sensor with hair-pin structure to enhance tensile and compressive sensitivity and correct non-linearity
KR900000657B1 (en) Cylindrical force transducer beam
US3427884A (en) Differential pressure transducer
RU2014579C1 (en) Force sensor
US3277720A (en) Pressure sensor
US10775247B1 (en) Capacitive shift-force sensor
SU1737291A1 (en) Pressure sensor
SU777516A2 (en) Strain-gauge pressure drop transducer
SU534657A1 (en) Strain gauge force sensor
RU1796934C (en) Capacitive differential-pressure gage
SU667838A1 (en) Pressure pickup
Mikhailov Research and analysis of structures and technologies used in elastic elements of metal-film sensors of rocket and space technology
SU1425482A1 (en) Resistance strain gauge force cell