RU1811596C

RU1811596C - Differential pressure transducer

Info

Publication number: RU1811596C
Application number: SU894699539A
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Кондрашкин; Виталий Алексеевич Раков
Original assignee: Энгельсское опытно-конструкторское бюро "Сигнал"
Priority date: 1989-06-01
Filing date: 1989-06-01
Publication date: 1993-04-23

Abstract

Изобретение относитс к приборостроению и может быть использовано дл измерени разности давлений жидких и газообразных сред в услови х воздействи вибраций. Цель изобретени -уменьшение габаритов датчика и улучшение его динамических характеристик. Сущность изобретени : нар ду с мембраной 1, установленной в корпусе 2 и соединенной жестким центром с подвижным плунжером 7 дифференциально-трансформаторного преобразовател с разделительной трубкой 4, внутри которой размещен плунжер 7, дифференциальный датчик давлени содержит два сердечника из магнитом гкого материала - первый 5 и второй 9, установленные внутри разделительной трубки 4 по обе стороны плунжера 7 с зазорами относительно него. Зазор дл первого сердечника 5, размещенного со стороны мембраны 1, равен 0,5-1,0, а дл второго сердечника 9 1,5-2,0 величины перемещени центра мембраны 1 при номинальном перепаде давлени . Дл регулировки величины начального выходного сигнала при неподвижных сердечниках на наружной цилиндрической поверхности первого сердечника 5 выполнены две канавки пр моугольного сечени . Уменьшение перемещени центра мембраны позволило повысить собственную частоту подвижной системы датчика и тем самым улучшить динамические характеристики датчика. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to instrumentation and can be used to measure the pressure difference between liquid and gaseous media under conditions of vibration. The purpose of the invention is to reduce the size of the sensor and improve its dynamic characteristics. SUMMARY OF THE INVENTION: in addition to a membrane 1 installed in a housing 2 and connected by a rigid center to a movable plunger 7 of a differential transformer converter with a dividing tube 4, inside of which a plunger 7 is placed, the differential pressure sensor contains two cores of magnetically soft material - the first 5 and the second 9, installed inside the separation tube 4 on both sides of the plunger 7 with gaps relative to it. The gap for the first core 5, located on the side of the membrane 1, is 0.5-1.0, and for the second core 9, 1.5-2.0 the displacement of the center of the membrane 1 at a nominal pressure drop. To adjust the magnitude of the initial output signal when the cores are stationary, two grooves of a rectangular cross section are made on the outer cylindrical surface of the first core 5. Reducing the displacement of the center of the membrane has made it possible to increase the eigenfrequency of the moving sensor system and thereby improve the dynamic characteristics of the sensor. 1 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Изобретение относитс к авиационному приборостроению, а именно к приборам дл измерени разности давлений жидких или газообразных сред в системах летательных аппаратов.The invention relates to aircraft instrumentation, and in particular to devices for measuring the pressure difference of liquid or gaseous media in aircraft systems.

Это перемещение может быть обеспечено и обеспечиваетс на практике применением мембранных коробок и м гких (неметаллических) мембран с достаточно большими диаметрами и низкими собственными частотами. Сущность изобретени состоит в том, что в предлагаемой конструкции дифференциального датчика с мембранным чувствительным элементом и дифференциально-трансформаторным преобразователем в разделительной трубке из немагнитного материала, закрепленной одним концом на корпусе, последовательно установлены с определенными зазорами верхний сердечник, плунжер и нижний сердечник .This movement can be ensured and is ensured in practice by the use of membrane boxes and soft (non-metallic) membranes with sufficiently large diameters and low natural frequencies. The essence of the invention lies in the fact that in the proposed construction of a differential sensor with a membrane sensitive element and a differential transformer converter in a dividing tube of non-magnetic material fixed at one end to the housing, the upper core, plunger and lower core are sequentially installed with certain gaps.

Плунжер св зан с центром мембраны штоком, проход щим через нижний сердечник .The plunger is connected to the center of the membrane by a rod passing through the lower core.

Снаружи трубки установлен кольцевой магнитопровод, представл ющий в разрезе обойму Ш-образной формы, средний полюс которого обращен к плунжеру, а крайние - к верхнему и нижнему сердечникам соответственно . При этом в нижнем сердечнике против полюса магнитопровода (нижн стенка) выполнены две канавки глубиной, равной 0,5-0,8 толщины нижнего полюса и шириной нижней и верхней канавки в 1,5 и 2 раза соответственно превышающей толщину нижнего полюса сердечника. Между канавками расположена перегородка, толщина которой равна толщине нижнего полюса сердечника. Соотношение этих размеров подобраны экспериментально.An annular magnetic core is installed outside the tube, which is a sectional clip of a U-shaped form, the middle pole of which is facing the plunger, and the extreme ones are facing the upper and lower cores, respectively. In this case, two grooves with a depth equal to 0.5-0.8 of the thickness of the lower pole and the width of the lower and upper grooves 1.5 and 2 times respectively greater than the thickness of the lower pole of the core are made in the lower core against the pole of the magnetic circuit (bottom wall). Between the grooves is a partition whose thickness is equal to the thickness of the lower pole of the core. The ratio of these sizes are selected experimentally.

В такой конструкции выходной сигнал датчика будет зависеть не от перераспределени площадей, а от перераспределени зазоров между торцевыми плоскост ми плунжера и сердечников. Это позволило обеспечить мощный выходной сигнал при малом (0,02-1 мм) перемещении плунжера, т.е. применить мембрану с гораздо меньшим диаметром, повысить динамические характеристики подвижной системы и датчики в целом.In this design, the sensor output will not depend on the redistribution of the areas, but on the redistribution of the gaps between the end planes of the plunger and the cores. This made it possible to provide a powerful output signal with a small (0.02-1 mm) displacement of the plunger, i.e. apply a membrane with a much smaller diameter, increase the dynamic characteristics of the moving system and the sensors as a whole.

На чертеже приведена конструктивна схема предлагаемого дифференциального датчика.The drawing shows a structural diagram of the proposed differential sensor.

Упругий чувствительный элемент 1 - металлическа мембрана с номинальной величиной перемещени центра 0,2 мм герметично закреплена в корпусе 2. Корпус имеет внутреннюю перегородку 3, в центре которой выполнено отверстие. В это отвер0The elastic sensing element 1 is a metal membrane with a nominal center displacement of 0.2 mm, which is hermetically fixed in the housing 2. The housing has an internal partition 3, in the center of which an opening is made. This is a hole0

55

00

55

00

55

00

55

00

55

стие вставлена разделительна трубка 4 из немагнитного материала - нержавеющей стали - и герметично приварена к перегородке 3. В трубке 4 установлен и приварен к ней сердечник 5, выполненный в виде втулки , на цилиндрической поверхности которой имеютс две канавки пр моугольного сечени . В отверстии сердечника 5 установлен шток 6, жестко соединенный одним концом с мембраной 1. Шток выполнен из немагнитного материала. На втором конце штока б установлен плунжер 7, вл ющийс подвижным корем электромагнитной системы , Плунжер 7 прикреплен к штоку 6 винтом 8 и saKOHtpen лазерной сваркой. В верхней части разделительной трубки 4 вставлен и герметично приварен верхний сердечник 9. Между верхним сердечником и плунжером установлен зазор (5i 1,5-2, а между нижним сердечником и плунжером зазор дг 0,5-1 величины перемещени центра мембраны при заданном номинальном перепаде давлений.A separation tube 4 of non-magnetic material - stainless steel - is inserted and hermetically welded to the partition 3. In the tube 4, a core 5 is made and welded to it, made in the form of a sleeve, on the cylindrical surface of which there are two grooves of rectangular cross section. A rod 6 is mounted in the hole of the core 5, rigidly connected at one end to the membrane 1. The rod is made of non-magnetic material. A plunger 7 is installed at the second end of the rod b, which is the moving core of the electromagnetic system. The plunger 7 is attached to the rod 6 by a screw 8 and saKOHtpen by laser welding. An upper core 9 is inserted and hermetically welded in the upper part of the separation tube 4. A gap is installed between the upper core and the plunger (5i 1.5-2, and between the lower core and the plunger there is a gap dg 0.5-1 of the displacement of the center of the membrane at a given nominal differential pressure.

Величины зазоров 5i и fa получены экспериментально, исход из обеспечени наилучшей линейности характеристики датчика . Нижний сердечник 5, плунжер 7 и верхний сердечник 9 выполнены из магнитсм гкого материала и вл ютс элементами магнитной цепи дифференциально-трансформаторного преобразовател .The values of the gaps 5i and fa were obtained experimentally, based on ensuring the best linearity of the sensor characteristics. The lower core 5, the plunger 7 and the upper core 9 are made of soft magnetic material and are elements of the magnetic circuit of a differential transformer converter.

На разделительную трубку 4 идет магнитопровод 10, выполненный из магнито- м гкого материала, внутри которого установлены обмотки 11 и 12 дифференциально-трансформаторного преобразовател . Магнитопровод лапками, выполненными по середине образующей цилиндрической поверхности установлен на приливах корпуса и закреплен винтами 13. Его положение по вертикальной оси регулируетс мерными прокладками 14. После регулировки винты 13 и прокладки 14 контр т лазерной сваркой .A magnetic core 10 is made to the separation tube 4, made of soft magnetic material, inside of which are installed the windings 11 and 12 of the differential transformer converter. The magnetic core with tabs made in the middle of the generatrix of the cylindrical surface is mounted on the tides of the housing and secured with screws 13. Its position along the vertical axis is regulated by measuring spacers 14. After adjustment, the screws 13 and the spacers 14 are counter-welded by laser welding.

Корпус сверху закрываетс крышкой 15 котора герметично свариваетс с корпусом 2.The housing is closed from above by a lid 15 which is hermetically welded to the housing 2.

Работа датчика заключаетс в следующем . Давление PI и 2, разность которых необходимо измерить подаютс в герметичные полости датчика и воздействуют на мембрану с разных ее сторон. Под действием разности давлений () центр мембраны перемещаетс и перемещаетс плунжер, измен первоначально установленные верхний и нижний зазоры между сердечниками и плунжером.The operation of the sensor is as follows. The pressure PI and 2, the difference of which must be measured, are supplied to the sealed cavities of the sensor and act on the membrane from different sides. Under the influence of the pressure difference (), the center of the membrane moves and the plunger moves, changing the initially set upper and lower gaps between the cores and the plunger.

Это приводит к перераспределению магнитных сопроти.влений в дифференциально-трансформаторном преобразователе и изменению выходного сигнала пропорционально перепаду давлений.This leads to a redistribution of magnetic resistance in the differential transformer converter and a change in the output signal in proportion to the differential pressure.

В предлагаемой конструкции введена наружна регулировка величины начального выходного сигнала (при перепаде давле- ний равном нулю) путем перемещени вдоль разделительной трубки всего цилиндрического магнитопровода с катушками относительно двух канавок пр моугольной формы на цилиндрической поверхности нижнего сердечника, разделенных перегородкой , толщина которой равна толщине нижнего полюса (стенки) магнитопровода, а ширина нижней и верхней проточки превы- шаеттолщину в 1,5 и 2 раза соответственно.The proposed design introduced external adjustment of the initial output signal (at a pressure difference of zero) by moving along the separation tube the entire cylindrical magnetic circuit with coils relative to two grooves of a rectangular shape on a cylindrical surface of the lower core, separated by a partition whose thickness is equal to the thickness of the lower pole (walls) of the magnetic circuit, and the width of the lower and upper grooves exceeds the thickness by 1.5 and 2 times, respectively.

Нижний сердечник приварен к трубке и при сборке и регулировке датчика перемещатьс не может. Регулировка максимальной величины выходного сигнала осуществл етс традиционно вертикальным перемещением верхнего сердечника в разделительной трубке с последующей его герметичной сваркой с верхним .концом трубки в отрегулированном положении. The lower core is welded to the tube and cannot be moved during assembly and adjustment of the sensor. The adjustment of the maximum value of the output signal is carried out traditionally by vertical movement of the upper core in the separation tube, followed by its hermetic welding with the upper end of the tube in the adjusted position.

Таким образом новыми существенными отличительными признаками предлагаемой конструкции датчика разности давлений вл ютс : установка в разделительной немаг- нитной трубке двух сердечников из магнитом гкого материала с зазором между верхней плоскостью нижнего сердечника и нижней плоскостью плунжера равным 0,5- 1, а между нижней плоскостью верхнего сердечника и верхней плоскостью плунжера равным 1,5-2 от величины перемещени центра мембраны при заданном номинальном перепаде давлений; применение нижнего сердечника специальной формы с двум канавками пр моугольного сечени и перегородкой, выполненными на цилиндрической поверхности сердечника, при этом толщина перегородки равна толщине нижнего полюса (стенки) магнитопровода, а ширина нижней и верхней канавок в 1,5 и 2 раза превышает эту толщину соответственно .Thus, the new significant distinguishing features of the proposed design of the pressure difference sensor are: installation in the non-magnetic separation tube of two cores of magnetically soft material with a gap between the upper plane of the lower core and the lower plane of the plunger equal to 0.5-1, and between the lower plane of the upper core and the upper plane of the plunger equal to 1.5-2 of the displacement of the center of the membrane at a given nominal pressure drop; the use of a special-shaped lower core with two grooves of rectangular cross-section and a partition made on the cylindrical surface of the core, the thickness of the partition being equal to the thickness of the lower pole (wall) of the magnetic circuit, and the width of the lower and upper grooves 1.5 and 2 times greater than this thickness, respectively .

Эти признаки позволили обеспечить р - боту преобразовател по измен ющимс зазорам (а не по измен ющимс площад м как в прототипе), применить в нем малогабаритную мембрану с перемещением центра 0,2 мм и этим самым уменьшить габариты и массу датчика разности давлений.These features made it possible to ensure that the converter operates in varying clearances (and not in varying areas as in the prototype), to use a small-sized membrane with a center displacement of 0.2 mm, and thereby reduce the size and weight of the differential pressure sensor.

При уменьшении перемещени центра мембраны датчика повысилась собственна частота его подвижной системы и соответственно повысились динамические характеристики .With a decrease in the displacement of the center of the sensor membrane, the natural frequency of its moving system increased and, accordingly, the dynamic characteristics increased.

Claims

1. A differential pressure sensor comprising a membrane mounted in a housing and connected by a rigid center to a movable plunger of a differential transformer transducer with a dividing tube, inside which a plunger is placed, characterized in that, in order to reduce the dimensions of the sensor and improve its dynamic characteristics, it introduced two cores of magnetically soft material installed inside the separation tube on both sides of the plunger with gaps relative to it, with a gap for the first heart nick hosted by the membrane is 0.5-1.0, and 1.5-2.0 for vtorogo- amount of movement of the center of the membrane at a nominal pressure differential,

2. The pressure sensor according to claim 1, with the exception that in order to provide adjustment of the magnitude of its initial output signal when the cores are stationary, two grooves of a rectangular section are made on the outer cylindrical surface of the first core wherein the distance between the grooves is chosen equal to the thickness of the corresponding pole of the magnetic circuit of the differential transformer transducer, the width of the first groove located in the transducer zone being 1.5, and the second located outside the transformer zone zovatel - 2.0 of the distance between the grooves.