RU2003064C1 - Датчик давлени - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и позвол ет с высокой степенью простоты измер ть давление в разнообразных средах, например, давлени  сыпучих веществ, газов, жидкостей, тоердых тел, а также может быть использовано в медицине, например, дл  индикации давлени  пов зки на кожу пациента, в том числе дл  индикации распределенных полей давлени , например, противоожогового костюма, либо высотного костюма пилота.

Известен волоконно-оптический датчик давлени , содержащий корпус, мембрану, состо щую из центральной и периферических частей, отражатель, установленный в центре мембраны, пучка световодов, объединенные концы которых сформированы в виде чередующихс  подвод щих и отвод щих поток света концентрических пучков световодов, расположенных коаксиально напротив отражател  на определенном рас- сто нии, а разделенные концы пучков световодов подведены соответственно к источнику света и фотоприемнику. Кроме того, укладка торцев, отвод щих поток света волоконных световодов в концентрических кольцевых пучках, выполнена с переменной плотностью по закону обратной нелинейности световой характеристики фотоприемника .

Недостатком известного устройства  вл ютс  высока  сложность и стоимость, большие габариты и низкие эксплуатационные и функциональные возможности, поскольку сам датчик не способен отображать информацию о величине давлени , в св зи с этим необходимо использование сложной, дорогой и громоздкой оптико-электронной аппаратуры с источниками электропитани .

Известен чувствительный элемент датчика давлени , содержащий расположенные параллельно верхнюю и нижнюю пластины, между которыми расположено рабочее тело. Кроме того, рабочее тело представл ет собой сетку из стальной-про- волоки, предварительно цементируемой и закаленной, а пластины выполнены из ме- тйлла, твердость которого больше твердости материала сетки.

Недостатками известного устройства  вл ютс  низкие функциональные возможности , низка  чувствительность, а также низкие эксплуатационные возможности в св зи с однократностью применени , поскольку примен ема  в качестве рабочего тела стальна  сетка по причине совмещени  в датчике функции отображени  величины давлени  выполнена деформируемой необратимо .

Целью предлагаемого изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей за счет совмещени  в нем функции измерительного устройства и устройства отображени  информации о величине давлени , о распределенном поле давлений, а также повышение чувствительности при одновременном упрощении конструкции ,

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном чувствительном элементе датчика давлени  рабочим телом  вл етс  жидкий краситель, верхн   пластина выполнена из прозрачного материала, а нижн   пластина выполнена с отражающей внутренней поверхностью, белой или зеркальной, причем , торцовые части обеих пластин соедине- ны эластичной герметичной манжетой. Кроме того, в нем о верхней и нижней иластинах с внутренней стороны в центре выполнены углублени  полусферической

формы,- краситель расположен в центре

между пластинами в виде капли, частично в

углублени х, причем внешние поверхности

пластин выполнены выпуклой формы, а на верхней пластине нанесена шкала, програ- дуированна  в единицах давлени . Кроме того, в нем краситель выполнен из несмачивающей материал пластин жидкости. Кроме

того, в него введены кольцевые магниты, закрепленные на -каждой пластине с внутренней стороны по их периферии, причем магниты сориентированы одноименными полюсами навстречу друг другу.

На фиг. 1 изображена схема датчика давлени , работающего в индикаторном режиме в исходном состо нии; на фиг.2 - схема датчика давлени , работающего в индикаторном и измерительном режимах в

исходном состо нии; на фиг.З - схема датчика давлени  без пружинных элементов дл  измерени  малых давлений в узком диапазоне изменени ; на фиг.4 - схема индикаторного датчика при воспри тии

давлени ; на фиг.5 - схема измерительного датчика при действии на него давлени ; на фиг.б-;датчик давлени  при виде в плане в случае углублений 7 несферической формы; на фиг.7 - схема датчика давлени  с посто ниыми магнитами и внешней эластичной оболочкой; на фиг.8 - схема датчика давлени  с посто нными магнитами и внутренней эластичной оболочкой; на фиг.9 - схема применени  датчика давлени  по фиг.З; на

фиг.10 - схема датчика давлени  дл  измерени  и индикации распределенного пол  давлений.

Датчик давлени  (фиг.1) состоит из верхней прозрачной пластины 1 и нижней пластины 2, воспринимающей давление, между

пластинами по краю расположен пружинный элемент 3, пластины 1 и 2 соединены по периметру герметичной эластичной манжетой А, жидкий краситель 5 находитс  в пространстве 6 между пластинами 1 и 2 и  вл етс  рабочим телом. При измерении малых абсолютных значений давлений в небольшом диапазоне изменени  пружинный элемент 3 может отсутствовать (фиг.З).

Датчик давлени  с измерительной функцией (фиг,2) содержит пластины 1 и 2 полусферической формы,, в центре которых с внутренней стороны выполнены углублени  7, на внешней поверхности пластины 1 нанесена шкала 8. проградуированна , например , в единицах давлени . Углублени  7 в пластине могут быть выполнены любой формы (фиг.6), с целью линеаризации характеристик датчика, либо наоборот, введени  функциональной зависимости между входной и выходной величинами. Датчик давлени  с посто нными магнитами в качестве упругого элемента (фиг.7) содержит вместо пружинного элемента 3 (фиг.1,2) посто нные магниты 9, расположенные в уступе по периметру верхней 1 и нижней 2 пластин, причем так, что одноименные полюса магнитов двух пластин обращены друг к другу по всему периметру.

Датчик давлени  (фиг.8) содержит эластичную герметическую манжету 4, соедин ющую выступающие центральные части пластин со стороны их внутренней поверхности таким образом, что манжета 4 целиком расположена внутри датчика давлени .

Датчик давлени  (фиг. 1) работает следующим образом.

Верхн   пластина 1 датчика давлени  неподвижна и  вл етс  прозрачной. Через нее осуществл етс  считывание информации о давлении. Нижн   пластина 2  вл етс  приемником измер емого и индицируемого давлени . В отсутствии давлени  пружинный элемент 3, работающий на сжатие, и эластична  манжета 4 наход тс  в свободном состо нии и рабочее тело 5 - краситель - наход тс  в пространстве между пластинами б в случае, когда датчик выполн ет лишь индикаторную функцию (фиг.1), либо сосредоточен в центре пространства 6 между пластинами в центральных углублени х 7, в варианте датчика давлени , когда он выполн ет индикаторную и измерительную функции (фиг.2). При действии давлени  на нижнюю пластину 2, направленного вверх относительно неподвижной верхней пластины 1, происходит перемещение навстречу ей нижней пластины 2 так, что под действием давлени  происходит деформаци  эластичной манжеты 4 и

сжатие пружинного элемента 3 (при измерении низких давлений в варианте датчика пружинный элемент 3 может отсутствовать). В результате этого рассто ние между пла- 5 стинами 1 и 2 уменьшаетс , вследствие чего краситель 5 выдавливаетс  за пределы пластин 1 и 2 в эластичную манжету 4, а слой его между пластинами 1 и 2 становитс  тоньше (фиг.4). При этом, со стороны прозрачной

0 верхней пластины 1 в отраженном от нижней пластины свете наблюдаетс  посветле- ние красител  (за счет уменьшени  толщины его сло  между пластинами), что свидетельствует о приложении давлени . В

5 этом случае датчик работает как индикаторный элемент, по состо нию которого можно судить о наличии давлени , либо превышении его над пороговой величиной, определ емой по определенной насыщенности

0 цвета сло  красител .

В случае, когда датчик выполн ет также измерительную функцию (фиг.2), краситель 5 сосредоточен в виде капли в центре углублений 7 пластин 1 и 2, а ноль давлени  (либо

5 начальное значение) определ етс  по исходному диаметру раздавленной капли красител  5, наблюдаемой со стороны прозрачной верхней пластины 1. При приложении давлени  к нижней пластине 2 по

0 направлению вверх происходит сжатие пружинного элемента.,3 и деформаци  эластичной манжеты 4, а также уменьшение рассто ни  б между пластиками 1 и 2, за счет смещени  вверх нижней пластины 2

5 относительно неподвижной верхней пластины 1, что приводит, в свою очередь, к раздавливанию капли красител  5 и увеличению ее диаметра. Это наблюдаетс  с внешней стороны прозрачной пластины 1,

0 котора  может быть выпуклой, что дает увеличение изображени  капли и расширение угла ее обзора. Величина приложенного давлени  считываетс  по изменению диаметра капли относительно шкалы 8, наке5 сенной на внешнюю поверхность верхней пластины 1, котора  может быть проградуи- рована в единицах давлени . Дл  обеспечени  равномерности шкалы давлени , либо обеспечени  заданной функциональной за0 висимости (например, логарифмической) диаметра капли от прикладываемого давлени , углублени  7 в пластинах 1 и 2 могут иметь профильную в плане форму (фиг.6). При прекращении действи  давлени 

5 на нижнюю пластину пружинный элемент 3 и эластична  манжета 4 распр мл ютс , и нижн   пластина 2 (фиг.1) занимает исходное положение относительно верхней пластины 1, зазор между ними приобретает первоначальную форму (ширину), краситель

5 под действием сил поверхностного нат жени  возвращаетс  в пространств 6 между пластинами 1 и 2, слой его увеличивает толщину до первоначальной, в результате чего темнеет до исходного состо ни . В измерительном варианте датчика (фиг.2) капл  5 под действием сил поверхностного нат жени  уменьшает свой диаметр до первоначального . Вместо пружинного элемента 43 в датчике давлени  могут быть применены кольцевые посто нные магниты 9, расположенные в уступах верхней и нижней пластин 2 по периметру и работающие на отталкивание за счет того, что обращены друг к другу одноименными полюсами (фиг.7). В качество посто нных магнитов 9 может служить слой магнитного лака. Датчик, снабженный посто нными магнитами 9, может служить также дл  индикации напр женности магнитного пол , поскольку внешнее магнитФормула изобретений

Claims (5)

1.ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ, содержащий расположенные параллельно еерхнюю и нижнюю пластины, между которыми расположено рабочее тело, отличающийс  тем, что в нем в качестве рабочего тела использован жидкий краситель, верхн   пластина выполнена из прозрачного материала, а нижн   пластина выполнена с отражающей внутренней пбверхностыо, белой или зеркальной, причем торцевые части обеих пластин соединены эластичной герметичной манжетой.

2.Датчик давлени  по п,1, отличающийс  тем, что в нем в верхней и нижней пластинах с внутренней стороны в центре

выполнены углублени  полусферической формы, краситель расположен о центре между пластинами в виде капли, частично

ное поле, в которое помещаетс  такой датчик , будет воздействовать на поле посто нных магнитов 9. В результате этого происходит сжатие пластин и увеличение

диаметра капли рабочего тела 5. При этом шкала 8 может быть проградуирована в единицах напр женности магнитного пол  или магнитной индукции.

По сравнению с известными в данной

области решени ми за вл емый датчик давлени  обладает большими функциональными возможност ми, вследствие универсальности может иметь более широкую область применени , более прост в изготовлении и

эксплуатации, а следовательно, и более надежен .

(56) Авторское свидетельство СССР № 1504522, кл. G 01 L 11/00, 1987. Авторское свидетельство СССР

Мг 1401298, кл. G 01 L 7/02, 1985.

в углублени х, причем внешние поверхно-- ти пластин выполнены выпуклой формы, а Ha верхней пластине нанесена шкала, про- градуированна  в единицах давлени .

3.Датчик давлени  по пп.1 и 2, отличающийс  тем, что в нем краситель выполнен из не смачивающей материал пластин

идкости.

4.Датчик давлени  по пп.1 - 3, отличающийс  тем, что в него введен пружинный лемент, расположенный между пластинаи по их периметру,

5.Датчик давлени  по пп.1 - 3, отличающийс  тем, что в него введены кольцевые агниты, закрепленные на каждой пластине с внутренней стороны по их периферии,

причем магниты сориентированы одноменными полюсами навстречу друг другу.

2003054

7 8

ШЩЩг

г/

/ / /

2 5 S Фиг.З

1

г

Фиг. S

Фиг. 6

k 8

3 6

5

8 1

4 8 ;

2