Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в устройствах или приборах, подверженных механическим воздействиям и измеряющих или обрабатывающих информацию о давлении (или разности давления) исследуемой среды. The invention relates to instrumentation and can be used in devices or devices subject to mechanical stress and measuring or processing information about the pressure (or pressure difference) of the medium under study.
Известен струнный датчик давления с частотным выходом, который содержит корпус, два сильфонных чувствительных элемента, между днищами которых натянуты струны (резонаторы), систему возбуждения и съема сигнала [1]. Этот датчик лишен большой зависимости показаний от плотности измеряемой среды. Основным его недостатком является относительно низкая временная стабильность, причиной которой является релаксация напряжений в местах заделки струны (выползания струны). Known string pressure sensor with a frequency output, which contains a housing, two bellows sensitive elements, between the bottoms of which are stretched strings (resonators), a system of excitation and signal collection [1]. This sensor is deprived of a large dependence of the readings on the density of the medium being measured. Its main disadvantage is the relatively low temporal stability, the reason for which is the relaxation of stresses in the places of embedment of the string (creep out of the string).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является пьезорезонансный датчик, который содержит полый корпус, две плоские идентичные мембраны, соединенные по контуру с корпусом, балочный резонатор, расположенный в полости корпуса по его оси симметрии и жестко соединенный с центрами мембран и систему возбуждения и приема колебания резонатора [2]. В датчике может быть получена высокая точность измерения. Однако из-за того, что он состоит из нескольких элементов из кварца, соединенных между собой с помощью легкоплавкого стекла, значительно усложняется технология его изготовления (сборка и настройка). Таким образом, датчик направлен на повышение технологичности при сохранении высокой точности измерения. The closest in technical essence to the proposed one is a piezoresonance sensor, which contains a hollow body, two flat identical membranes connected along the circuit with the body, a beam resonator located in the body cavity along its axis of symmetry and rigidly connected to the centers of the membranes and the oscillation excitation and reception system resonator [2]. A high measurement accuracy can be obtained in the sensor. However, due to the fact that it consists of several elements made of quartz, interconnected using fusible glass, the technology of its manufacture (assembly and adjustment) is significantly complicated. Thus, the sensor is aimed at improving manufacturability while maintaining high measurement accuracy.
Сущность изобретения заключается в том, что в датчике давления с частотным выходом, содержащем полый корпус, две плоские идентичные мембраны, соединенные по контуру с корпусом, балочный резонатор, расположенный в полости корпуса про его оси симметрии и жестко соединенный с центрами мембран и систему возбуждения и приема колебания резонатора, корпус, мембраны и резонатор выполнены за одно целое из единой металлической заготовки. The essence of the invention lies in the fact that in the pressure sensor with a frequency output containing a hollow body, two identical flat membranes connected along the circuit with the body, a beam resonator located in the body cavity about its axis of symmetry and rigidly connected to the centers of the membranes and the excitation system and receiving oscillations of the resonator, the housing, the membrane and the resonator are made in one piece from a single metal billet.
На чертеже представлен предлагаемый датчик. The drawing shows the proposed sensor.
Он содержит полый корпус 1, две плоские идентичные мембраны 2, балочный резонатор 3, расположенный в полости корпуса 1 по его оси симметрии и соединенный с центрами мембран 2. Для возбуждения съема колебаний резонатора 3 датчик содержит систему 4 возбуждения и приема колебания резонатора 3. Корпус 1 мембраны 2 и резонатор 3 выполнены за одно целое из единой металлической заготовки, например, путем электроискровой обработки. Мембраны 2 имеют одинаковые жесткости и приведенные массы. It contains a hollow housing 1, two flat identical membranes 2, a beam resonator 3 located in the cavity of the housing 1 along its axis of symmetry and connected to the centers of the membranes 2. To excite the oscillation of the resonator 3, the sensor contains a system 4 for exciting and receiving the oscillation of the resonator 3. The housing 1 membrane 2 and the resonator 3 are made in one piece from a single metal billet, for example, by electrospark processing. Membranes 2 have the same stiffness and reduced mass.
Датчик работает следующим образом. При создании перепада давления между внутренним объемом датчика и наружным мембраны 2 преобразуют приложенное давление в усилие, которое воздействует на резонатор 3, сжимая его, если давление снаружи (Рн) больше давления во внутреннем объеме (Рвн.), или растягивая при обратном перепаде давления. Частота колебаний резонатора 3 меняется в зависимости от действующего перепада давления. Колебания резонатора поддерживаются с помощью системы 4 возбуждения и приема колебания резонатора 3.The sensor operates as follows. When creating a pressure differential between the internal volume of the sensor and the outer membrane 2, the applied pressure is converted into a force that acts on the resonator 3, compressing it if the pressure outside (P n ) is greater than the pressure in the internal volume (P int. ), Or stretching during the reverse differential pressure. The oscillation frequency of the resonator 3 varies depending on the current pressure drop. Oscillations of the resonator are supported by the system 4 of excitation and reception of oscillations of the resonator 3.
Датчик может выполняться как в варианте для изменения абсолютного давления, при этом внутренний объем датчика загерметизирован и давление в нем равно нулю, так и для изменения перепада давления между внутренним объемом и наружным, при этом внутренний объем соединен штуцером с измеряемой средой. The sensor can be performed both in the version for changing the absolute pressure, while the internal volume of the sensor is sealed and the pressure in it is zero, and for changing the pressure difference between the internal volume and the external one, while the internal volume is connected by a fitting to the medium to be measured.