SU1377635A1 - Устройство дл измерени давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к средствам дл  измерени  статических и динамических давлений и температур. Цель изобретени  - повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет измерени  температуры. При воздействии давлени  мембрана 1 прогибаетс , за счет зтого происход т изменени  зазоров А и В соответственно величины реактивного и активного сопротивлений катушек 3 и 4, Измен ютс  также зазоры Б и С, т.к. мембрана 1 воздействует на цилиндр 2 как на силопередающий элемент, т.е. сжимает. Изменение зазора С приводит к изменению величины реактивного и активного сопротивлений катушки 4. При соблюдении указанных соотношений достигаетс  возможность увеличени  чувствительности к изменению амплитуды и уменьшени  чувствительности к изменению фазы сигнала, которые реализуютс  за счет одновременного и с одним знаком изменени  всех состав.- л ющих электрической цепи измерительной схемы устр-ва. Кроме того, уменьшаетс  температурна  составл юща  погрешности измерени  давлени  при измене нии температуры окружающей с р еды. 2 ил. ю С

Description

СлЭ

Изобретение относитс  к средствам дл  измерени  статических и динамических давлений и температур и пре предназначено дл  контрол  высокотем пературных процессов, например измерени  давлени .и температуры пороховых газов.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение функци- ональных возможностей за счет измерени  температуры.

На фиг. 1 представлена схема датчика устройства; на фиг. 2 - измерительна  схема устройства.

Устройство содержит мембрану 1 цилиндрический корпус 2, катушку 3 индуктивности, установленную коакси- ально внутри катушки 4 индуктивности . Катушки 3 и 4 образуют.зазоры А и В относительно мембраны 1 и зазор Б между торцами катушек, близлежащих к основанию 5, с которым катушка 4 образует зазор С. При этом катушка 3 жестко установлена на ди- электрическом стержне 6, закрепленном на основании 5, образующим зат зор с цилиндрической поверхностью корпуса 2, на котором жестко установлена катушка 3. При этом радиус ка- тушки 4 в три и более раза больше радиуса катушки 3, а материал мембраны имеет электропроводность в дев ть и более раз больше, чем MaTepHa основани  (например, удельное йопро- тивление меди равно 1,673-10 Ом-см, а титан имеет 55 Ч О Ом СМ при той же температуре). При этом зазор А меньше или равен В и одновременно приблизительно равен С.

Соотношени  между радиусами катушек и зазорами задаютс  соотношени м

Кз

Rjpo (, ,со «3, А В |

Катушки 3 и 4 включены через коммутатор 7 в измерительную цепь, содержащую генератор 8 с фиксированной частотой (со) и три независимых блока измерени  сигналов: амплитуды 9 и. фазы 10 и 11 (фиг..2). Причем, когда катушки соединены последовательно согласно, то они через коммутатор 7 подключены к блоку 9, а когда комму- татор подключает (по команде оператора ) в отдельности каждую катушку и разрывает цепь незадействованной катушки, происходит подключение к

- - . ю 15

. 20 25 30 j . д Q

и

45

50

блоку 10 или, наоборот, к блоку 11, выходы которых подключены к блоку 12 разности фаз. С выходов блоков 9, 10 и 12 сигналы поступают на входы блоков 13, 14 и 15 представлени  информации (например, осциллографы).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

На датчик устройства одновременно воздействуют избыточное давление и температура высокотемпературного процесса, например давлени  пороховых газов.

Работа датчика в режиме измерени  давле ни .

.При воздействии давлени  мембрана 1 прогибаетс , за счет этого происход т изменени  зазоров А и В и,

соответственно, величины реактивного и активного сопротивлений катушки 3 и величины реактивного и активного сопротивлений катушки 4. Совместно с изменением зазоров А и В измен ютс  зазоры Б и С, так как мембрана, заделанна  на торце цилиндра 2, воздействует на него как силопередающий элемент, т.е. сжимает его. Катушка 4 индуктивности жестко заделана на стержне 6 и поэтому остаетс  неподвижной . Изменение зазора Б между катушками приводит.к изменению коэффициента св зи Kg и Соответственно, их взаимоиндукции . Изменение зазора С приводит к изменению величины реак-г тивного и активного сопротивлений катушки 4.

При соблюдении указанных соотношений достигаетс  возможность увеличени  чувствительности к изменению амплитуды и уменьшени  чувствительности к изменению фазы сигнала, что осуществл етс  за счет одновременного и с одним знаком изменени  всех составл ющих электрической цепи. Тем самым повьш аетс  чувствительность измерени  давлени .

Кроме того, в предлагаемом датчике одновременно осуществл етс  уменьшение температурной составл ющей погрешности измерени  давлени  при изменении температуры окружающей среды. Поставленна  цель достигаетс  за счет компенсации температурного изменени  электропроводности матариа- лов корпуса и основани .

Работа датчика при измерении гем- пературы высокотемпературного процесса .

В этом случае коммутатор 7 включает катушку 3 в схему измерени  фазы сигнала. При этом цепь катушки 4 разомкнута.

Фаза сигнала, снимаемого с катушки 3, практически остаетс  без изменени  при изменении зазора А. Это означает, что изменение давлени , ег величина не вли ют на фазу измер емого сигнала.

Температурное воздействие контролируемого процесса приводит к разогреву мембраны. При этом одновременно происходит увеличение зазора Л, которое не оказывает вли ние на фазу сигнала, и изменение - увеличение электропроводности материала мембраны . Изменение электропроводности приводит к изменению фазы сигнала, по величине которой суд т о температуре высокотемпературного процесса.

Работа датчика при измерении градиента температуры датчика.

В этом случае показани  снимают с выхода блока 12 сравнени  фаз, т.е сначала коммутатор 1 включает катушку 3, а затем катушку 4.

Работа датчика при включении катушки 3 и измерении температуры мембраны рассмотрена вьше.

При включении коммутатором 7 катушки 4 в блок измерени  фазы провод т измерение температуры основа- : ни  5.

Изменение давлени  приводит к изменению зазоров В и С и, соответственно , полного, сопротивлени  катушки 4, ее амплитуды и фазь

Изменение зазоров В и С, т.е. изменение давлени , не оказывает вли ни  на фазу сигнала.

Изменение фазы как и в предыдущем случае происходит при изменении электропроводности материала основанк ;, вызванного его нагревом и по величине изменени  фазы можно судить о величине изменени  температуры основани  .

Разница измеренных температур мембраны и основани  позвол ет определить градиент температуры дат- :чка.

Изменение электропроводности мембраны не оказывает существенного вли ни  на фазу выходного сигнала, так как катушка 4 относительно мембраны имеет параметр , при котором из

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

менение электропроводности практически не вли ет на изменение фазы.

Действительно, так как параметры Б катушки относительно мембраны и основани  различаютс  более чем в три раза, то дл  получени  пропорционального приращени  электропроводность мембраны должна иметь чувствительность более чем в 9 раз вьш1е, чем у основани .

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет увеличить точность и чувствительность измерени  давлени  и температуры высокотемпературного процесса и одновременно измерить градиент температуры датчика.

Измерени  температуры контролируемого процесса и градиента температуры датчика позвол ют, кроме того, уменьшить температурную погрешность за счет обработки показаний по гра- дуировочным характеристикам, сн тым при нормируемых значени х градиента температуры датчика.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  давлени , . содержащее датчи к давлени  и измерительную схему, причем датчик давлени  выполнен в виде полого цилиндрического корпуса с мембраной на одном торце и цилиндр ческим, в виде пробки, основанием на другом, при этом основание размещено внутри корпуса с радиальным зазором и скреплено с корпусом своим торцом, н размещенных в корпусе соосно с зазорами относительно мембраны двух катушек причем перва  катушка жестко скреплена с корпусом и размещена с зазором относительно внутреннего торца основани , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и расширени  функциональных возможностей за счет обеспечени  измерени  температуры, датчик давлени  снабжен стержнем, втора  катушка датчика размещена внутри первой с радиальным зазором и закреплена на одном конце стержн , второй конец которого закреплен на основании, при этом стержень выполнен из диэлектрического, а основание - из немагнитного электропровод щего материалов, измерительна  схема содержит коммутатор, генератор частоты блок измерени  амплитуды сигнала, два блока измерени  фазы сигнала, блок измерени  разности фаз и три блока представлени  информации , причем выходы катушек и генератора частоты подключены к входу коммутатора, выход которого подключен к блоку измерени  амплитуды и блокам измерени  фаз, соединенным по выходу с блоком измерени  разности фаз, который подключен к первому блоку представлени  инфор мации, причем блок измерени  амплитуды и один из блоков измерени  фазы подключен соответственно ко второму и третьему блокам представлени  информации, при этом выполн ютс  соотношени 

   . M-9CJg, , R - ||MoGoCO 3,

   где ,(д удельные электропроводности соответственно мембраны и основани ; радиусы соответственно первой и второй катушек;

   зазоры между мембраной и торцами второй и первой катушек соответственно;

   зазор между первой катушкой и основанием; магнитна  проницаемость вакуума; W - частота питани .

   R, А , В С /U

   Фиг. 2