SU1486816A1

SU1486816A1 - Pressure transducer for loose media

Info

Publication number: SU1486816A1
Application number: SU874327126A
Authority: SU
Inventors: Evgenij A Ignatev
Original assignee: Evgenij A Ignatev
Priority date: 1987-10-15
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1989-06-15

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в •сыпучих и грунтовых средах, а также в асфальтобетонных смесях при их .уплотнении·. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет возможности изменения модуля упругости датчика. Измеряемое давление воспринимается чувствительными поверхностями преобразователейThe invention relates to a measuring technique and can be used to measure pressure in loose and soil environments, as well as in asphalt concrete mixtures during their compaction. The aim of the invention is to improve the accuracy of measurements due to the possibility of changing the modulus of elasticity of the sensor. The measured pressure is perceived by the sensitive surfaces of the transducers.

1 и 2 давления, расположенными на внешних торцах их корпусов. В зави21 and 2 pressure located on the outer ends of their bodies. In dependence

симости от рассогласования сигналов преобразователей 1 и 2, возникающего при различии модулей упругости уплотняемой среды и датчика, изменяется ток в индуктивной катушке 4.from the mismatch of the signals of the converters 1 and 2, arising from the difference in the elastic moduli of the sealed medium and the sensor, the current in the inductive coil 4 changes.

При этом изменяются взаимодействие между частицами ферромагнитного порошка 3 и, следовательно, модуль упругости датчика. Поддерживая показания преобразователей 1 и 2 одинаковыми путем изменения тока в катушке 4, обеспечивается равенство модуля упругости датчика и модуля упругости среды. Для повышения коэффициента трения среды о поверхность датчика наружная поверхность тонко- о. стенного цилиндрического кольца 5 из немагнитного материала, скрепляющего преобразователи 1 и 2, выполнена шероховатой. Для улучшения сцепления с ферромагнитным порошком 3 обращенные друг к другу торцы корпусов преобразователей 1 и 2 выполнены .из ферромагнитного материала. 1 ил.This changes the interaction between the particles of ferromagnetic powder 3 and, consequently, the modulus of elasticity of the sensor. By keeping the readings of converters 1 and 2 the same by changing the current in coil 4, the elastic modulus of the sensor and the elastic modulus of the medium are ensured. To increase the coefficient of friction of the medium on the sensor surface, the outer surface is thin. wall cylindrical ring 5 of non-magnetic material, fastening transducers 1 and 2, is made rough. To improve adhesion with the ferromagnetic powder 3, the facing ends of the housings of the converters 1 and 2 are made of ferromagnetic material. 1 il.

4 14 1

зи 1486816 . А1zi 1486816. A1

33

14868161486816

4four

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления в сыпучих и грунтовых средах, а также в асфальтобетонных смесях при их уплотнении.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure pressure in granular and ground environments, as well as in asphalt concrete mixtures during their compaction.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем обеспечения возможности изменения модуля упругости датчика.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements by providing the possibility of changing the modulus of elasticity of the sensor.

На чертеже изображен предлагаемый датчик давления, общий вид.The drawing shows the proposed pressure sensor, a General view.

Датчик давления содержит дискообразные преобразователи 1 давления и 2, ферромагнитный порошок 3, индуктивную обмотку (катушку) 4 и краевой элемент, выполненный в виде тонкостенного цил ин д рич е с ко г о кольца 5 из немагнитного материала.The pressure sensor contains disk-shaped pressure transducers 1 and 2, a ferromagnetic powder 3, an inductive winding (coil) 4 and an edge element made in the form of a thin-walled cylinder that is made of a non-magnetic material.

Дня повышения коэффициента трения, среды о боковую поверхность датчика наружная поверхность кольца 5 выполнена шероховатой (например, с помощью крупнозернистой шкурки) путем: нанесения на поверхность штрихов, параллельных основаниям кольца 5. Тыльные (внутренние) торцы преобра- зователей 1 и 2 для улучшения сцепления с ферромагнитным порошком 3 выполнены из ферромагнитного материала с большой относительной магнитной проницаемостью (например, электротехнической стали типа "Армко" Э8,Э1О и др.On the day of friction coefficient increase, on the lateral surface of the sensor, the outer surface of the ring 5 is made rough (for example, using coarse-grained pelt) by: applying strokes on the surface parallel to the bases of the ring 5. The rear (inner) ends of converters 1 and 2 to improve adhesion with ferromagnetic powder 3 is made of ferromagnetic material with high relative magnetic permeability (for example, electrical steel of the type Armko E8, E1O, etc.

Кольцо 5 для исключения его сцепления с ферромагнитным порошком 3 и уменьшения тем самым его упругих свойств выполнено из немагнитного материала, например бронзы.Ring 5 to exclude its adhesion with the ferromagnetic powder 3 and thereby reducing its elastic properties made of a nonmagnetic material, such as bronze.

Преобразователи 1 и 2 и обмотка 4 подключены к схеме, в которой измеряются выходные сигналы датчика и разность этих выходных сигналов, по которым затем корректируют ток, поступающий в обмотку 4, т.е. ток. увеличивают или уменьшают на такую величину, когда выходные сигналы преобразователей 1 и 2 становятся равными между собой. В момент равенства выходных сигналов преобразователей .1 и 2 по величине этих сигналов производят отсчет измеряемого давления.The converters 1 and 2 and the winding 4 are connected to a circuit in which the sensor output signals and the difference of these output signals are measured, which then correct the current entering the winding 4, i.e. current. increase or decrease by such a value when the output signals of the transducers 1 and 2 become equal to each other. At the moment of equality of the output signals of the converters .1 and 2 in terms of the magnitude of these signals, the measured pressure is read.

Датчик давления работает следующим образом.The pressure sensor works as follows.

При отсутствии давления на чувствительные поверхности преобразователей 1 и 2 их выходные сигналы равныIn the absence of pressure on the sensitive surfaces of converters 1 and 2, their output signals are equal

нулю и в обмотку 4 поступает наибольший ток. Под действием этого тока ферромагнитный порошок 3 превращается в твердый монолит, жестко сцепленный с ферромагнитными тыльными торцами преобразователей 1 и 2.zero and the winding 4 receives the greatest current. Under the action of this current, the ferromagnetic powder 3 is converted into a solid monolith rigidly coupled with the ferromagnetic rear ends of converters 1 and 2.

Модуль упругости датчика имеет при этом наибольшее значение. Поэтому в начале процесса уплотнения модуль упругости среды будет всегда меньше модуля упругости датчика. В результате этого слой среды, заключенный между плоскостями, совпадающими с верхним и нижним основаниями датчика, подвергается сжатию с большей мере, чем сам датчик. Сжатие слоя среды приводит к появлению дополнительного усилия, направленного в сторону нижнего основания датчика и „ равного в пределе величине бокового давления, умноженной на коэффициент трения среды по поверхности кольца 5, который при шероховатой поверхности имеет достаточно, большое значение. Вследствие этого давление среды на преобразователь 2 оказывается больше, чем на преобразователь 1. При этом появляется разность выходных сигналов преобразователей 1 и 2 определенного знака, а ток, поступающий в обмотку 4, уменьшается. В результате этого уменьшается магнитный поток обмотки 4 и, как следствие, сцепление и модуль упругости ферромагнитного порошка 3. При этом уменьшается модуль упругости датчика, так как при больших модулях упругости преобразователей 1 и 2 модуль упругости датчика будет в основном определяться модулем упругости ферромагнитного порошка 3. При уменьшении модуля упругости датчика уменьшается и дополнительное усилие, действующее на преобразователь 2, так как при этом уменьшается сжатие слоя среды, заключенного между плоскостями, совпадающими с верхним и нижним основаниями датчика. Когда модуль упругости датчика и среды'станут равными, дополнительное усилие на нижнее основание преобразователя 2 исчезнет, давление на преобразователи 1 и 2 выравняется, а разность их выходных сигналов станет равной нулю. Уменьшение тока в обмотке 4 прекратится . Одинаковые выходные сигналы преобразователей 1 и 2 фиксируют измеряемое давление.The modulus of elasticity of the sensor has the greatest value. Therefore, at the beginning of the compaction process, the modulus of elasticity of the medium will always be less than the modulus of elasticity of the sensor. As a result, the layer of the medium enclosed between the planes that coincide with the upper and lower bases of the sensor is compressed to a greater extent than the sensor itself. Compressing the layer of the medium leads to the appearance of an additional force directed towards the lower base of the sensor and “equal in the limit to the lateral pressure multiplied by the coefficient of friction of the medium over the surface of the ring 5, which is sufficient for a rough surface, is of great importance. As a result, the pressure of the medium on converter 2 turns out to be greater than on converter 1. In this case, a difference appears in the output signals of converters 1 and 2 of a certain sign, and the current entering winding 4 decreases. As a result, the magnetic flux of the winding 4 decreases and, as a result, the coupling and modulus of elasticity of ferromagnetic powder 3. This reduces the modulus of elasticity of the sensor, since for large moduli of elasticity of transducers 1 and 2, the modulus of elasticity of the sensor will be determined by the modulus of elasticity of ferromagnetic powder 3 When reducing the modulus of elasticity of the sensor is reduced and the additional force acting on the transducer 2, as this reduces the compression of the layer of the medium enclosed between the planes coinciding with upper and lower sensor bases. When the modulus of elasticity of the sensor and the medium are equal, the additional force on the lower base of the converter 2 disappears, the pressure on the converters 1 and 2 is equalized, and the difference of their output signals becomes zero. The decrease in current in the winding 4 will stop. The same output signals of the transducers 1 and 2 fix the measured pressure.

14868161486816

66

По мере уплотнения среды ее модуль упругости увеличивается. При этом слой среды, заключенный между плоскостями, совпадающими с верхним и нижним основаниями датчика, сжимается в меньшей мере, чем сам датчик.As the medium thickens, its elastic modulus increases. In this case, the layer of the medium enclosed between the planes coinciding with the upper and lower bases of the sensor is compressed to a lesser extent than the sensor itself.

В результате этого, т.е. за счет сцепления среды шероховатой поверхности краевого элемента 5, обусловленного трением, по контуру датчика появляется дополнительное усилие, направленное вверх и удерживающее датчик от смещения вниз, вследствие чего на верхнее основание датчика, т.е. на преобразователь 1, начинает действовать усилие, большее, чем на нижнее основание, т.е. на преобразователь 2. Выходные сигналы преобразователей 1 и 2 при этом становятся отличными друг от друга, в результате чего образуется разность этих выходных сигналов, но с обратным знаком. В результате этого ток, а еле-, довательно, и магнитный поток обмотки 4 увеличиваются. Как следствие этого, увеличивается сцепление и модуль упругости ферромагнитного порошка 3 и датчика в целом. При этом начинает увеличиваться и нагрузка, прикладываемая к нижнему основанию датчика, т.е. к преобразователю 2.As a result of this, i. due to the adhesion of the medium to the rough surface of the edge element 5, caused by friction, an additional force appears along the contour of the sensor, directed upward and holding the sensor from downward displacement, as a result of which the upper base of the sensor, i.e. on the transducer 1, begins to act a force greater than the lower base, i.e. to the converter 2. The output signals of the converters 1 and 2 at the same time become different from each other, as a result of which the difference of these output signals is formed, but with the opposite sign. As a result of this, the current, and only, reasonably, the magnetic flux of the winding 4 increases. As a consequence, the adhesion and modulus of elasticity of ferromagnetic powder 3 and the sensor as a whole increase. At the same time, the load applied to the lower base of the sensor, i.e. to converter 2.

Ток в обмотке 4 увеличивается до тех пор, пока усилия, воздействующие на преобразователи 1 и 2, не выравняются, т.е. модуль упругости датчика не станет равным модулю упругости среды. В этом случае сжимаемость среды и датчика будут одинаковы и давление на преобразователи 1 и 2 будет также одинаковым, их выходные сигналы будут равны, а в измерительной схеме будет зафиксировано измеряемое давление, действующее на преобразователи 1 и 2.The current in the winding 4 increases until the forces acting on the converters 1 and 2 equalize, i.e. the modulus of elasticity of the sensor does not become equal to the modulus of elasticity of the medium. In this case, the compressibility of the medium and the sensor will be the same and the pressure on the transducers 1 and 2 will also be the same, their output signals will be equal, and the measured pressure acting on the transducers 1 and 2 will be recorded in the measuring circuit.

При равенстве модулей упругости датчика и среды под давлением происходит одинаковая их сжимаемость, вследствие чего отсутствует искажение напряженного состояния среды в зоне расположения датчика. При этомWith equal moduli of elasticity of the sensor and the medium under pressure, their compressibility is the same, as a result of which there is no distortion of the stress state of the medium in the area of the sensor. Wherein

О на чувствительных поверхностях датчика отсутствует концентрация и деконцентра дия напряжений и не .проявляется "эффект ориентации". Это обуславливает. то,’ что результаты изме5 рений получаются неискаженными, что повышает точность измерения.On the sensitive surfaces of the sensor, there is no concentration and deconcentration of stresses and there is no “orientation effect”. This causes. The fact that the measurement results are undistorted, which improves the measurement accuracy.

Claims

Formula and b about r p. e te

θ Pressure sensor in flowing media containing two identical pressure transducers having a cylindrical body with a sensitive surface at one of the ends, which is designed to increase the measurement accuracy by allowing the sensor to change the elastic modulus, it is equipped with an inductive coil and a thin bone a cylindrical ring of non-magnetic material with a rough outer surface, while the pressure transducers are located coaxially with the gap, facing sensitive surfaces n Rouge and

Have

fastened with a thin-walled cylindrical ring, with ferromagnetic powder placed in the gap between the pressure transducers

₀ and an inductive coil, and the inner ends of the housings of the pressure transducers are made of ferromagnetic material.