SU1649323A1 - Датчик атмосферного давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  атмосферного давлени  в автономных геофизических станци х. Цель изобретени  - повышение точности измерени . В датчик атмосферного давлени  введен центробежный силовой компенсатор с электродвигателем 15, тахогенератором 16, нуль-органом 19, усилителем 20 и механизмом нат жени  струн, при этом второе дно упругого чувствительного элемента установлено подвижно, св зано с нуль-органом 19 и силокомпенсатором, электродвигатель 15 которого соединен с тахогенератором 16, выход нуль-органа через усилитель соединен с управл ющей обмоткой электродвигател , а вторые концы струн соединены с механизмом нат жени . 2 ил.

Description

17.

11

10п

.а

л

19

2

СО 00 tsD

ОЭ

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в качестве автономного измерител  атмосфер- ного давлени .

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

На фиг. 1 приведена конструктивна  схема датчика давлени  с вакуумирован- ным сильфоном, на фиг. 2 - схема газонаполнительного упругого чувствительного элемента.

Частотный датчик давлени  содержит упругий чувствительный элемент 1, соединенный с рычагом 2, на котором закреплены струны 3 и 4 дифференциального струнного преобразовател , расположенные в зазоре систем 5 и 6 возбуждени  и съема частоты колебаний, которые представл ют собой устройства дл  создани  магнитного пол , работающие совместно с электронным генератором, в котором струна выполн ет роль механического колебательного контура .

К второму дну сильфона прикреплен шток 7 с диском 8, с которым через под шипник 9 соединен центробежный силоком- пенсатор. Силокомпенсатор содержит стакан 10, на котором установлены на опорах 11 рычаги с грузами 12, выполн ющие функцию грузов силокомпенсатора, св занные упругими т гами с чашкой 14, опирающейс  на подшипник 9. Хвостовик стакана 10 соединен с осью двигател  15, котора  св зана с тахогенератором 16. Дл  обеспечени  осевого перемещени  штока 7 применена упруга  направл юща  17. К штоку присоединен через упругий шарнир рычаг 18 нуль-органа 19, выход которого через усилитель 20 соединен с управл ющей обмот- кой двигател  15. Вторые концы струн соединены с узлами 21 и 22 механизма нат жени , а положени  рычага 18 ограничиваютс  упором 23.

Упругий чувствительный элемент (фиг. 2) содержит мембраны 24 и 25, св занные между собой стержнем 26, герметично соединенные по периметру с корпусом 27. Хвостовики 28 и 29 предназначены дл  закреплени  преобразователей.

При соблюдении услови 

P,(S2-S,)

(1)

где Р|, Рг - давление газа в полости Б и А

соответственно; Si, 82- эффективные площади мембран

2 и 1 соответственно.

Усилие, развиваемое таким УЧЭ под действием атмосферного давлени  Р, равно

,,

(2)

т.е. равное усилию, развиваемому вакууми- рованным УЧЭ, эффективна  площадь которого равна Si.

В датчике атмосферного давлени  может быть использован не вакуумированный упругий чувствительный элемент, а газонаполненный , обладающий  вным преимуществом , так как в нем состо ние внутренней среды не зависит от времени.

Датчик атмосферного давлени  работает следующим образом.

При атмосферном давлении Р сильфон развивает усилие в точке а рычага 2, которое определ етс  выражением

.S3-K

(3)

где S3 - эффективна  площадь мембраны 1;

К - коэффициент преобразовани  рычага 18.

Дл  положени  равновеси  справедливо равенство (сила нат жени  струны 4 больше, чем струны 3)

,-F2,

(4)

где FI - сила нат жени  струны 4;

р2 - сила нат жени  струны 3.

Дл  измерени  силы F, развиваемой мембраной под действием атмосферного давлени , силы нат жени  струн FI и Р2 преобразуютс  в частоту.

Частоты колебаний струн 4 и 3 под действием сил FI и F2 соответственно равны:

f -2lVS

(5)

4 Fl 21

(6)

где 1 - длина струны;

р - плотность материала струны;

S - площадь поперечного сечени  струны .

Из формул (3) и (4) находим зависимость разности частот струн от сил FI и F2, которую после преобразований можно представить в виде

f1-f2 r r(F,-F2)(7)

11 + 12

ГДеК1 41 Г

Учитыва  равенство выражений (1) и (2), можно получить статическую характеристику датчика в виде

,-f2 Kr5rK.p(g)

TV + п

Как видно из приведенного выражени , разность частот струн линейно зависит от измер емого давлени  при посто нстве суммы этих частот. Измер   эту разность, можно определ ть значени  давлени . Кроме того, погрешность от нелинейности не превышает 0,1% в диапазоне измерений атмосферного давлени  без поддержани  посто нства суммы частот струн.

При включении центробежного силоком- пенсатора сигнал небаланса с нуль-органа 19 поступает на усилитель 20, который управл ет скоростью вращени  двигател  15 При определении угловой скорости вращени  двигател  наступает равновесие сил, развиваемых сильфоном и центробежным силокомпенсатором, при котором

Рц Р-5э п-гтш2гК2,

где п - количество рычагов 12; m - масса груза; со - углова  скорость вращени ; г - радиус вращени  груза; К2 -коэффициент преобразовани  рычага 12. Учитыва , что nmrK2 const K.3, имеем

(10)

) и (10) находим

на выходе тахогенератора коэффициент преобразоора , то имеем

f TI

(12)

провер   соблюдение этого рое определ етс  в процесатчика при производстве паспорте прибора, можно арактеристики струнного и, следовательно, точность 35 тродвигател 

15 щий корпус, мент, первое помощи рыча и второй стр ного преобра отличающийс

20 точности за нат жени  ст центробежны телем, вал кот ром, нуль-орг

25 упругие шарн второй механ диненные к в первой и втор чувствительно робежным си

30 который уста ностью перем упругого ша ном при пом нира, причем литель св зан

5

измерений датчиком. Если обнаружено отклонение от соотношени  (12), то при помощи механизма нат жени  это отклонение устран ют в процессе контрол , после чего продолжают измерени  давлени  по разности частот струнного преобразовател 

Очевидно, что при градуировке датчика в процессе производства могут быть найдены зависимости между fr и li и между t. и f2, что позвол ет контролировать и регулиро- 10 вать их в процессе эксплуатации

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   тродвигател 

   Датчик атмосферного давлени , содержащий корпус, упругий чувствительный элемент , первое дно которого соединено при помощи рычага с первыми концами первой и второй струн дифференциального струнного преобразовател  усили  в частоту, отличающийс  тем, что, с целью повышени 

   точности за счет контрол  и стабилизации нат жени  струн, в него введены силовой центробежный компенсатор с электродвигателем , вал которого соединен с тахогенерато- ром, нуль-орган, усилитель, первый и второй

   упругие шарниры, шток, а также первый и второй механизмы нат жени  струн, присоединенные к вторым концам соответственно первой и второй струн, при этом второе дно чувствительного элемента соединено с центробежным силовым компенсатором, штоком,

   который установлен в корпусе с возможностью перемещени  при помощи первого упругого шарнира и св зан с нуль-органом при помощи второго упругого шарнира , причем выход нуль-органа через усилитель св зан с управл ющим входом элек