SU304463A1

SU304463A1 - YUTEKA I

Info

Publication number: SU304463A1
Application number: SU1355700A
Authority: SU
Original assignee: А. К. Айламаз И. А. Горенштейн, А. И. Иоффе , Р. Г. Чачик

Description

Изобретение относитс к области измерительной техники и предназначено дл нреоб|разо1вани разности давлений двух сред, ,из которых одна вл етс газообразной, а друга - жидкой или газообразной, в выходной сигнал переменного тока, частота которого св зана с измер емой разностью давлений однозначной функциональной зависимостью.The invention relates to the field of measurement technology and is intended to reduce the pressure difference between two media, of which one is gaseous and the other is liquid or gaseous, into an AC output signal whose frequency is associated with the measured pressure difference .

Известны вибрационные датчики разности давлений с тонкостенными цилиндрическими резонаторами, предназначенные дл измерени давлений в диапазоне примерно от О до 20-30 атм. Такие датчики представл ют собой тонкостенный цилиндрический резонатор с электромагнитной системой самовозбуждени , выполненный в виде цилиндрического магнитопровода с обмотками.Vibration pressure difference sensors with thin-walled cylindrical resonators are known for measuring pressures in the range of from about 0 to about 20-30 atm. Such sensors are a thin-walled cylindrical resonator with an electromagnetic self-excitation system, made in the form of a cylindrical magnetic circuit with windings.

Однако эти датчики имеют громоздкую систему самовозбуждени и их нельз использовать дл измерени давлений свыше 30- 50 атм.However, these sensors have a cumbersome self-excitation system and cannot be used to measure pressures in excess of 30-50 atm.

В предлагаемом датчике дл расширени верхпего предела измер емых давлений магнитопровод выполнен в виде двух посто нных магнитов пр моугольной формы, располон енных в одной плоскости симметрично относительно резонатора и замкнутых по наружным торцам пластинами из магнитом гкого материала .In the proposed sensor, for expanding the upper limit of measured pressures, the magnetic core is made in the form of two permanent rectangular magnets disposed in one plane symmetrically with respect to the resonator and closed at the outer ends by plates of magnetically soft material.

На фиг. 1 изображена конструктивна схема описываемого датчика; на фиг. 2 - принципиальна электрическа схема системы самовозбуждени .FIG. 1 shows the structural scheme of the described sensor; in fig. 2 is a circuit diagram of a self-excitation system.

В корпусе / датчика размешены два посто нных магнита 2 с катушками 3 системы самовозбуждени . В зазоре между посто нными магнитами установлен тонкостенный цилиндрический резонатор 4 со штуцером 5 сTwo permanent magnets 2 with coils 3 of self-excitation systems are placed in the housing / sensor. In the gap between the permanent magnets there is a thin-walled cylindrical resonator 4 with a nozzle 5 s.

одной стороны и штуцером 6 с другой.one side and choke 6 on the other.

Концы катушек 3 системы самовозбуждени выведены с помошью гермовводов 7.The ends of the coils 3 of the self-excitation system are bred with the help of the pressure seals 7.

Магнитна цепь системы самовозбуждени кроме двух посто нных магнитов 2 и резонатора 4 включает магнитопровод в виде двух пр моугольных шайб (на чертеже не показаны ), которые влол-;ены в корпус / с обеих сторон . Система самовозбуждени выполнена в виде мостовой схемы, одна из диагоналей которой подключена ко входу, а друга - к выходу широкополосного усилител 8. Два плеча этой мостовой схемы образованы одинаковыми сопротивлени ми 9 и 10, а два другие-The magnetic circuit of the self-excitation system, in addition to the two permanent magnets 2 and the resonator 4, includes a magnetic circuit in the form of two rectangular washers (not shown in the drawing), which are inserted into the housing / on both sides. The self-excitation system is made in the form of a bridge circuit, one of the diagonals of which is connected to the input, and the other to the output of the broadband amplifier 8. The two arms of this bridge circuit are formed by the same resistances 9 and 10, and the other two

комплексными сопротивлени ми катушек 3 датчика и катушек // балансного сопротивлени , в качестве которого используетс стандартный вибрационный датчик давлени с резонатором , заполненным твердым диэлектриВ совокупности с тонкостенным цилиндрическим резонатором 4 система самовозбуждени образует электромеханическую автоколебательнзю систему, частота колебаний которой равна частоте собственных колебаний резонатора и св зана с разностью давлений, раздел емых резонатором сред, однозначной функциональной зависимостью вида: .(1) где f -частота собственных изгибных колебаний резонатора, гц; /о - частота собственных изгибных колебаний резонатора нри отсутствии перепада давлений, гц; k - носто пный коэффициент пропорциональности , сж/г; SP - разность давлений сред, раздел е .мых резонатором, г/сек--см. При условии что конструктивные параметры резонатора (толщина стенки /г, радиус R и длина L) удовлетвор ют неравенствам - :зО,02 R 0,15, (которые должны выполн тьс при проектировании резонаторов), дл определени зависимости между перепадом давлений и частотой собственных колебаний можно использовать приближенные формулы I, Г Р Ро + Рж - А где /%Е. kf, kf - безразмерные посто нные коэффициенты ( /гк 0,025, /гр«0,06, йрЛ:0,05), Е - модуль упругости материала резонатора , г/сек -см; h -толщина стенки резонатора, см; R - радиус резонатора, см; ро - массова плотность :матерлала резонатора , РХС - массова плотность заполн ющей резонатор среды, ejcMS; р - приведенна массова плотность резонатора , г/сжз; SP - разность давлений сред, раздел емых резонатором, . 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Дл определени верхней границы бРмако диапаадна измер емых значений разпости давлений 8Р следует использовать формулу . - - „ макс где 0мако-предельное значение допустимого долговременного напр жени в материале резонатора. Онисываемый датчик работает следующим образом. В процессе изгибных колебаний резонатора 4 его поперечное сечение принимает форму эллипса, оси которого совпадают с ос ми симметрии системы самовозбуждени , причем с увеличением одной из осей эллипса друга его ось уменьшаетс и наоборот. При этом измен етс магнитна проводимость между стенками резонатора 4 и посто нными магпитами 2 и осуществл етс модул ци магнитного потока, создаваемого этими магнитами. В результате в обмотках возбуждени 3 индуктируетс переменна э.д.с. реакции, частота которой равна частоте механических колебаний резонатора. Часть этой э.д.с. выдел етс в одной из диагоналей мостовой схемы и поступает на вход широкополосного усилител 8. С выхода этого усилител переменное напр жение, сдвинутое по фазе на 90°, ноступает в другую диагональ мостовой схемы, поддержива незатухающие колебани резонатора 4. Различные модификации описываемого датчика давлени можно будет использовать дл преобразовани разности давлений в частотный выходной сигнал не только в измерительных системах и устройствах, специально предназначенных дл измерени давлений,но также и в целой гамме других измерительных устройств - в угловых и линейных акселерометрах , в универсальных датчиках сил и моментов и т. д. Предмет изобретени Вибрационный датчик разности давлений, содержащий чувствительный к давлению тонкостенный цилиндрический резонатор н систему самовозбуждени колебаний в виде магнитопровода с обмотками, отличающийс тем, что, с целью расширени верхнего предела измер емых давлений, в нем магнитопровод выполнен в виде двух посто нных магнитов пр моугольной формы, расположенных в одной плоскости симметричпо относительно резонатора и замкнутых по наружным торцам пластинами из магнитом гкого материала.complex impedance coils 3 of the sensor and coils // balance impedance, which uses a standard vibration pressure sensor with a resonator filled with a solid dielectric together with a thin-walled cylindrical resonator 4, the self-excitation system forms an electromechanical self-oscillatory system whose oscillation frequency is equal to the natural frequency of the resonator and It is recorded with the pressure difference divided by the resonator of the media, by the unambiguous functional dependence of the form: (1) where e f is the frequency of natural bending oscillations of the resonator, Hz; / o is the frequency of natural bending oscillations of the resonator in the absence of a pressure differential, Hz; k is the nonsignificance coefficient of proportionality, g / g; SP - pressure difference of media, section e. My resonator, g / s - see Assuming that the design parameters of the resonator (wall thickness / g, radius R, and length L) satisfy the inequalities - ZO, 02 R 0.15, (which must be fulfilled when designing resonators), to determine the relationship between the differential pressure and the frequency fluctuations, you can use the approximate formulas I, Г Р Ро + Рж - А where /% Е. kf, kf - dimensionless constant coefficients (/ gk 0.025, / g "0.06, dlp: 0.05), E - modulus of elasticity of the resonator material, g / sec-cm; h is the cavity wall thickness, cm; R is the radius of the resonator, cm; Ro is the mass density: the material of the resonator; PSC, the mass density of the medium filling the resonator, ejcMS; p is the reduced mass density of the resonator, g / ssf; SP is the pressure difference between the media separated by the resonator,. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 The formula should be used to determine the upper limit of the measured maximum differential pressure measured at 8P. - - „max where 0max-limit value of permissible long-term voltage in the resonator material. Onsyvaem sensor is as follows. In the process of bending oscillations of the resonator 4, its cross section takes the form of an ellipse, the axes of which coincide with the axis of symmetry of the self-excitation system, and its axis decreases with increasing one of the axes of the other ellipse and vice versa. In this case, the magnetic conductivity between the walls of the resonator 4 and the permanent magpit 2 changes, and the magnetic flux created by these magnets is modulated. As a result, a variable emf is induced in the field windings 3. reaction, the frequency of which is equal to the frequency of mechanical oscillations of the resonator. Part of this emf is allocated in one of the diagonals of the bridge circuit and is fed to the input of the wideband amplifier 8. From the output of this amplifier, the alternating voltage shifted in phase by 90 ° does not enter the other diagonal of the bridge circuit, maintaining continuous oscillations of the resonator 4. Various modifications of the described pressure sensor can be will use to convert pressure differences into a frequency output signal not only in measuring systems and devices specifically designed to measure pressures, but also in a whole range of other measuring devices — in angular and linear accelerometers, in universal sensors of forces and moments, etc. Subject of the invention: A vibration differential pressure sensor containing a pressure-sensitive thin-walled cylindrical resonator and a system of self-excitation of oscillations in the form of a magnetic core with windings, characterized in that the purpose of expanding the upper limit of the measured pressures, in it the magnetic circuit is made in the form of two permanent magnets of a rectangular shape, located in one plane symmetrically relative to cavity and closed at the outer ends of the inserts of magnetizable material.

2-2-

fua fua

юYu