SU757888A1 - Pressure sensor with frequency output - Google Patents

Pressure sensor with frequency output Download PDF

Info

Publication number
SU757888A1
SU757888A1 SU782611859A SU2611859A SU757888A1 SU 757888 A1 SU757888 A1 SU 757888A1 SU 782611859 A SU782611859 A SU 782611859A SU 2611859 A SU2611859 A SU 2611859A SU 757888 A1 SU757888 A1 SU 757888A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
electrodes
resonator
amplifier
frequency
oscillations
Prior art date
Application number
SU782611859A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Vyacheslav A Volokhov
Iosif A Gorenshtejn
Igor V Korolkov
Aleksandr G Shchepetov
Original Assignee
Mo Vysshee Tekhnicheskoe Uchil
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mo Vysshee Tekhnicheskoe Uchil filed Critical Mo Vysshee Tekhnicheskoe Uchil
Priority to SU782611859A priority Critical patent/SU757888A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU757888A1 publication Critical patent/SU757888A1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к датчикам с частотным выходным сигналом для измерения давления газообразных и жидких сред. 'The invention relates to instrumentation technology, in particular to sensors with a frequency output signal for measuring the pressure of gaseous and liquid media. '

Известны частотные датчики давления, содержащие цилиндрический резонатор, электромагнитные возбудитель и приемник [1].С помощью системы возбуждения в ферромагнитном ’θ цилиндрическом резонаторе датчика возбуждают колебания с модой ш = 1,η = 2 или т = 1,п = 4.Частота этих колебаний и, следовательно, частота выходного сигнала зависит от разно- 15 сти давлений, действующих на стенку цилиндрического резонатора.Known frequency pressure sensors containing a cylindrical resonator, an electromagnetic exciter and a receiver [1]. With the help of an excitation system in a ferromagnetic 'θ cylindrical resonator of the sensor, oscillations with mode w = 1, η = 2 or m = 1, n = 4 are excited. oscillations and, therefore, the frequency of the output signal depends on the pressure difference acting on the wall of the cylindrical resonator.

Известны также частотные датчики давления, содержащие цилиндрический резонатор, магнитоэлектрический воэ- 20 будитель и емкостный приемник, расположенные снаружи резонатора [2] .Also known are frequency pressure sensors containing a cylindrical resonator, a magnetoelectric driver and a capacitive receiver located outside the resonator [2].

В этих датчиках цилиндрический резонатор может быть выполнен из любого электропроводного материала и в нем возбуждают колебания с модой π, = 1 и η = 2. Частота выходного сигнала емкостного приемника также зависит от разности давлений, действующих на стенку резонатора. Вокруг ци- 30In these sensors, a cylindrical resonator can be made of any electrically conductive material and oscillations with mode π, = 1 and η = 2 are excited in it. The frequency of the output signal from the capacitive receiver also depends on the pressure difference acting on the wall of the resonator. Around cy- 30

22

[линдрического резонатора расположе'ны постоянные магниты в количестве,, кратном двум, образующие постоянное квадрупольное магнитное поле, между полюсами которого находятся электрода емкостного приемника. Концы резонатора подсоединены к источнику переменного тока. При частоте переменного тока, равной частоте собственных колебаний резонатора с модой га - 1; η = 2 на выходе емкостного приемника и, следовательно, на выходе датчика существует сигнал той же частоты. Так как собственная ' частота колебаний резонатора зависит от разности давлений, действующих на его стенку,то, таким образом, осуществляется преобразование измеряемого давления в частоту выходного сигнала.There are permanent magnets in the number of a multiple of two that form a constant quadrupole magnetic field, between the poles of which are the electrodes of a capacitive receiver. The ends of the resonator are connected to an alternating current source. When the frequency of the alternating current is equal to the frequency of natural oscillations of the resonator with the mode ha - 1; η = 2 at the output of the capacitive receiver and, therefore, at the output of the sensor there is a signal of the same frequency. Since the natural frequency of oscillations of a resonator depends on the pressure difference acting on its wall, the measured pressure is thus converted into the frequency of the output signal.

Недостаток устройства - выходной сигнал датчика зависит не только от измеряемого давления, но и от других воздействий, главным образом от, температуры окружающей резонатор среда, что приводит к погрешности датчика.The drawback of the device is that the output signal of the sensor depends not only on the measured pressure, but also on other influences, mainly on the ambient temperature surrounding the resonator, which leads to an error in the sensor.

Цель изобретения - расширениеThe purpose of the invention is the expansion

(функциональных возможностей и иовы1щение точности измерений. ,(functionality and measurement accuracy.,

33

757888757888

Эта цель достигается тем, что в датчике давления с частотным выходом-, содержащем корпус, цилиндрический резонатор, подключенный к питающему трансформатору, постоянные магниты, образующие квадрупольное поле системы возбуждения и электроды емкостной системы съема колебаний, в систему возбуждения введены восемь одинаковых равномерно распределенных по окружности дополнительных магнитов чередующейся полярности, четыре из которых совмещены с полюсами квадрупольной системы, а система съема выполнена в виде восьми электродов симметрично расположенных между мах— нитами, две противоположные смежные пары которых подключены через сопро-, тивления к одному из входов первого ; усилителя, а две вторые пары смежных; противоположных электродов подключе-= ны к другому входу первого усилите- ί ля, а электроды, расположенные друг относительно друга через один, под- \ ключены соответственно ко входам вто-ή рого усилителя, при этом резонатор подсоединен ко вторичной обмотке трансформатора, две первичные обмотки которого подключены к выходам упомянутых усилителей, а электроды соединены между собой и подключены через резистор к источнику постоянно! го напряжения.This goal is achieved by the fact that in a pressure sensor with a frequency output - containing a housing, a cylindrical resonator connected to a supply transformer, permanent magnets forming the quadrupole field of the excitation system and electrodes of the capacitive vibration pickup system, eight identical uniformly distributed circumferentially are inserted into the excitation system additional magnets of alternating polarity, four of which are combined with the poles of the quadrupole system, and the removal system is made in the form of eight electrodes symmetrically located between max-nits, two opposite adjacent pairs of which are connected via resistivity to one of the inputs of the first; an amplifier, and two second pairs of adjacent ones; opposite electrodes are connected to another input of the first amplifier, and electrodes located relative to each other through one are connected respectively to the inputs of the second amplifier, while the resonator is connected to the secondary winding of the transformer, two primary windings which is connected to the outputs of the mentioned amplifiers, and the electrodes are interconnected and connected via a resistor to the source constantly! th voltage.

Каждой моде резонатора соответствует своя частота его собственных колебаний, которая имеет свою зависимость от измеряемой величины (Р) и возмущения (1°)Each mode of the resonator has its own frequency of its own oscillations, which has its own dependence on the measured value (P) and disturbance (1 °)

= ρ= ρ

= Р2(Р;б°), ;= P 2 (P; b °),;

где £ - частота собственных коле-|where £ is the frequency of its own wheels |

баний резонатора с. модой ; т = 1; η = 2; |Bayan resonator with. fashion; t = 1; η = 2; |

— частота собственных колебаний резонатора с модой го = 1; η = 4.- the frequency of natural oscillations of the resonator with the mode go = 1; η = 4.

Поэтому, зная зависимости (Р;£°) й Р2.(Р;ЪО), за счет последующей- обработки сигналов с выходов первого и второго усилителей можно определить как измеряемую величину (Р) без погрешности от возмущения (£°) , так и » само возмущение. Существенным здесь является то, что два измерительных канала формируются в одном резонаторе, что обеспечивает одинаковые значения Р и £ для этих каналов.Therefore, knowing the relation (P; £ °) th P2 (P; Z O). Due posleduyuschey- processing signals from the first and second amplifier outputs may be defined as the measured value (P) without error by disturbance (£ °), so and “the indignation itself. Essential here is that two measuring channels are formed in one resonator, which ensures the same values of P and £ for these channels.

На фиг. 1 изображен датчик, разрез; на фиг. 2-5 - разрез А-А на фиг. 1 с возможными вариантами выполнения магнитной цепи, обеспечивающей создание вокруг резонатора суперпозиции квадрупольного и октупольного магнитных полей с совпадающими полюсами; на фиг. 6 - схема указанных магнитных полей и вызываемых ими понденмоторных сил, действующих на элемент тока, протекающегоFIG. 1 shows the sensor section; in fig. 2-5 - section A-A in FIG. 1 with possible embodiments of a magnetic circuit that provides for the creation around the resonator of a superposition of quadrupole and octupole magnetic fields with coinciding poles; in fig. 6 is a diagram of the indicated magnetic fields and the pod-motor forces caused by them, acting on the current element flowing

Iвдоль резонатора (внутри цилиндри'ческого резонатора показаны силы взаимодействия квадрупольного, поля С током, а снаружи - октупольного, приведена возможная нумерация электродов емкостного приемника и показаны деформации поперечного сечения резонатора, вызываемые указанными силами); на фиг. 7 - принципиальная электрическая схема системы самовозбуждения, обеспечивающей колебания резонатора на собственных частотахI along the resonator (inside the cylindrical resonator, the interaction forces of the quadrupole field, the current field are shown, and outside, the octupole field, the possible numbering of the capacitive receiver electrodes and the deformations of the cross section of the resonator caused by the indicated forces are shown); in fig. 7 is a circuit diagram of a self-excitation system providing oscillations of the resonator at natural frequencies

и Разделение сигналов, им соответствующих. ° and Separation of signals corresponding to them. °

Датчик включает цилиндрический корпус 1 иэ магнитомягкого материала (фиг. 2, фиг. 4) или диамагнитного материала ( фиг.З, фиг. 5), в котором установлены постоянные магниты 2 в количестве, кратном четырем расположенные вокруг цилиндрического резонатора 3, закрепленного одним концом на крышке 4 со штуцером внутренней полоски резонатора, а вторым концом - в изоляционной колодке 8, допускающей температурные продольные перемещения. Концевые резонаторы 5, а также электроды емкостного приемника 6 подпаяны к гермовводам 9, раз мещенным на крышке 7 со штуцером внешней полости резонатора.Корпус 1; герметично соединен с крышками 4 и 7. В некоторых вариантах магнитной цепи вводятся диамагнитные вкладыши 10 или концентраторы магнитного потока 11. Последние изготавливаются из магнитомягких материалов. Токопроводящие стенки резонатора совместно с магнитной цепью образуют магнитоэлектрический возбудитель,обеспечивающий при протекании по стенкам электрического тока систему распределенных сил, действующих на резонатор (фиг. 6).The sensor includes a cylindrical body 1 of a magnetically soft material (Fig. 2, Fig. 4) or a diamagnetic material (Fig. 3, Fig. 5) in which permanent magnets 2 are installed in a multiple of four located around a cylindrical resonator 3 fixed at one end on the cover 4 with the fitting of the inner strip of the resonator, and the second end - in the insulating block 8, which allows temperature longitudinal movement. The end resonators 5, as well as the electrodes of the capacitive receiver 6, are soldered to the sealed inlets 9, located on the lid 7 with the fitting of the external cavity of the resonator. Case 1; hermetically connected to the covers 4 and 7. In some embodiments, a magnetic circuit introduces diamagnetic liners 10 or magnetic flux concentrators 11. The latter are made of soft magnetic materials. The conductive walls of the resonator, together with the magnetic circuit, form a magnetoelectric exciter, which, when an electric current flows through the walls of the electric current, acts on the resonator (Fig. 6).

Электроды емкостного приемникаElectrodes capacitive receiver

- С8* размещены между полюсами октупольного поля и образуют с внешней цилиндрической поверхностью резонатора 3 конденсаторы, которые электрически соединены между собой и подключены через резистор к источнику 12 постоянного напряжения. Кроме того, каждый из электродов через резистор подсоединен ко входам дифференциальных усилителей 13 и 14. Концы резонатора подсоединены к вторичной обмотке питающего трансформатора 15.- With 8 * placed between the poles of the octupole field and form with the outer cylindrical surface of the resonator 3 capacitors, which are electrically interconnected and connected through a resistor to the source 12 of constant voltage. In addition, each of the electrodes is connected through a resistor to the inputs of differential amplifiers 13 and 14. The ends of the resonator are connected to the secondary winding of the supply transformer 15.

Датчик работает следующим образом.The sensor works as follows.

Измеряемое давление через штуцер подводится во внутреннюю полость резонатора 3, который вместе с магнитоэлектрическим возбудителем, емкостным приёмником и усилителями 13 и 14 образует двухконтурную электромеханическую автоколебательную систему, обеспечивающую в резонаторе незатухающие колебания с двумя ча5The measured pressure through the nozzle is supplied into the internal cavity of the resonator 3, which, together with the magnetoelectric exciter, capacitive receiver and amplifiers 13 and 14, forms a dual-circuit electromechanical self-oscillatory system providing in the resonator non-damping oscillations with two parts

757888757888

όό

|стотами £^2 и 4, соответствующими 'модам с волновыми числами гп = 1 , η = 2 и в = 1, η = 4 соответственно. Размещение электродов - С8 и распределение возбуждающих сил по поверхности резонатора таково, что 5| Stacks £ ^ 2 and 4, corresponding to 'modes with wavenumbers rn = 1, η = 2 and c = 1, η = 4, respectively. The placement of the electrodes - C 8 and the distribution of the exciting forces on the surface of the resonator are such that 5

при его двухчастотных колебаниях изменение емкостей и С 2 (и соот. ветствующих других) создает синфазный сигнал для моды т = 1, η = 2:и противофазный сигнал для моды т = 1, η = 4. Поэтому,суммируя на входе дифференциального усилителя 13 сигналы с емкостей и С г, получают на его выходе сигнал обусловленный только модой колебаний щ = 1; η = 2, а вы- ,_ читая соответственно на входе дифференциального усилителя 14 эти же сигналы, получают сигнал только от моды ш = 1, η = 4.Таким образом, группа электродов 1, 2, 5, 6, включенных противофазно электродам. 20at its two-frequency oscillations, a change in capacitance and C 2 (and corresponding others) creates a common-mode signal for the mode m = 1, η = 2: and an antiphase signal for the mode m = 1, η = 4. Therefore, summing up at the input of the differential amplifier 13 signals from capacitances and C g , receive at its output a signal due only to the mode of oscillation u = 1; η = 2, and you, _ reading the same signals at the input of the differential amplifier 14, receive the signal only from mode w = 1, η = 4. Thus, the group of electrodes 1, 2, 5, 6, which are connected antiphase to the electrodes. 20

3, 4, 7, 8 ко входу усилителя 13, позволяет получить на его выходе сигнал, пропорциональный колебаниям резонатора с частотой £42., соответствующей моде т = 1, η = 2.Аналогии- 25 но, электроды 1, 3, 5, 7, включенные противофазно электродам 2, 4, 6, 8 ко входу усилителя 14, создают на выходе этого усилителя сигнал, пропорциональный колебаниям реэонато- 30 ра с частотой £^4 и модой т = 1, η =3, 4, 7, 8 to the input of the amplifier 13, allows you to get at its output a signal proportional to the oscillations of the resonator with a frequency of £ 42., Corresponding to the mode m = 1, η = 2. Analogy 25, electrodes 1, 3, 5, 7, which are connected antiphase to the electrodes 2, 4, 6, 8 to the input of the amplifier 14, produce at the output of this amplifier a signal proportional to the oscillations of a 30 э 4 frequency and mode t = 1, η =

= 4 . В силу симметричного и близкого взаимного расположения электродов и резонатора, а также противофазного включения электродов дополнительно 35= 4 Due to the symmetrical and close mutual positioning of the electrodes and the resonator, as well as antiphase activation of the electrodes, an additional 35

компенсируются внешние наводки на выходах усилителей.external pickups at the outputs of amplifiers are compensated

Фазовые характеристики усилителейPhase characteristics of amplifiers

13 и 14 в рабочем диапазоне частот выбирают так, чтобы первая частота 40 автоколебаний равна частоте собственных колебаний резонатора с модой13 and 14 in the operating frequency range is chosen so that the first frequency of 40 self-oscillations is equal to the natural frequency of the resonator with the mode

т = 1, η = 2, а вторая частота автоколебаний - частоте собственных колебаний резонатора с модой ш - 1, 45t = 1, η = 2, and the second frequency of self-oscillations - the frequency of natural oscillations of the resonator with mode w - 1, 45

η = 4. При протекании вдоль резонатора переменного тока, имеющего гармоники этих частот, на резонатор действуют силы, поддерживающие егоколебания.η = 4. When an alternating current flowing along a resonator has these harmonic frequencies, these forces act on the resonator to support oscillations.

Выходные сигналы усилителей 13 иThe output signals of the amplifiers 13 and

14 одновременно являются выходными сигналами датчика, а их частоты имеют14 are simultaneously output signals of the sensor, and their frequencies have

разные зависимости о/ совместно действующих измеряемого давления и возмущения, что позволяет при последующей обработке этих сигналов определить каждую из указанных величин и тем самым повысить точность измерений .different dependences of the measured / measured pressure and perturbation, which makes it possible to determine each of the indicated values in the subsequent processing of these signals and thereby increase the measurement accuracy.

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Датчик давления с частотным выходом, содержащий корпус, цилиндрический резонатор, подключенный к питающему трансформатору, постоянные магниты, образующие квадрупольное поле системы возбуждения и электроды емкостной системы съема колебаний, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерения, в систему возбуждения введены восемь одинаковых равномерно распределенных по окружности дополнительных магнитов чередующейся полярности, четыре иэ которых совмещены с полюсами квадрупольной системы, а система съема выполнена в виде восьми электродов симметрично расположенных между магнитами, две противоположные смежные пары которых подключены через сопротивления к одному из входов первого усилителя, а две вторые пары смежных противоположных электродов подключены-к другому входу Первого усилителя, а электроды, расположенные друг относительно друга через один, подключены соответственно ко входам второго усилителя, при этом резонатор подсоединен ко вторичной обмотке трансформатора, две первичные обмотки которого подключены к выходам упомянутых усилителе"й, а электроды соединены между собой и подключены через резистор к источнику постоянного напряжения.Pressure sensor with frequency output, comprising a housing, a cylindrical resonator connected to a power transformer, permanent magnets forming the quadrupole field of the excitation system and electrodes of a capacitive vibration pickup system, characterized in that, in order to extend the functionality and improve measurement accuracy, into the excitation system introduced eight identical uniformly distributed around the circumference additional magnets of alternating polarity, four of which are combined with the poles of the quadrupole sy themes, and the removal system is made in the form of eight electrodes symmetrically located between the magnets, two opposite adjacent pairs of which are connected via resistance to one of the inputs of the first amplifier, and two second pairs of adjacent opposite electrodes are connected to another input of the First amplifier, and the electrodes located each other relative to each other through one, connected respectively to the inputs of the second amplifier, while the resonator is connected to the secondary winding of the transformer, the two primary windings of which are connected to the outputs of the mentioned amplifiers, and the electrodes are interconnected and connected through a resistor to a constant voltage source.
SU782611859A 1978-05-05 1978-05-05 Pressure sensor with frequency output SU757888A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782611859A SU757888A1 (en) 1978-05-05 1978-05-05 Pressure sensor with frequency output

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU782611859A SU757888A1 (en) 1978-05-05 1978-05-05 Pressure sensor with frequency output

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU757888A1 true SU757888A1 (en) 1980-08-23

Family

ID=20762993

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU782611859A SU757888A1 (en) 1978-05-05 1978-05-05 Pressure sensor with frequency output

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU757888A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4674331A (en) Angular rate sensor
US6005387A (en) Reduced offset high accuracy induced current position transducer
US3823990A (en) Capacitive-inductive bridge type electrical suspension
US3890564A (en) Apparatus for inducing eddy current in a semiconductor wafer for measuring the electric conductivity or resistivity thereof
US2683989A (en) Gauging device
US3995493A (en) Differential pressure transducer
SU757888A1 (en) Pressure sensor with frequency output
US3931572A (en) Method and apparatus for measuring magnetic fields utilizing odd harmonics of an excitation signal
EP0171378A1 (en) Angular rate sensor
JP6613599B2 (en) Permeability / dielectric constant sensor and permeability / dielectric constant detection method
RU2163350C2 (en) Meter of linear displacement
SU1041962A1 (en) Electrostatic field strength measuring device
SU771570A1 (en) Device for measuring electrostatic field intensity
JP2001083223A (en) Magnetometer
SU495528A1 (en) Electronic compass
SU1449939A1 (en) Apparatus for measuring electric field intensity
CN85102388A (en) The eddy current mode displacement transducer of high precision and high sensitivity
SU458771A1 (en) DC sensor
SU456208A1 (en) Vibration Angular Speed Sensor
SU702324A1 (en) Magnetomodulation sensor
SU794603A1 (en) Electronic time-piece generator
SU721782A1 (en) Differential sensor of magnetic field
SU546024A1 (en) Device for measuring electron beam current
SU1307407A1 (en) Device for measuring parameters of barkhausen effect
SU913488A1 (en) Capacitive sensor