SU1749735A1 - Датчик давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к индуктивным датчикам давлени  и позвол ет повысить точность и стабильность датчика давлени . Датчик содержит мембрану 1, по обе стороны которой расположены магнитные системы , состо щие из одинаковых элёментфв-обмоток 10 и 11, установленных в маг нитопроводах 6 и 7. На магнитопроводы надеты немагнитные экраны 4 и 5. Материал немагнитных экранов имеет одинаковый температурный коэффициент линейного расширени  с материалом маг- нитопроводов и корпуса. Магнитопроводы, корпус и мембрана выполнены из одного и того же элинварного сп/1ава-ВУС-12, но за счет различной термообработки материал магнитопроводов 6 и 7 имеет меньшую твердость , чем материал мембраны. Это позвол ет уменьшить температурную погрешность и повысить помехозащищенность . Датчик обладает высокой точностью измерений ± 1 % от текущего значени  измер емого давлени  и предназначен дл  работы в комплекте с электронными системами управлени  газотурбинными двигател ми. 2 ил. 1 табл. к-А 3 ig 17 п -8 L (Л С § %1 со с 

Description

Изобретение относитс  к авиационному приборостроению, а именно к датчикам давлени , используемым на борту летательных аппаратов.

К приборам, монтируемым на авиационных бортовых системах, и, в первую очередь , на двигател х, предъ вл ютс  весьма жесткие требовани  надежной работоспособности при посто нно действующих вибрационных и температурных нагрузках,  вл ющихс  обычными рабочими режимами этих систем, с сохранением заданной точности в течение длительного срока эксплуатации , Часто дл  этих целей используют датчики давлени  с индуктивными преобразовател ми. Они наиболее отработаны и их характеристики ближе других удовлетвор ют многим требовани м зкс- - плуатации.

Однако одной из проблем конструировани  современных датчиков  вл етс  обеспечение стабильности их показаний а течение длительного срока, соответствующего , обычно, ресурсу работы двигател . Эта проблема  вл етс  наиболее трудно- разрешимой.Требуетс  создание жесткой, монолитной конструкции датчика без подвижных элементов, винтовых и резьбовых соединений и особенно в креплении чувствительных элементов и магнитопроводов, так как в этих соединени х в результате релаксации напр жений происходит ослабление зат жек, по вление люфтов, привод щих к изменению характеристик датчиков.

В датчиках со сварными соединени ми элементов достигнута жесткость конструкции , исключены люфты, но обеспечение временной стабильности достигаетс  применением специальных дифференциальных узлов и схем.

Известен индуктивный датчик, в котором обеспечение стабильности решаетс  введением дополнительного дифференциально-трансформаторного преобразовател  и дополнительного электронного преобразовател . Его принцип действи  основан на одновременном и одинаковом изменении характеристик обоих преобразователей во времени и вычитании изменени  показаний дополнительного преобразовател  из результатов измерений .

Однако, недостатком этого принципа компенсации  вл етс  то, что дополнительные преобразователи увеличивают габариты и массу датчика, снижают надежность его в работе.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  датчик давлени , содержащий мембрану Ь-образной формы, по обе стороны

которой установлены обоймы с катушками.

Така  конструкци  обладает высокой

жесткостью, в ней отсутствуют винтовые и

резьбовые соединени , и компенсаци  температурной погрешности достигаетс  выбором материалов, однако ее погрешности будут определ тьс  изменением характеристик элементов магнитной цепи от темпера0 туры и времени.

Кроме того, этот датчик не обладает достаточной помехозащищенностью ввиду того , что рабочие магнитные пол  проход т по наружной поверхности корпуса. По той же

5 причине, в результате воздействи  температуры окружающей среды,влажности и окислени  (старени ) наружной поверхности корпуса дополнительные погрешности и временна  нестабильность будут значи0 тельными.

Существенным недостатком конструкции этого датчика  вл етс  то, что неравенство температур обеих половин в процессе эксплуатации при изменени х температуры

5 окружающей среды приводит к дополнительной температурной погрешности.

Цель изобретени  - повышение точности и стабильности показаний индуктивных датчиков давлени .

0 Поставленна  цель достигаетс  тем, что в датчик введен корпус, выполненный из двух чашеобразных половин, между которыми с зазорами установлена мембрана с утолщенной периферийной частью, дватон5 костейных экрана, выполненных в виде ста- канов из немагнитного материала и расположенных в чашеобразных половинах корпусов, в которых установлены магни- топроводы с катушками. При этом корпус,

0 мембрана и магнитопроводы выполнены из одинакового материала, и материал экранов имеет одинаковый температурный коэффициент материала, и материал экранов имеет одинаковый температурный коэффициент

5 линейного расширени  с материалом корпуса и магнитопроводов, а твердость материала магнитопроводоа меньше твердости материала мембраны.

На фиг. 1 приведена конструктивна 

0 схема предлагаемого датчика давлени , разрез А-А; на фиг. 2 - график зависимости магнитной проницаемости от напр женности магнитного Пол  сплава ВУС-12,

Мембрана 1 имеет плоскую рабочую по5 верхность и утолщенную периферийную часть, придающую мембране Н-образную форму. В корпусах 2 и 3 плотно установлены экраны 4 и 5, в них - магнитопроводы 6 и 7. В магнитопроводах запрессованы каркасы 8 и 9 с обмотками 10 и 11.

Каркасы 8 и 9 выполнены из немагнитного металла (например, титана) с покрытием поверхностей под обмоткой высокотемпературным лаком, напрессованы на магнитол роводы и со стороны мембранызакрытытонкими пластинами-диафрагмами 12 и 13, приваренными по наружным диаметрам к корпусам 2 и 3, в центре - к полюсам магнитопроводов 6 и 7.

Диафрагмы 12 и 13 выполнены из немагнитного вакуумнойлотного материала и обеспечивают герметизацию подмембран- ной (надмембранной) полости и защиту катушек от воздействи  измер емой среды. В периферийной части мембраны 1 выполнены отверсти , расположены по разные стороны от ее рабочей плоскости и снаружи приварены штуцера 14 и 15 дл  подвода давлений. На наружной утолщенной части мембраны выполнен тонкий фланец, расположенный в одной плоскости с рабочей поверхностью мембраны. На этом фланце выполнены лапки 16 с отверсти ми, через которые осуществл етс  крепление датчика на объекте. Корпуса с экранами, магнито- проводами, катушками и диафрагмами свариваютс  с мембраной по ее утолщенной части и закрываютс  кожухами 17 и 18, выполненными из пермалло , с образованием воздушного зазора между элементами 2, 3 и 17, 18. Воздушные зазоры заполн ютс  пенополиуретаном 19 и 20, имеющим коэффициент теплопроводности значительно ниже, чем воздух.

Мембрана, магнитопроводы и корпуса выполнены из одинакового элинварного сплава, в частности ВУС-12, но имеют раз личные прочностные (упругие) и различные магнитные характеристики. Эти свойства (фиг. 2) обеспечиваютс  соответствующими режимами термообработки (крива  1 - после закалки и двойного дисперсионного твердени ; крива  2 - после закалки и при температуре +105, +25 и -70°С.

В таблице приведены материалы элементов датчика и их основные характеристики .

Как видно из таблицы, мембрана имеет наибольшую твердость. Это достигнуто благодари двойному дисперсионному твердению под нагрузкой и необходимо дл  снижени  упругого последействи  и гистерезиса мембраны и, в конечном итоге, обеспечени  наибольшего совпадени  ее упругих характеристик при первом и последующих нагружени х, что  вл етс  существенным дл  повышени  точности мембранных датчиков давлени . Однако после закалки и двойного дисперсионного

твердени  магнитна  проницаемость мембраны снижаетс  (крива  1, фиг. 2), и вли ние на нее температуры увеличиваетс . Дл  компенсации этих изменений введен магни- 5 топровод из того же,элинварного сплава, но не подвергнутый дисперсионному твердению и имеющий низкую твердость, а в результате этого обладающий большим значением начальной магнитной проницае0 мости и меньшим значением температурногокоэффициентамагнитной проницаемости.

Предлагаема  конструкци  датчика  вл етс  высокоуниверсальной. При сохра5 нении одних и тех же деталей она позвол ет разрабатывать три варианта датчиков: дл  измерени  избыточного давлени , абсолютного давлени  и разности давлений.

0 В датчике избыточного давлени  штуцер 14 соедин ют с трубопроводом измер емой магистрали давлени , а трубопровод штуцера 15 оставл ют открытым. В датчике абсолютного давлени  трубопровод штуце5 ра 15 заварен, а полость между мембраной 1 и корпусом 2 вакуумирована. В датчике разности давлений штуцера 14 и 15 соедин ютс  с трубопроводами измер емых давлений .

0 Датчик работает следующим образом.

Измер емое давление через штуцер 14 подводитс  к мембране 1 и деформирует ее, что приводит к перераспределению воздушных зазоров между мембраной и магнито5 проводами. При включенном питании обмоток это приводит к перераспределению магнитных сопротивлений (индуктив- ностей) цепей, которое на выходе преобразуетс  в изменение напр жени ,

0 пропорционального измер емому давлению .

Так как элементами магнитной цепи  вл ютс  магнитопровод, воздушный зазор и мембрана, то за счет того, что в материале

5 магнитопровода достигнуто наибольшее значение начальной магнитной проницаемости и наименьшее значение ее температурного коэффициента, температурна  погрешность и временна  нестабильность

0 магнитной системы существенно снижаютс  и определ ютс , в основном, изменением магнитных свойств мембраны.

Кроме того, дополнительными факторами , вли ющими на точность,  вл етс  следу5 ющее.

Введение кожуха из пермалло ,  вл ющегос  вторым экраном, позвол ет обеспечить дополнительную помехозащищенность магнитной системы, а двойное экранированив - осуществить работу магнитной системы в режиме слабых магнитных полей, т.е. на начальном линейном участке кривой намагничивани , и обеспечить более высокую линейность выходной характеристики дат- чика. Крепление датчика через лапки, выполненные на тонком наружном фланце, обеспечивают симметричное и равномерное распределение тепла, подводимого через тепловой контакт фланца между обеими половинами датчика. Крепление за лапки снимает передачу на мембрану и магнито- проводы деформации от креплени  датчика к объекту и тем более вли ние изменени  этого креплени  в эксплуатации со време- нем.

Введение воздушного зазора между кожухом и корпусом и заполнение его пенопо- . лиуретаном (коэффициент теплопроводности пенополиуретана значительно меньше, чем воздуха) позвол ет снизить вли ние колебаний температуры на корпус, магнитопровод и мембрану, а введение металлических каркасов катушек, напрессованных на магнито- проводы, обеспечивает уменьшение температурной инерционности между корпусными металлическими детал ми и обмоткой из медного провода. Введение раздельных магнитопроводов, расположенных в корпусах под магнитными экранами и не имеющих непосредственного контакта с окружающей и измер емой средами, позвол ет исключить вли ние этих сред на магни- топроводы. б случае питани  датчика импульсным или высокочастотным напр -

жением изменение влажности оказывает существенное вли ние на работу датчика.

Использование упом нутых признаков позвол ет разработать датчики абсолютного , избыточного и разности давлений, предназначенные дл  прецизионных систем измерени  давлений по тракту газотурбинного двигател  и выдачи сигналов в электронную систему управлени  двигателем. Опытные образцы датчиков давлени  предлагаемой конструкции обеспечивают точность измерени  +1% от текущего значени  измер емого давлени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик давлени , содержащий корпус, выполненный из двух чашеобразных поло- вин, между которыми с зазором установлена мембрана с утолщенным периферийным основанием, два магнитопровода с установленными в них катушками, размещенных в полост х чаш, и подвод щие штуцеры, при этом корпус, мембрана и магнитопроводы выполнены из одинакового материала, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и стабильности, в него введены два тонкостенных экрана, выполненных в виде стаканов из немагнитного материала, имеющего одинаковый температурный коэффициент линейного расширени  с материалом корпуса и магнитопроводов, при этом стаканы расположены в полост х чаш между их стенками и магнитопроводами, имеющими твердость меньше твердости мембраны.

   JI,omH

   1000

   Фаг. 2

   1500 Н(ф)