УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE MEASURING DEVICE

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известен манометр, в котором изменение давления преобразуется в напряжение (см. А.Г. Гарганеев «Технические средства автоматики и управления», Томск, ТУ СУР, 2007 г., стр.211). Этот манометр содержит пружину Бурдона, расположенную на держателе. Свободный конец пружины связан с сердечником трансформаторного преобразователя. При изменении давления p сердечник перемещается, изменяя взаимоиндуктивность первичной и вторичной обмоток. В результате выходное напряжение преобразователя пропорционально измеряемому давлению.
Недостатком этого известного манометра является низкая точность, связанная с потерями в сердечнике трансформаторного преобразователя.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип резонансный измеритель давления (В.А. Викторов, Б.В. Лункин, А.С.Совлуков. Радиоволновые измерения параметров технологических параметров. М.: Энергоатомиздат, 1989, стр.118). Согласно этому устройству под воздействием давления на тонкую диафрагму, изготовленную из нержавеющей стали и служащую одной из торцевых стенок цилиндрического сверхвысокочастотного резонатора, изменяется длина полости резонатора и за счет этого резонансная частота цилиндрического резонатора становиться зависимой от длины полости. В результате об изменении давления можно судить по изменению резонансной частоты резонатора.
Недостатком этого бесконтактного измерителя давления следует считать сложность процедуры измерения резонансной частоты резонатора.
Техническим результатом заявляемого решения является упрощение процедуры измерения информативного параметра.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения давления, содержащее генератор электромагнитных колебаний, соединенный выходом с элементом ввода электромагнитных колебаний, элемент вывода электромагнитных колебаний, подключенный ко входу детектора, введены усилитель и измеритель интенсивности, чувствительный элемент выполнен в виде неподвижной металлической пластины и тонкой деформирующейся металлической пластины, разнесенные друг от друга на некотором расстоянии, причем выход детектора через усилитель соединен со входом измерителя интенсивности.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что изменение интенсивности интерференционной электромагнитной волны, возникающей между неподвижной и деформирующейся металлическими пластинами, дает возможность измерить величину давления при его изменении.
Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу измерения давления на основе использования деформации плоской металлической тонкой пластины при воздействии на нее объекта давления с желаемым техническим результатом, т.е. упрошением процедуры измерения информативного параметра.
На чертеже схематично представлено предложенное устройство.
Устройство содержит генератор электромагнитных колебаний 1, неподвижную металлическую пластину 2, элемент ввода электромагнитных колебаний 3, элемент вывода электромагнитных колебаний 4, соединенный со входом детектора 5, усилитель 6, подключенный выходом ко входу измерителя интенсивности 7, и тонкую деформируюшеуюся металлическую пластину 8.
Устройство работает следующим образом. Выходной электромагнитный сигнал генератора электромагнитных колебаний 1 поступает в элемент ввода электромагнитных колебаний 3, закрепленный на поверхности неподвижной металлической пластины 2. После ввода сигнала в пространство между металлическими пластинами 2 и 8 часть этого сигнала направляется в сторону поверхности деформирующейся пластины, обращенной к поверхности неподвижной металлической пластины. В то же время другая часть этого сигнала улавливается элементом вывода электромагнитных колебаний 4, закрепленным на поверхности неподвижной металлической пластины. Согласно данному техническому решению элементы ввода и вывода электромагнитных колебаний разнесены друг от друга на некотором расстоянии и закрепляются в разных сечениях противоположенной поверхности неподвижной металлической пластины, обращенной к поверхности деформирующейся металлической пластины. При этом металлические пластины заключаются, например, в металлический цилиндр.
В предлагаемом устройстве деформация (изгиб направляется в сторону неподвижной металлической пластины) тонкой металлической пластины при воздействии на нее давления используется для его измерения. В силу этого отраженная волна от поверхности тонкой металлической пластины, обращенной к поверхности неподвижной металлической пластины, будет поступать в элемент вывода с некоторым запаздыванием во времени по отношению сигнала, поступающего с элемента ввода в элемент вывода (прямая волна). В результате при наложении этих двух сигналов в элементе вывода (при одновременном их поступлении) образуется интерференционная волна, формирующаяся посредством наложения отраженного от поверхности тонкой металлической пластины сигнала и сигнала, прошедшего от элемента ввода в элемент вывода (прямая волна).
В рассматриваемом случае для интенсивности I данной интерференционной волны можно записать
<mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><mi>I</mi><mmultiscripts><mo>+</mo><mprescripts /><mn>1</mn><none /></mmultiscripts><mi>I</mi><mmultiscripts><mrow><msqrt><mrow><mi>I</mi><mmultiscripts><mi>I</mi><mprescripts /><mn>1</mn><none /></mmultiscripts><mmultiscripts><mrow /><mprescripts /><mn>2</mn><none /></mmultiscripts></mrow></msqrt></mrow><mprescripts /><mn>2</mn><none /></mmultiscripts><mi>γ</mi><mi>cos</mi><mn>2</mn><mi>π</mi><mo>/</mo><mi>λ</mi><mo stretchy="false">(</mo><mn>2</mn><mi>d</mi><mo>−</mo><mn>2</mn><mi>l</mi><mmultiscripts><mo>−</mo><mprescripts /><mn>1</mn><none /></mmultiscripts><mn>2</mn><mi>l</mi><mmultiscripts><mo stretchy="false">)</mo><mprescripts /><mn>2</mn><none /></mmultiscripts></mrow>
,
2
1
1
2
1
2
2
1
2
2
2
где d - расстояние между металлическими пластинами при отсутствии давления (без изгиба тонкой металлической пластины), l- расстояние между элементами ввода и вывода электромагнитных колебаний, l- длина (глубина) прогиба тонкой металлической пластины, I и I - соответственно интенсивности отраженной и прямой волн, γ - степень когерентности волн, λ - длина распространяющейся между металлическими пластинами электромагнитной волны. Из вышеприведенного выражения следует, что при постоянных значениях параметров I, I, λ, γ, l, об изменении l можно судить по интенсивности I. Отсюда вытекает, что при воздействии давления на тонкую металлическую пластину (наличие изгиба в сторону неподвижной металлической пластины) посредством определения интенсивности интерференционной волны можно измерить величину давления. При этом варьированием параметров d и l можно обеспечить относительно минимальное и максимальное значения интенсивности интерференционной волны, соответствующей нулевой или максимальной величинам давления. Так, например, при l=const разнесение пластин на расстояние d=λ/8+l/2 может обеспечить минимальное значение интенсивности I, позволяющей судить об отсутствии деформации тонкой металлической пластины, т.е. нулевом давлении.
В этом техническом решении для определения интенсивности I сигнал с элемента вывода электромагнитных волн поступает в детектор 5. После этого продетектированный сигнал с выхода детектора усиливается усилителем 6 и подается на вход измерителя интенсивности (измеритель мощности) 7. В последнем отражается информация о величине давления.
При практической реализации данного технического решения в качестве генератора электромагнитных колебаний может быть использован твердотельный генератор типа ГЛПД-1.
Таким образом, в предлагаемом устройстве, использующем деформирующие свойства тонкой металлической пластины, разнесенной на некотором расстоянии от неподвижной металлической пластины, проведение измерения интенсивности интерференционной волны дает возможность обеспечить упрощение процедуры измерения информативного параметра, связанного с давлением.