ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ
PRESSURE SENSOR

Предлагаемое изобретение относится к приборостроению, а именно к датчикам давления, содержащим упругий чувствительный элемент (ЧЭ) и дифференциально-индуктивный преобразователь (ДИП).
Известны датчики абсолютного и избыточного давления, например типа ДАД-7 и ДИД-7 [1]. Основными измерительными узлами известных датчиков давления являются:
- ЧЭ, непосредственно воспринимающий давление контролируемой среды;
- ДИП, осуществляющий преобразование перемещения плунжера в электрический сигнал - напряжение переменного тока.
ДИП состоит из блока индуктивных катушек и штока с плунжером, причем шток жестко закреплен к упругому чувствительному элементу. Блок индуктивных катушек имеет одну первичную катушку и две одинаковые вторичные катушки, включенные между собой последовательно и встречно.
Известный датчик давления работает следующим образом.
Под действием давления контролируемой среды происходит деформация ЧЭ и перемещение плунжера, вызывающие изменение взаимоиндуктивности катушек. В результате этого во вторичных катушках появляется переменное напряжение, пропорциональное перемещению плунжера.
Недостатком известных датчиков давления является отсутствие возможности осуществлять поверку без демонтажа датчика давления с контролируемого объекта.
Датчик давления, выполненный по предлагаемому изобретению, имеет возможность бездемонтажной поверки. Для обеспечения этой возможности ДИП датчика давления имеет дополнительную индуктивную катушку, расположенную на одной оси с блоком индуктивных катушек. Кроме того, на штоке установлен цилиндрический ферромагнитный сердечник, основная ось которого совпадает с осью штока. Цилиндрический ферромагнитный сердечник частично находится внутри дополнительной индуктивной катушки на глубине не менее 1/5 и не более 4/5 линейного размера дополнительной индуктивной катушки по ее оси.
На рис. 1 изображена конструктивная схема датчика давления.
Датчик давления имеет ЧЭ 1, непосредственно воспринимающий давление контролируемой среды 2. ДИП состоит из блока индуктивных катушек 3 и штока 4 с плунжером 5. Плунжер 5 расположен внутри блока индуктивных катушек 3. Над блоком индуктивных катушек 3 расположена дополнительная индуктивная катушка 6. На штоке 4 установлен ферромагнитный сердечник 7. Линейный размер ферромагнитного сердечника 7 вдоль оси штока 4 равен или незначительно превышает линейный размер дополнительной индуктивной катушки 6. Часть ферромагнитного сердечника 7, соответствующая не менее 1/5 и не более 4/5 линейного размера дополнительной индукционной катушки 6, находится внутри катушки 6. ЧЭ 1, ДИП, дополнительная индуктивная катушка 6 и ферромагнитный сердечник 7 помещены в корпус 8, который закрывается крышкой 9.
При измерении давления, выполненного по предлагаемому изобретению, функционирование датчика давления происходит так же, как и у известных приборов [1]. Под действием давления контролируемой среды 2 ДИП осуществляет преобразование перемещения плунжера 5 в изменение взаимоиндуктивности катушек. В результате этого во вторичных катушках появляется переменное напряжение, пропорциональное перемещению плунжера 5.
Поверка датчика давления без демонтажа с контролируемого объекта осуществляется следующим образом.
В результате подачи постоянного тока I в дополнительную индуктивную катушку 6, в которую частично входит ферромагнитный сердечник 7, обладающий большой относительной магнитной проницаемостью, возникает магнитодвижущая сила, действующая на ферромагнитный сердечник 7 и втягивающая его внутрь дополнительной индуктивной катушки 6. Поскольку ферромагнитный сердечник 7 и плунжер 5 находятся на штоке 4, то плунжер 5 приобретает такое же перемещение. Цилиндрический ферромагнитный сердечник 7 перемещается вместе со штоком 4 и деформирует ЧЭ 1. При прекращении подачи тока I в дополнительную индуктивную катушку 6 действие магнитодвижущей силы прекращается, и шток 4, жестко связанный с ЧЭ 1, принимает свое прежнее положение, соответствующее давлению контролируемой среды 2. Перемещение ферромагнитного сердечника 7 и плунжера 5 зависят от жесткости ЧЭ 1, параметров дополнительной индуктивной катушки 6, относительной магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника 7, а также от величины тока I. Изменение положения плунжера 5 регистрируется по изменению переменного напряжения U во вторичных катушках ДИП
P
PI
где U - напряжение, вызванное рабочим давлением контролируемой среды 2, при токе I=0; U - напряжение, вызванное суммарным действием рабочего давления контролируемой среды 2 и постоянным током I в дополнительной индуктивной катушке 6. Ток I не должен принимать значений, при которых ферромагнитный сердечник 7 занимает все пространство внутренней части дополнительной индуктивной катушки 6. Контрольным параметром состояния работоспособности датчика давления служит калибровочный фактор
P
PI
До начала эксплуатации датчика давления экспериментально снимается зависимость калибровочного фактора k от величины тока I, подаваемого на дополнительную индуктивную катушку 6 при изменении давления контролируемой среды 2 по всей шкале. Значения калибровочного фактора заносятся в паспорт и электронную базу данных. При бездемонтажной поверке измеряются напряжения U, U и ток I, вычисляется изменение напряжения на вторичных катушках U по формуле (1) и вычисляется действительное значение калибровочного фактора по формуле (2) при действующем рабочем давлении контролируемой среды 2. Вычисленное значение калибровочного фактора сопоставляется с его паспортным значением. Датчик давления соответствует своим метрологическим характеристикам, если измеренный калибровочный фактор соответствует паспортному значению в пределах основной допустимой погрешности датчика давления.
Предлагаемое изобретение позволяет во время эксплуатации изымать дополнительную индуктивную катушку 6 из корпуса 8 без нарушений функционирования датчика давления. Благодаря этому имеется возможность осуществлять периодическую поверку дополнительной индуктивной катушки 6, или устанавливать дополнительную индуктивную катушку 6 в корпус 8 и использовать ее только при бездемонтажной поверке датчика давления.
ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ
1. Датчик абсолютного давления ДАД-7 и датчик избыточного давления ДИД-7, техническое описание и инструкция по эксплуатации, Министерство приборостроения, средств автоматизации и систем управления, 1977 г.