×
13.06.2019
219.017.809e

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002691283
Дата охранного документа
11.06.2019
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения статического и динамического давления. Устройство содержит металлическую полость в виде предельного волновода, для которого частота возбуждаемых в нем электромагнитных волн выбрана ниже минимальной частоты возбуждения в волноводе распространяющихся электромагнитных волн, с одной упругой торцевой стенкой, соединенного с помощью элемента возбуждения электромагнитных колебаний с генератором электромагнитных колебаний фиксированной частоты и с помощью элемента съема электромагнитных колебаний с детектором, выходом соединенным с регистратором. Предельный волновод выполнен П-образным, у которого другая торцевая стенка выполнена упругой, а элемент возбуждения электромагнитных колебаний и элемент съема электромагнитных колебаний расположены в центральной части П-образного предельного волновода. Технический результат заключается в расширении границ применения устройства и повышении его чувствительности. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения статического и динамического давления.

Известно устройство (US 3927369 А, 31.01.1973), которое содержит сверхвысокочастотный (СВЧ) чувствительный элемент в виде объемного СВЧ-резонатора, который имеет упругую торцевую стенку (мембрану, диафрагму и т.п.), а также соединенный с резонатором блок для генерации резонансной (собственной) частоты электромагнитных колебаний резонатора и блок измерения резонансной частоты данного резонатора. Выходной сигнал этого блока соответствует измеряемому давлению. Эта частота имеет обычно величину порядка нескольких гигагерц и зависит от размеров резонатора, выбранного "рабочего" типа электромагнитных колебаний. При этом изменение давления приводит к смещению гибкой стенки резонатора (это его торцевая стенка), изменяя продольный размер полости резонатора и, как следствие, его резонансную частоту.

Недостатком устройства является достаточно высокая сложность его реализации, обусловленная применением объемного СВЧ-резонатора в качестве чувствительного элемента. При этом необходимо наличие, в конструкции устройства функциональных элементов для требуемого измерения с высокой точностью значения резонансной частоты электромагнитных колебаний резонатора.

Известно также устройство (RU 2586388 С1, 10.06.2016), которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому устройству и принято в качестве прототипа. Устройство-прототип содержит металлическую полость в виде предельного волновода с одной упругой торцевой стенкой. Для такого волновода частота возбуждаемых в нем электромагнитных волн выбрана ниже минимальной частоты возбуждения в волноводе распространяющихся электромагнитных волн. Предельный волновод соединен с помощью элемента возбуждения электромагнитных колебаний с генератором электромагнитных колебаний фиксированной частоты и с помощью элемента съема электромагнитных колебаний - с детектором, выходом соединенным с регистратором.

Недостатком этого устройства-прототипа является ограниченная область применения и недостаточная чувствительность, обусловленные предельной величиной прогиба деформируемой торцевой стенки волновода. Начиная с некоторых значений измеряемого давления данное устройство становится неработоспособным.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение границ применения устройства и повышение его чувствительности.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения давления, содержащем металлическую полость в виде предельного волновода, для которого частота возбуждаемых в нем электромагнитных волн выбрана ниже минимальной частоты возбуждения в волноводе распространяющихся электромагнитных волн, с одной упругой торцевой стенкой, соединенного с помощью элемента возбуждения электромагнитных колебаний с генератором электромагнитных колебаний фиксированной частоты и с помощью элемента съема электромагнитных колебаний - с детектором, выходом соединенным с регистратором, предельный волновод выполнен П-образным, у которого другая торцевая стенка выполнена упругой, а элемент возбуждения электромагнитных колебаний и элемент съема электромагнитных колебаний расположены в центральной части П-образного предельного волновода.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства.

На фиг. 2 приведена схема датчика устройства.

На чертежах показаны волновод 1, упругая торцевая стенка 2, упругая торцевая стенка 3, элементы связи 4 и 5, генератор электромагнитных колебаний 6, детектор 7, регистратор 8.

Устройство работает следующим образом.

В данном устройстве чувствительный элемент в виде предельного волновода 1 имеет на одном из его торцов упругую торцевую стенку 2, в частности мембрану, а на другом его торце - упругую торцевую стенку 3. При воздействии извне какой-либо физической величины (на фиг. 1 такое воздействие показано стрелкой) или при изменении этого воздействия относительно его некоторого исходного значения имеет место прогиб упругих торцевых стенок 2 и 3 предельного волновода 1, обеспечивается восприятие значения соответствующего давления P (за счет измерения величины прогиба каждой упругой торцевой стенки).

Информативным параметром в данном устройстве является амплитуда ослабеваемых электромагнитных волн в предельном волноводе 1, где - величина прогиба каждой мембраны (которые будем рассматривать идентичными, что принципиально не обязательно), точнее, ее центральной части относительно ее исходного положения, соответствующего отсутствию воздействия извне физической величины (или изменения этого воздействия относительно его некоторого исходного значения).

В предлагаемом устройстве осуществляют возбуждение электромагнитных волн в волноводе 1 на частоте, которая ниже минимальной частоты возбуждения в волноводе распространяющихся электромагнитных волн, то есть ниже критической частоты ƒкр, для волны низшего типа. Но при этом вдоль волновода существует только реактивное электромагнитное поле, убывающее при удалении от возбуждающего волны элемента связи у одного из торцов волновода.

Условием распространения электромагнитных волн по любому волноводу является выполнение неравенства: ƒ>ƒкр, которому должны удовлетворять рабочая частота ƒ и критическая частота ƒкр для волны низшего типа, в частности, в круглом волноводе - для волны типа H11. Для волн типа H11 будем иметь ƒкр=2с/3,41 D где D - диаметр волновода (Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Т. 1. М.: Высшая школа. 1970. С. 78-94). При ƒ<ƒкр имеет место предельный режим, при котором распространение электромагнитных волн по волноводу не происходит, а существует только ослабевающее реактивное электромагнитное поле, убывающее при удалении от элемента возбуждения электромагнитных волн.

В предельном волноводе 1 поле изменяется вдоль координаты z (оси волновода) по закону:

а постоянная ослабления α есть

В этих формулах Em и Hm - амплитуды напряженности, соответственно, электрического и магнитного полей при z=0; ω=2πƒ; ε и μ - соответственно, диэлектрическая и магнитная проницаемость вещества в волноводе, с - скорость света.

Выбирая соотношение между ƒ и ƒкр, можно управлять величиной ослабления α в предельном волноводе.

Отметим, что при ƒ<<ƒкр распространение электромагнитных волн вдоль волновода отсутствует. Имеет место запредельный режим распространения волн, а волновод является при этом запредельным волноводом. В данном же устройстве имеет место именно предельный режим, указанный выше и характеризуемый наличием ослабеваемого вдоль волновода реактивного электромагнитного поля, а не запредельный режим распространения электромагнитных волн.

В предельном волноводе 1 с гибкими металлическими мембранами 2 и 3 на его торцах возбуждают через элемент связи 4, расположенный в центральной части предельного волновода 1, с помощью генератора электромагнитных колебаний 6 электромагнитные волны (реактивное электромагнитное поле) на фиксированной частоте ƒ, которая выбрана ниже минимальной частоты возбуждения в волноводе распространяющихся электромагнитных волн - меньшей критической частоты ƒкр для этого предельного волновода 1 (фиг. 1).

Напряженность электрического поля Е и магнитного поля H при удалении от элемента связи 4 спадает в соответствии с соотношением (1). При этом значение Е (и Н) зависит от величины прогиба обеих торцевых мембран 2 и 3 волновода 1. В центральной части предельного волновода 1 (фиг. 1) принимаемые сигналы поступают через элемент связи 5, расположенный, как и элемент связи 4, в центральной части предельного волновода 1, на детектор 7. Затем про детектированный сигнал поступает на регистратор 8 для определения амплитуды сигнала, служащего информативным параметром.

Выражение для E(z) должно учитывать распространение ослабеваемых электромагнитных волн (реактивного электромагнитного поля) вдоль предельного волновода 1, а также и их отражение от его соответствующего торца - гибкой торцевой мембраны 2 и гибкой торцевой мембраны 3.

Для схемы устройства на фиг. 1 амплитуда напряженности результирующего электромагнитного поля E(z) в некотором сечении с координатой z предельного волновода в данном случае есть

где Em - амплитуда напряженности зондирующего электромагнитного поля при z=0, то есть у элемента связи 4, где z=0; - расстояние, отсчитываемое от элемента связи 4. Величина коэффициента α определяется соотношением (2).

Величина определяется суммарной степенью прогиба гибкой мембраны 2 и гибкой мембраны 3 в местах их расположения и, следовательно, зависит от давления , где - величина прогиба каждой мембраны; - значение при нулевом прогибе каждой мембраны, т.е. при Р=Р0=0. Отметим, что в устройстве-прототипе, где имеется всего одна упругая торцевая стенка (мембрана),

Следовательно, как следует из (3), амплитуда результирующего значения напряженности электромагнитного поля в сечении с координатой z=0 есть

Величина Е(Р) является монотонной функцией Р, позволяя однозначно определять искомое значение давления.

Из соотношений (3) и (4) следуют выражения для значений S0 и S чувствительности устройств с, соответственно, одним и двумя "рабочими" концами предельного волновода:

Сравнивая (5) и (6) с учетом того, что начальное значение резонансной частоты для обоих устройств (с одним и двумя "рабочими" торцами предельного волновода) при номинальном значении Р(0)=Р0=0 измеряемого параметра одна и та же (S0(P0)=S(P0)), получим: S=2 S0 при х0; подобное соотношение имеет место в реальном диапазоне изменения Р при деформации упругих торцевых стенок (мембран) датчика устройства. Следовательно, чувствительность предлагаемого устройства к измеряемому давлению в два раза выше чувствительности устройства с одним "рабочим" концом предельного волновода, соответствующего устройству-прототипу.

На фиг. 2 приведен датчик рассматриваемого устройства в виде предельного волновода П-образной формы, у которого упругие торцевые стенки 2 и 3 расположены на одной плоскости, перпендикулярной оси волновода 1. В этом случае устройство воспринимает давление с одной стороны, что часто имеет место на практике.

Величина прогиба деформируемой торцевой стенки (мембраны) выражается следующей формулой (US 3927369 А, 31.01.1973):

где ΔР - разность давлений с внешней и внутренней сторон мембраны, а - радиус цилиндрической мембраны, d - ее толщина, Е - модуль упругости конкретного материала, из которого изготовлена мембрана. Формула (7) выражает максимальную величину деформации в центре мембраны.

Конструкция волновода может быть изготовлена из меди, латуни и других металлов с небольшим удельным сопротивлением. Упругая торцевая стенка (мембрана) может быть изготовлена из различных металлов, например, элинвара (RU 2221228 С2, 10.01.2004). В качестве материала для мембраны допустимо выбрать нержавеющую сталь. Толщина мембраны может составлять 0,1÷0,2 мм, а ее диаметр 10÷40 мм.

Данное устройство характеризуется простотой его конструкции и реализации. Оно не требует наличия объемных резонаторов и специальных прецизионных схемных элементов для высокоточного измерения их резонансных частот. Здесь требуется наличие лишь генератора электромагнитных колебаний фиксированной частоты, волновода с торцевой гибкой металлической стенкой на каждом из двух его торцов, детектора и регистратора. При этом точность измерения может быть достаточно высокой: амплитуда принимаемых колебаний соответствует ослабеваемому реактивному электромагнитному полю в предельном волноводе и не связана с омическими потерями электромагнитной энергии в нем.

Выбором фиксированной частоты ƒ генератора, подсоединенного к предельному волноводу, поперечных и продольного размеров этого волновода можно оптимизировать чувствительность устройства в рабочем диапазоне изменения давления или другой измеряемой физической величины, изменение которой приводит к прогибу упругой торцевой стенки предельного волновода.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для измерения давления за счет выполнения предельного волновода П-образным, у которого каждая из двух торцевых стенок выполнена упругой, а элемент возбуждения электромагнитных колебаний и элемент съема электромагнитных колебаний расположены в центральной части П-образного предельного волновода, обеспечивается технический результат настоящего изобретения - расширение границ применения устройства и повышение его чувствительности. Такое устройство может иметь применение для измерения давления и других физических величин.

Устройство для измерения давления, содержащее металлическую полость в виде предельного волновода, для которого частота возбуждаемых в нем электромагнитных волн выбрана ниже минимальной частоты возбуждения в волноводе распространяющихся электромагнитных волн, с одной упругой торцевой стенкой, соединенного с помощью элемента возбуждения электромагнитных колебаний с генератором электромагнитных колебаний фиксированной частоты и с помощью элемента съема электромагнитных колебаний с детектором, выходом соединенным с регистратором, отличающееся тем, что предельный волновод выполнен П-образным, у которого другая торцевая стенка выполнена упругой, а элемент возбуждения электромагнитных колебаний и элемент съема электромагнитных колебаний расположены в центральной части П-образного предельного волновода.
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 31-40 of 276 items.
10.07.2014
№216.012.dc1f

Способ преобразования энергии ветра в полезную энергию

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Способ преобразования энергии ветра в полезную энергию путем воздействия на струны набегающего потока воздуха. Колебания струн под действием потока воздуха усиливают за счет увеличения их поверхности путем навешивания на них полотнищ....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522129
Дата охранного документа: 10.07.2014
10.08.2014
№216.012.e7b6

Устройство формирования переноса в сумматоре

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в КМДП интегральных схемах для реализации арифметических устройств. Техническим результатом является повышение надежности. Устройство содержит логические транзисторы n-типа, предзарядовые транзисторы р-типа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525111
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.08.2014
№216.012.e7c4

Малогабаритный музыкальный фонтан

Изобретение относится к гидротехническим устройствам, а именно к фонтанам, в том числе к декоративным и демонстративным, в которых изменяется характер струи. Малогабаритный музыкальный фонтан содержит основание, с закрепленными на нем корпусом, электродвигателем и кронштейнами крепления траверс...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525125
Дата охранного документа: 10.08.2014
10.09.2014
№216.012.f364

Устройство для измерения свойства диэлектрического материала

Предлагаемое техническое решение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого устройства является повышение точности измерения. Устройство для измерения свойства диэлектрического материала содержит генератор электромагнитных колебаний, первый развязывающий элемент,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528130
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.09.2014
№216.012.f365

Бесконтактное радиоволновое устройство для измерения толщины диэлектрических материалов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного и дистанционного определения толщины плоских диэлектрических материалов. Технический результат - повышение точности достигается тем, что устройство содержит генератор сверхвысокочастотных электромагнитных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528131
Дата охранного документа: 10.09.2014
10.09.2014
№216.012.f3f3

Способ измерения вектора гармонического сигнала

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может использоваться при измерениях пассивных и активных комплексных электрических величин. Способ состоит в том, что амплитуду А и начальный фазовый сдвиг φ вектора гармонического сигнала S(t) с известным периодом Т, действующего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528274
Дата охранного документа: 10.09.2014
20.10.2014
№216.012.fe4b

Способ позиционного управления газовой турбиной

Изобретение относится к области позиционного управления газовой турбиной. Технический результат изобретения - обеспечение позиционного управления газовой турбиной с получением необходимой динамики и точности позиционирования. Газ подают на лопатки турбины до достижения точки позиционирования,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530955
Дата охранного документа: 20.10.2014
20.10.2014
№216.012.fe96

Объемный расходомер

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения газообразных и текучих сред, а также в коммерческих расчетах. Объемный расходомер содержит последовательно соединенные с входным каналом сумматор, расходомер напорного потока и делитель потока,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531030
Дата охранного документа: 20.10.2014
20.10.2014
№216.012.fe98

Способ измерения расхода среды

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения газообразных и текучих сред, а также в коммерческих расчетах. Способ измерения расхода среды, при котором основной поток суммируют с обратным потоком, проводят суммарный поток через основной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531032
Дата охранного документа: 20.10.2014
20.10.2014
№216.012.fe99

Устройство для измерения количества вещества в металлической емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения объемов металлических полостей произвольной формы, а также для измерения количества (объема, массы) содержащихся в таких полостях веществ, занимающих произвольное положение в объеме емкости, в том числе и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002531033
Дата охранного документа: 20.10.2014
Showing 31-40 of 86 items.
27.03.2016
№216.014.c78d

Способ определения положения границы раздела двух веществ в емкости

Изобретение относится к измерительной технике. В заявленном способе определения положения границы раздела двух веществ в емкости, при котором в емкости с веществами, одно над другим, образующими плоскую горизонтальную границу раздела, размещают вертикально отрезок длинной линии длиной l,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002578749
Дата охранного документа: 27.03.2016
10.04.2016
№216.015.2e71

Способ измерения физической величины

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических величин. Согласно способу возбуждают колебания в резонаторе на фиксированной частоте. При изменении начальной собственной частоты резонатора в фиксированных пределах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579359
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.06.2016
№216.015.4603

Устройство для измерения давления

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения давления содержит СВЧ чувствительный элемент в виде металлической полости, часть стенки которой выполнена упругой, соединенный с помощью элемента возбуждения и элемента съема электромагнитных колебаний с электронным блоком,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586388
Дата охранного документа: 10.06.2016
25.08.2017
№217.015.a204

Способ измерения физической величины

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических величин, в частности механических величин, геометрических параметров объектов и физических свойств веществ. При реализации способа измерения физической величины с помощью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606807
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.a7eb

Способ измерения количества каждой компоненты многокомпонентной среды в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения покомпонентного количества (объема) многокомпонентной среды в емкости, произвольным образом распределенной внутри нее. В частности, оно может быть применено для измерения количества каждой компоненты...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611210
Дата охранного документа: 21.02.2017
25.08.2017
№217.015.a8da

Устройство для измерения внутреннего диаметра металлической трубы

Изобретение может быть использовано для бесконтактного измерения внутреннего диаметра металлических труб на металлургических, машиностроительных предприятиях, в том числе при их производстве, например, по методу центробежного литья. Оно может быть применено также при бесконтактном измерении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611334
Дата охранного документа: 21.02.2017
25.08.2017
№217.015.a8e8

Способ измерения состава двухфазного вещества в потоке

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для высокоточного измерения физических свойств веществ, являющихся компонентами двухфазного вещества, неподвижного или транспортируемого по трубопроводу. В частности, данный способ может быть применен для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611439
Дата охранного документа: 22.02.2017
25.08.2017
№217.015.ab10

Способ измерения состава трехкомпонентного водосодержащего вещества в потоке

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для высокоточного измерения физических свойств веществ, являющихся компонентами трехкомпонентного вещества, неподвижного или транспортируемого по трубопроводу. В частности, данный способ может быть применен для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612033
Дата охранного документа: 02.03.2017
25.08.2017
№217.015.b28a

Способ измерения влагосодержания жидкости

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для высокоточного измерения влагосодержания различных диэлектрических жидких веществ, в частности нефти и нефтепродуктов, находящихся в емкостях или перекачиваемых по трубопроводам. Способ измерения влагосодержания жидкости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614054
Дата охранного документа: 22.03.2017
25.08.2017
№217.015.c922

Устройство для измерения диаметра провода

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения диаметра провода как готового изделия, так и при его производстве. Оно может быть применено также для измерения диаметра других протяженных металлических изделий (стержней, нитей и т.п.)....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619356
Дата охранного документа: 15.05.2017
+ добавить свой РИД