×
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 71-80 of 276 items.
10.06.2015
№216.013.510f

Способ определения состояния поверхности дороги

Изобретение относится к способам для определения состояния поверхности дорожного полотна, на котором возможно образование слоя воды, снега или льда. Контролируемый участок поверхности дороги зондируют электромагнитными волнами, принимают отраженные от этого участка поверхности электромагнитные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552272
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.07.2015
№216.013.6084

Способ контроля процесса плавки в вакуумной дуговой печи

Изобретение относится к области измерительной техники. Техническим результатом заявляемого решения является отслеживание длины дуги в процессе плавки в вакуумной дуговой печи. Технический результат достигается тем, что в способе контроля процесса плавки в вакуумной дуговой печи, включающем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556249
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.60af

Способ измерения уровня жидкости в емкости

Изобретение может быть использовано для высокоточного измерения уровня диэлектрической жидкости, находящейся в емкости, например для измерения уровня нефтепродуктов. Техническим результатом является увеличение чувствительности и точности измерений. В предлагаемом способе измерения уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556292
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.60d3

Устройство для определения внешнего объема цилиндрического полого изделия

Изобретение относится к области измерительной техники. Техническим результатом заявляемого решения является упрощение процедуры обработки информационных сигналов о геометрических параметрах цилиндрического изделия. Устройство для определения внешнего объема цилиндрического полого изделия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556329
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.6154

Сеть с топологией расширенного обобщенного гиперкуба

Изобретение относится к области высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных систем. Техническим результатом является обеспечение надежных высокоэффективных сетей с большим числом процессорных узлов. Системная сеть с топологией расширенного n-мерного R-ичного обобщенного гиперкуба,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556458
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.08.2015
№216.013.69c4

Способ измерения параметров сжиженного газа в трехфазном состоянии

Изобретение относится к электрическим методам контроля и может быть использовано для измерения параметров сжиженных газов, включая криогенные жидкости, в трехфазном состоянии (газовом, жидком и твердом). Оно может быть использовано также для измерения положения границ раздела и диэлектрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558629
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.69c5

Способ измерения уровня вещества в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения уровня вещества (жидкости, сыпучего вещества), находящегося в какой-либо емкости. В частности, оно может быть применено для измерения уровня нефтепродуктов, сжиженных газов и др. Техническим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558630
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.69c6

Бесконтактное радиоволновое устройство для определения уровня жидкости в емкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения уровня жидкости, находящейся в какой-либо емкости, в частности для измерения уровня воды, нефтепродуктов, сжиженных газов и других жидкостей. Предлагается устройство для измерения уровня...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558631
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6b94

Устройство для получения электроэнергии на основе использования морских волн

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к преобразованию энергии волн открытых водоемов в электроэнергию. Устройство для получения электроэнергии на основе использования морских волн содержит преобразователь энергии морских волн, выполненный в виде набора...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559098
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.6c06

Способ использования морских волн для получения электроэнергии

Изобретение относится к области возобновляемой энергетики, а именно к преобразованию энергии волн открытых водоемов в электроэнергию. Способ использования морских волн для получения электроэнергии заключается в том, что осуществляют концентрацию фронта волны за счет пропускания воды через набор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559212
Дата охранного документа: 10.08.2015
Showing 71-80 of 86 items.
10.04.2019
№219.017.07bf

Устройство для измерения давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения статического и динамического давления. Техническим результатом изобретения является расширение границ области применения датчика давления и повышение его чувствительности. Устройство для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002408856
Дата охранного документа: 10.01.2011
29.04.2019
№219.017.4377

Устройство для определения содержания спирта и сахара в вине

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения концентрации различных водосодержащих растворов, в частности концентрации спирта и сахара в вине. Предлагается устройство, содержащее первый и второй чувствительные элементы в виде,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002413218
Дата охранного документа: 27.02.2011
09.05.2019
№219.017.50ab

Способ определения влагосодержания вещества

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения влагосодержания, а также других физических свойств (концентрации смеси, плотности) различных материалов и веществ, перемещаемых по ленточным конвейерам, транспортерам. В частности, оно может быть применено при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002468358
Дата охранного документа: 27.11.2012
09.06.2019
№219.017.7628

Датчик давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного измерения избыточного давления высокотемпературных сред в широком диапазоне его изменения. Датчик давления выполнен в виде совокупности первого коаксиального резонатора, содержащего цилиндрический корпус,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002690971
Дата охранного документа: 07.06.2019
13.06.2019
№219.017.80a0

Способ измерения внутреннего диаметра металлической трубы

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения внутреннего диаметра металлических труб как готовых изделий, так и при их производстве. Сущность заявленного решения заключается в том, что в предлагаемом способе измерения внутреннего диаметра...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691288
Дата охранного документа: 11.06.2019
19.06.2019
№219.017.88d0

Устройство для измерения физических свойств жидкости

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройству для измерения физических свойств жидкости, и может быть использовано, например, в пищевой промышленности. Предлагаемое устройство для измерения физических свойств жидкости содержит размещаемый в контролируемой жидкости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002412432
Дата охранного документа: 20.02.2011
01.09.2019
№219.017.c548

Способ измерения положения границы раздела двух веществ в резервуаре

Использование: для высокоточного измерения положения границы раздела двух веществ. Сущность изобретения заключается в том, что способ измерения положения границы раздела двух веществ в резервуаре, при котором в емкости с веществами, одно над другим, образующими плоскую горизонтальную границу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698575
Дата охранного документа: 28.08.2019
12.10.2019
№219.017.d54f

Способ измерения положения границ раздела между компонентами трехкомпонентной среды в емкости

Изобретение может быть использовано для определения положения границ раздела трехкомпонентной среды, например воздуха и жидкостей с разной плотностью. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. В способе размещают два отрезка длинной линии, возбуждают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702698
Дата охранного документа: 09.10.2019
21.11.2019
№219.017.e432

Способ измерения положения границы раздела двух веществ в резервуаре

Изобретение может быть использовано для измерения положения границы раздела двух веществ, находящихся в резервуаре одно над другим и образующих плоскую границу раздела, в частности двух несмешивающихся жидкостей с разной плотностью, независимо от электрофизических параметров обоих веществ....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706455
Дата охранного документа: 19.11.2019
20.04.2023
№223.018.4bcd

Устройство для измерения физических свойств жидкости

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточного определения различных физических свойств Устройство для измерения физических свойств жидкости содержит волноводный резонатор в виде отрезка коаксиальной длинной линии с двумя, рабочим и эталонным,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002760641
Дата охранного документа: 29.11.2021
+ добавить свой РИД