Электронный манометр

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Электронный манометр, содержащий полый корпус, полость которого в рабочем положении подключена с одной стороны к напорному патрубку источника давления текучей среды, трубку Бурдона, полость которой подключена к полости указанного корпуса, первый постоянный магнит и магниточувствительный преобразователь, связанный с корпусом и расположенный относительно указанного постоянного магнита с воздушным зазором, кронштейн, связанный с корпусом таким образом, что один конец указанного кронштейна связан с корпусом цилиндрическим или упругим шарниром, а второй конец этого кронштейна подключен к регулятору воздушного зазора между постоянным магнитом и магниточувствительным преобразователем, отличающийся тем, что напротив первого магнита размещен с зазором идентичный ему второй постоянный магнит,намагниченный противоположно первому, причем оба указанных магнита установлены на кронштейне с возможностью регулируемой установки относительно упомянутого магниточувствительного преобразователя, который закреплен на глухом конце трубки Бурдона и выполнен на основе полупроводниковой структуры типа, обладающей -эффектом и-образной вольт-амперной характеристикой, частотно-импульсным выходным сигналом при величине индукции магнитного поля, превышающей 30 мТл, соединенную через частотный и аналого-цифровой преобразователи с микропроцессором, и источник питающего напряжения, плюс которого подключен к -области.(56) 1. Патентна полезную модель 51210, МПК 01 7/0060 23/00, 2006. 2. Патентна полезную модель 100247, МПК 01 9/00, 2010 (прототип). 3. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1. - М. ДМК Пресс, 2001. - 544 с. 4. А. с. СССР 1739402, МПК 01 29/06, 1992. Предлагаемая полезная модель относится к приборостроению и предназначена для измерения давления жидких или газообразных текучих сред. Она может быть использована, например, в системах управления электропитанием преимущественно малогабаритных низконапорных, в частности, вибрационных, поршневых, центробежных и вихревых насосов или компрессоров. Известен электронный манометр 1, содержащий измерительный, индикаторный, силовой и процессорный модули, систему управления отключением-включением прибора,подсоединенную к кнопке активации и вышеперечисленным модулям прибора, при этом измерительный модуль подключен к процессорному модулю, снабженному блоком управления дежурным режимом, позволяющим при превышении порогового давления производить запуск узлов измерительного модуля и выдачу значений давления на индикаторный модуль с последующим отключением измерительных и управляющих схем прибора система управления отключением-включением прибора совмещена с индикаторным модулем прибора, причем последний выполнен в виде дисплея с отображающим элементом, в качестве которого использованы два светодиода, а измерительный модуль снабжен датчиком давления с чувствительным узлом в виде трубки Бурдона, соединенной с преобразователем Холла, взаимодействующим с магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами, при этом датчик преобразует давление в воздушной магистрали компрессора в электрический сигнал. Недостатком этого манометра является низкая точность, обусловленная низким градиентом магнитного поля, создаваемого одним магнитом. Аналоговый сигнал с преобразователя Холла подвержен сильному влиянию помехонесущих электромагнитный полей,особенно квазистатических. Кроме того, выходной сигнал с преобразователя Холла имеет большую нелинейность, которая зависит от места установки преобразователь Холла относительно постоянного магнита. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является датчик давления 2 (прототип), имеющий полый корпус, полость которого в рабочем положении подключена с одной стороны к напорному патрубку источника давления текучей среды, трубку Бурдона, полость которой подключена к полости указанного корпуса, постоянный магнит, закрепленный на глухом конце трубки Бурдона, и преобразователь Холла, связанный с корпусом и расположенный относительно указанного постоянного магнита с воздушным зазором, причем преобразователь Холла связан с корпусом кронштейном таким образом, что один конец указанного кронштейна связан с корпусом цилиндрическим или упругим шарниром, а второй конец этого кронштейна подключен к регулятору воздушного зазора между постоянным магнитом и преобразователем Холла. Это техническое решение 2 имеет недостаток, свойственный и 1, а именно низкая точность, обусловленная низким градиентом магнитного поля, создаваемого одним магнитом, закрепленным на глухом конце трубки Бурдона. Аналоговый сигнал с преобразователя Холла низкого уровня, поэтому он подвержен сильному влиянию помехонесущих электромагнитный полей, особенно квазистатических. Кроме того, выходной сигнал с преобразователя Холла имеет большую нелинейность, которую необходимо лианезировать. Постоянный магнит, закрепленный на глухом конце трубки Бурдона, неконтролируемым образом меняет жесткость трубки Бурдона, что затрудняет изготовление этих устройств с близкими характеристиками. 2 101372014.06.30 Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является повышение точности измерения и линейности выходной характеристики с магниточувствительного преобразователя, а также увеличение помехоустойчивости к электромагнитным полям. Электронный манометр содержит полый корпус, полость которого в рабочем положении подключена с одной стороны к напорному патрубку источника давления текучей среды, трубку Бурдона, полость которой подключена к полости указанного корпуса, первый постоянный магнит и магниточувствительный преобразователь, связанный с корпусом и расположенный относительно указанного постоянного магнита с воздушным зазором,кронштейн, связанный с корпусом таким образом, что один конец указанного кронштейна связан с корпусом цилиндрическим или упругим шарниром, а второй конец этого кронштейна подключен к регулятору воздушного зазора между постоянным магнитом и магниточувствительным преобразователем. Он отличается тем, что напротив первого магнита размещен с зазором идентичный ему второй постоянный магнит, намагниченный противоположно первому, причем оба указанных магнита установлены на кронштейне с возможностью регулируемой установки относительно упомянутого магниточувствительного преобразователя, который закреплен на глухом конце трубки Бурдона и выполнен на основе полупроводниковой структуры типа, обладающей -эффектом 3, 4 и -образной вольт-амперной характеристикой,частотно-импульсным выходным сигналом при величине индукции магнитного поля, превышающей 30 мТл, соединенную через частотный и аналого-цифровой преобразователи с микропроцессором, и источник питающего напряжения, плюс которого подключен к-области. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, комплексный анализ изложенных отличительных признаков конструкции электронного манометра показывает, что они являются существенными и находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом. Из уровня техники не выявлено технических решений, отличительные признаки которых в совокупности обеспечивают решение поставленной задачи в заявляемой полезной модели. По мнению авторов, электронный манометр содержит вышеприведенный ряд новых и отличительных элементов, позволяющих реализовать выполнение поставленной комплексной задачи, по сравнению с прототипом и выявленными аналогами. Следовательно,заявляемая полезная модель соответствует критерию новизна по действующему законодательству. Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 схематично изображен электронный манометр. На фиг. 2 приведена функциональная электрическая блок-схема электронного манометра. На фиг. 3 приведена зависимость частотычастотно-импульсного выходного сигнала с магниточувствительного преобразователя от величины индукции магнитного поля 0 в области его размещения и от величины перемещения конца трубки Бурдона по оси(градиент магнитного поля вдоль осипрактически равен нулю). Электронный манометр содержит полый корпус 1, полость которого в рабочем положении подключена с одной стороны к напорному патрубку источника давления текучей среды (не показано), т.е. насоса или компрессора, трубку Бурдона 2, полость которой подключена к полости указанного корпуса 1, магниточувствительный преобразователь 3, который закреплен на глухом конце трубки Бурдона 2 и выполнен на основе полупровод 3 101372014.06.30 никовой структуры типа, обладающей -эффектом 3, 4 и -образной вольт-амперной характеристикой, частотно-импульсным выходным сигналом при величине индукции магнитного поля, превышающей 30 мТл первый постоянный магнит 4 и второй постоянный магнит 5, установленные на корпусе, кронштейн 6, который связан с корпусом 1 таким образом, что один конец указанного кронштейна связан с корпусом цилиндрическим или упругим шарниром 7, а второй конец этого кронштейна подключен к регулятору 8 установки магнитов 4 и 5 относительно магниточувствительного преобразователя 3. Два постоянных магнита 4 и 5 с векторами намагниченностинамагничены противоположно и установлены с зазором, в котором размещается магниточувствительный преобразователь 3 (полупроводниковая структура, обладающая -эффектом). Способ формирования - и-областей такой структуры подробно описан в 4. Вектор индукция магнитного поля 0 прикладывается в плоскости, параллельной плоскости раздела - и -областей. Такие структуры поставляются фирмой, Россия, г. Москва (Институт проблем управления). Магниточувствительный преобразователь 3 через резистор нагрузки н подключен к источнику постоянного питающего напряжения п (источник питающего напряжения выполнен с функцией постоянной ЭДС, обычно 5-25 В) с соблюдением полярности. Плюс источника питания подключен к -области. Преобразователь 3 соединен через частотный 9 и аналого-цифровой 10 (АЦП) преобразователи с микропроцессором 11. Электронный манометр работает следующим образом. Сначала он настраивается. В первоначальном состоянии магниточувствительный преобразователь 3 размещается в геометрическом центре зазора магнитов 4 и 5, где индукция магнитного поля 00, вследствие компенсирующего действия противоположно намагниченных магнитов 4 и 5, при этом полупроводниковая структура, обладающая -эффектом,функционирует в аналоговом режиме. При этом выходное напряжение, снимаемое с резистора нагрузки н, постоянно. Далее перед окончательной фиксацией систему магнитов 4 и 5 немного смещают из центра симметрии зазора так, чтобы значение индукции магнитного поля стало более 30 мТл (эта величина зависит от структуры перехода). При этом магниточувствительный преобразователь 3 переходит в режим работы, при котором выходной сигнал является частотным. Следует отметить, что явление управляемой скачковой проводимости (-эффект) возникает в структурах с -образной вольт-амперной характеристикой и заключается в том,что при определенных значениях питающего напряжения и внешнего магнитного поля проводимость полупроводниковой структуры (в прямом направлении) и, соответственно,амплитуда протекающего через нее тока меняются скачком со временем переходного процесса 1-5 мкс. Изменение проводимости, подобно структурам с -образной вольтамперной характеристикой, сопровождается возникновением шнура тока, но с иными физическими свойствами, основным из которых является постоянство плотности тока в шнуре при изменении напряжения на структуре. Основной особенностью магниточувствительного преобразователя 3 является способность не только воспринимать внешнее магнитное поле, но и производить его преобразование на молекулярном уровне в объеме кристалла без дополнительных электронных схем. При 030 мТл (соответственно 0 мкм) преобразователь 3 вырабатывает электрические колебания, например, при чувствительности к магнитному полю 100 кГц/Тл частотой 03,4 кГц. Во время эксплуатации электронного манометра индукция магнитного поля 0 в месте расположения магниточувствительного преобразователя 3 увеличивается, следовательно, и увеличивается частотаэлектрических колебаний вследствие линейной зависимости (0) 3. При этом электрические колебания частотыпоступают через частотный преобразователь 9, преобразующий частоту колебаний в пропорциональное ей напряжение, в аналого-цифровой преобразователь 10 и на микропроцессор МК 11,который и вычисляет искомое давление и (или) управляет другими механизмами, связными, например, с компрессорами. 4 101372014.06.30 Следовательно, заявляемая полезная модель относится к приборостроению и предназначена для измерения давления жидких или газообразных текучих сред. Она может быть эффективно использована, например, в системах управления электропитанием преимущественно малогабаритных низконапорных, в частности, вибрационных, поршневых, центробежных и вихревых насосов или компрессоров. Таким образом, решение поставленной комплексной задачи достигается тем, что в предложенном устройстве вследствие применения магниточувствительного элемента с-эффектом генерируется помехозащищенный частотно-импульсный выходной сигнал высокой амплитуды (до 50 от напряжения питания) без применения электронных схем преобразования, а использованная конструкция магнитной системы, состоящая из двух постоянных магнитов, намагниченных противоположно, позволяет создать в квазизамкнутом объеме (зазоре) высокоградиентное магнитное поле, превышающее уровни электромагнитных помех, а выходная характеристика с магниточувствительного элемента линейная,поскольку перемещение глухого конца трубки Бурдона не превышает 300 мкм. Исходя из вышеизложенного, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в приведенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов,поэтому заявляемый электронный манометр соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5