Перетворювач тиску для середовищ з нестаціонарними температурами

Перетворювач тиску для середовищ з нестаціонарними температурами, що містить корпус, круглу мембрану, яка жорстко защемлена у нижній частині корпуса, тензорезистори, які розташовані на мембрані, який відрізняється тим, що на зовнішній і внутрішній площинах мембрани розташовані термочутливі елементи. (19) (21) a200701916 (22) 23.02.2007 (24) 25.11.2008 (46) 25.11.2008, Бюл.№ 22, 2008 р. (72) ТИХАН МИРОСЛАВ ОЛЕКСІЙОВИЧ, U A (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ "ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА", U A, ТИ ХАН МИРОСЛАВ ОЛЕКСІЙОВИЧ, UA (56) US 6439056, 27.08.2002 US 6910383, 28.06.2005 US 6591683, 15.07.2003 US 20020026835, 07.03.2002 3 e r (r, t ) = (1 + m ) × a л 84786 R 2 - 3r 2 × h2 Qср + 0,5 Qпр - 2Qср (t ) - Qпр (t ) 8R [ ] де l і R - товщина і радіус мембрани 1; r - біжуча координата точки на мембрані 1; h1 i h2 - нормовані коефіцієнти теплообміну на поверхнях мембрани 1; m - коефіцієнт Пуассона; aлтемпературний коефіцієнт лінійної деформації; a n Qср = 4 ( ¥ корені (1) J0 (a na ) і J1(ana) - функції Бесселя; b m - корені рівняння ctgb ml = - h1 b ; m ) ( ) an × ch an × l + h1 × sh an × l an 2 2 2 × å 2 2 æ h + a 2 ö × sh(a × l ) n = 1 a n + h2 h1 × ch(a n × l) + ç 1 n ÷ n è ø ( ) (2) ( ) ìé ù an × ch an × l + h1 × sh an × l ï ê an2 2 2 ú´ × ïê ú ï ê an2 + h22 h1 × ch(an × l) + æ h1 + an2 ö × sh(an × l)ú ç ÷ ¥ ¥ ïê ú è ø ë û Q ср (t ) = å å í 2 2 m = 1n = 1ï é b × b × cos b l + h × sinb l × e -c an + bm ê m m m 2 1 m 2 ï ï´ ê æ 2 2ö ï ê ç an + bm ÷ × (bm × l × sinbml - (1 + h1l) × cos bml) ê ø î ë è ( Q пр = a n × J1(a na) - h2 × J0 (ana) 0 ; = рівняння ( ) ( ( )) ü ï ï ï ï ý t ùï úï úï úï úþ û (3) ) an 2 an × (1 - ch(an × l) - h1 × sh(an × l)) × 2 +h 2 æ 2ö n = 1 an 2 h1 × ch(an × l) + ç h1 + an ÷ × sh(an × l) è ø ¥ å ( ) (4) ( ) ìé ù ü ïê a 2 an × ch an × l + h1 × sh an × l ï n 2 2 ú ´ï ïê × ú 2 2 æ 2ö ï ï ¥ ¥ ï ê an + h2 h1 × ch(an × l) + ç h1 + an ÷ × sh(an × l) ú ï ê ú è ø ë û Qпр (t ) = å å í ý ù 2 2 m= 1n = 1ï é - c a n + bm t ú ï ï ê bm × (1 - cos bml) - h1 × sinbml) × e ï ú ï´ ê æ 2 2 ö × (b × l × sin b l - (1 + h l) × cos b l) ú ï ï ê ç a n + bm ÷ m m 1 m úï ê ø ûþ î ëè ( Рівняння (1) за своїм змістом є перехідною функцією, оскільки представляє собою реакцію лінійної системи на вхідний сигнал у вигляді оди g(r, t ) = (5) ) ничного стрибка температури (термоудар). Похідна по часу цього рівняння представлятиме імпульсну перехідну функцію. Тобто d æ R2 - 3r 2 er çr, t, T 0 ö = (1+ m )× aл × h2 - 2Q'ср (t ) - Q'пр (t ) ÷ dt è ø 8R [ ] (6) де ìé ï ê a n2 ïê 2 2 ¥ ¥ ï ê a n + h2 ïê ë Q 'ср (t ) = å å í m =1n =1ï é - c × b × m ï ê ï´ ê ï ê î ë ( ) ( ) ù an × ch an × l 2 + h1 × sh an × l 2 ú × ú´ h1 × ch(an × l) + æ h1 + an2 ö × sh(an × l) ú ç ÷ ú è ø û (bm × cosbm( l 2) + h1 × sinbm ( l 2)) ( × e- c a n + b m bm × l × sinbml - (1+ h1l) × cos bml 2 2 ü ï ï ï ï ý t ùï úï úï úï ûþ ) (7) 5 84786 ( ) 6 ( ) ìé ü ù ïê a 2 an × ch an × l + h1 × sh an × l ï ú n 2 2 ïê × ú´ ï ï ¥ ¥ ï ê an2 + h22 h1 × ch(an × l) + æ h1 + an2 ö × sh(an × l) ú ç ÷ ï ú è ø û (t) = å å ï ê Q 'пр íë ý 2 2 m =1n =1ï é - c an + b m t ù ï ï ê - c × bm × (1 - cos bml) - h1 × sinbml) × e úï ï´ ê úï (1+ h1l) × cosbml bm × l × sinbml ï ë ûï î þ ( Таким чином, термодеформація мембрани, а отже і додаткова температурна похибка в будьякий момент часу t при довільній нестаціонарності ~ æ r, t, T0 ö = er ç ÷ è ø t ç ò e r æ r, t, T è 0 (8) ) температури вимірювального середовища становитиме 0 ö × DT (t )dt = ÷ ø éæ R2 - 3r 2 1 = (1+ m ) × a л × h2 × êç 1 2 2 8R êç -c an +bm e ëè ( ) ( Як бачимо, термодеформація мембрани, а отже і значення додаткової температурної похибки в момент часу t однозначно залежить від різниці температури DT(t) ззовні мембрани і з її внутрішньої сторони. Тобто, формулу (9) можемо записати у вигляді t ~ = K(t )× DT (t )dt er (10) ò 0 де K(t) - функція тільки фізико-механічних, конструктивних параметрів мембрани і часу. Таким чином, якщо з вихідного сигналу перетворювача, котрий пропорційний вимірюваному тиску, вичленити додатковий сигнал, що появився внаслідок дії нестаціонарної температури вимірювального середовища Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін (9) ù t ö ÷ - 2Q (t ) - Q (t ) ú × DT (t)dt ср пр ú ò t÷ ø û 0 ) U(DT ) = x × ~r e (11) де x - коефіцієнт механо-електричного перетворення, то результат вимірювання не володітиме додатковою температурною похибкою. Отже, знаючи фІзико-механічні та конструктивні параметри мембрани, а також знаючи різницю температур ззовні мембрани і на її внутрішній поверхні, можна обчислити значення сигналу (11) і здійснити пропонований спосіб точного вимірювання тиску в умовах нестаціонарних термовпливів. Пропонований перетворювач дозволяє підвищити точність вимірювання тиску особливо в умовах нестаціонарних температур і, таким чином, розширити область його застосування. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601