Датчик давления и температуры

 

1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ , содержащий первичный преобразователь С двумя пьезорезонаторами, расположенными на упругом элементе и подключе1шыми к двум автогенераторам , смеситель и фазовьш детектор. подключенный к входам двух усилителей через фильтр низкой частоты, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона измеретй давления и температуры, в него введены два управляемых кварцевых генератора и второй смеситель , при этом выход каждого из автогенерато-. ров через соответствующий смеситель подключен к фазовому детектору, а вторые входы смесителей через управляемые кварцевые генераПоры подключены к выходам усилителей. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что в него введены два фильтра низких .частот, включенные соответственно на выходах смесителей.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (111

3(5D G 01 1 11 00

ГОСУДАРСТНЕННЫИ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

wP 1!

3 42 т 1у (21) 3412961/18 — 10 (22) 25.03;82 (46) 23.01.84. Бюл. 1 10 3 (72) Ф. Ф. Колпаков, Е. А. Милькевич,.В. Г, Тимошенко и В. А. Писарев (53) 531.787 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 862000, кл. G 01 h 9/08, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР N 851130, кл. G 01. h 9/08, 1980 (прототил). (54) (57) 1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий первичный преобразователь с двумя пьезорезонаторами, расположенными на упругом элементе и подключенными к двум автогенераторам, смеситель и фазовый детектор, / подключенный к входам двух усилителей через фильтр низкой частоты, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона измерений давления и температуры, в него введены два управляемых кварцевых генератора и второй смеситель, при этом выход каждого иэ автогенерато-. ров через соответствующий смеситель подключен к фаэовому детектору, а вторые входы смесителей через управляемые кварцевые генераторы подключены к выходам усилителей.

2. Датчик по п. 1, отличающийся: тем, что в него введены два фильтра низких .частот, включенные соответственно на выходах смесителей.

1 10687

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначается для одновременного измерения давления и температуры.

Известны датчики давления и температуры, содержащие два пьезорезонатора, подключенные к двум автогенераторам, и схему обработки их сигналов, включающую смеситель (l j.

Недостатком таких устройств является низкая точность измерений.

Наиболее близким к изобретению по техни- lð ческой сущности и достигаемому результату является датчик давления и температуры, содержащий первичный преобразователь с двумя пъезореэонаторами, расположенными на упругом элементе и подключенными к двум автогенераторам,, 15 смеситель и фазовый детектор, подключенный к входам двух усилителей через фильтр низкой частоты (2).

Однако дат як отличается недостаточной точностью измерений давления и температуры, а также малым диапазоном измерений, Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона изме1 рений давления и температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в дат-25 чик давления и температуры, содержащий первичный преобразователь с двумя пьезорезонаторами, расположенными на упругом элементе и подключенными к двум автогенераторам, смеситель и фазовый детектор, подключенный к входам двух усилителей через фильтр низкой частоты, введены два управляемых кварцевых генератора и второй смеситель, при этом выход каждого из автогенераторов через соответствующий смеситель подключен к фазовому детектору, а вторые входы смесителей через управля- 35 емые кварцевые генераторы подключены к выходам усилителей.

Кроме того, в датчик введены два фильтра низких частот, включенные соответственно на выходах смесителей. 40

На чертеже представлена фукнциональная схема датчика.

Дата к давления и температуры содержит упругий элемент 1 с расположенными на нем пьезоресонаторами 2 и 3, подключенными к автогенераторам 4 и 5. Выходы автогенерато45 ров 4 и 5 через цепи, содержащие последовательно соединещгые, соответственно, смесители

6 и 7, фильтры низких частот 8 и 9, связаны с входами фазового детектора 10, нагруженного на фильтр 11 низкой частоты. Выход последнего через усилители 12 и 13 подключен к управляющим входам управляемых кварцевых генераторов 14 и 15, связанных своими выходами с вторыми входами смесителей, 6 и 7 соответственно. 55

Устройство работает следующим образом, Упругий элемент 1 подвергается одновременному воздействию давления и температуры

50 2 в месте измерения, Пьезорезонаторы 2 и 3, включенные в схемы автогенераторов 4 и 5, также подвержены одновременному действию давления и температуры, вследствие чего изменяются их резонансные частоты, а следовательно, и частоты генерации автогенераторов 4 и 5, которые могут быть представлены системой линеаризированных уравнений вида 4 - (И 1р 1т ( (1)

4=- оз. z>Р 4т . где f, 1, f — начальные значения частот пьезорезонаторов 2 и 3;

К„„. К,„— коэффициенты чувствительности по температуре пьезо резонаторов

° 2и 3;

К1,К> коэффициенты чувствительности по давлению пьезорезонаторов

2 и 3;

Р— давление;

Т вЂ” температура.

Для обеспечения работы датчика пьезорезонаторы 2 и 3 должны иметь одинаковые коэф.. фициенты чувствительности по температуре и различные по давлению, Для обеспечения условия К ч = К - К во всем диапазоне изменения измеряемых давлений и температур в схему введены управляемые кварцевые генераторы 14 и 15 с собственными частотами fg и fg, нагруженные на смесители 6 и 7 соответственно. Поскольку на входы смесителей 6 и 7 подаются попарно частоты и f2, f4, а их выходы подключены к входам фазового детектора 10 через фильтры низкой частоты 8 и 9, для частот f u

1 1 сигналов, воздействующих на фазовый детектор 10, получаем а учитывая систему уравнений (1), имеем

/, л = fел Яоь + ЗзК„ О }+ К рр Kqy (2) ( S,=f„-à-à,К, u)-1 р »Т, где о и f < — начальные значения частот управляемых кварцевых генераторов 14 и 15;

S> и $Ч вЂ” крутизна характеристик управления генераторов 14 и 15;

К„и К вЂ” коэффициенты передачи усилителей 12 и 13 по постоянному току;

b..U — приращение напряжения на выходе фильтра 11 низкой частоты в режиме синхронизма, системы фазовой автоподстройки частоты, вызванное воздействием давления на чувствительном элементе 1.

Обеспечения вхождения системы фазовой автоподстройки частоты в синхронизм, .т. е.

750

Рь|з = $ Кл 0 или а 4 $4 1 д 11

Составитель Н, Кизилов

Техред М.Гергель . Корректор А. Тяско

Редактор О. Бугир

Заказ 11450/35 Тираж 827

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 1068 выполнения условия f — 1, добиваются выбором начальных значений частот fa и т, генераторов 14 и 15, управляемых напряжением AU, а также выбором величин и знаков коэффициентов $, $4 и Кл, К1 . В этом режиме система уравнений (2) является системой уравнений, описывающих стационарное состояние такой двухкольцевой системы фазовой автоподстройки частоты, входящей в состав датчика давления и температуры. Причем для режима синхронизма10 системы из уравнения (2) можно записать (3)

Клтт К2гт (@-Ô33+$9Ê ЬМл 40 102 ОМ+ 41 1 1 1Р 1

При достижении режима,синхронизма системы частоты f> и fa на входах фазового детектора

10 оказываются пропорциональными воздействую. щей на упругий элемент 1 датчика температуре и не зависят от давления P л = Клт = =,P.

Величина же давления P определяется иэ уравнения (2) в виде

I р ООЬ-М+39К(40 (144-202) 34К Ь0

1 лР 1 И

25 и оказывается пропорциональной прирагцению частот управляемых кварцевых генераторов

14 и 15 т. е. информацию о давлении можно снимать непосредственно с выхода одного иэ управляемых кварцевых генераторов 14 или 15.

В отличие от иэвестног устройства условие (3) в предлагаемом датчике выполняется не при одном единственном значении давления

Р, а во всем диапазоне его изменений. Это достигается за счет того, что введение системы в режим синхронизма происходит не ю-за перестройки частоты основных автогенераторов 4 и 5, как известном устройстве, а путем вариации частот дополнительных генераторов

14 и 15, которые фактически выполняют роли двух гетеродинов, нагруженных на смесители 6 и 7, на первые входы которых поступают сигналы с частотами с выходов основных автогенераторов 4 и 5, являющихся, как видно из системы уравнений (1), функциями юмеряемых царамегров P и Т. В.результате этого удается избежать присущих известному устройству деформаций температурно-частотных характеристик пьезорезонаторов 2 и ." и тем самым добиться повышения точности измерения и диапазона измеряемых давлений.