Датчик давления и температуры

 

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПО авт. св. 1068750, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамических диапазонов измерений за счет введения силовой компенса .ции и устранения гистерезиса, в него введены арифметическое устройство , два преобразователя частота-код, два компаратора, входами подключенные к выходу фильтра низкой частоты, и последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, управляемый источник тока и расположенный центросимметрично по отношениюк первичному преобразователю электромагнитный преобразователь тока в силу, содержащий соленоид, соединенный с управляемым источником тока, и размещенный в нем ферромагнитный сердечник с металлическим штоком, механически связанный с упругим элементом первичного преобразователя, причем вход первого преобразователя частота-код связан с выходом одного из смесителей, а первый вход второго преобразователя частота-код - с выходом одного из управляемых кварS цевых генераторов, выход арифметического устройства подключен к вто (Л рому входу второго преобразователя частота-код, а суммирукяций и вычитающий входы реверсивного счетчика подключены каждый одновременно к выходу соответствующего компарато-: ра и раздельным входам арифметического устройства. со 1 СО да У/

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) Ъ

4(51) G 01 L 9 08

OIlHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Р !

),! ! ! ! т !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1068750 (21) 3494439/18-10 (22) 28.07.82 (46) 30.01.85. Вюл.9 4 (72) Ф.Ф.Колпаков, Е,A,Ìèëüêåâè÷, A,Å.Ñû÷åâ и В.A.Ïècàðåâ (71) Харьковский ордена Ленина авиационный институт им.Н.Е.Жуковского (53) 531 .787(088 .8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 1068750, кл. G 01 L 9/08, 1984. (54)(57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И TEMIIEPAТУРЫ по авт.св. )) 1068750, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и расширения динамических диапазонов измерений за счет введения силовой компенсации и устранения гистерезиса, в него введены арифметическое устройство, два преобразователя частота-код, два компаратора, входами подключенные к выходу фильтра низкой частоты, и последовательно соединенные реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, управляемый источник тока и расположенный центросимметрично по отношению к первичному преобразователю электромагнитный преобразователь тока в силу, содержащий соленоид, соединенный с управляемым источником тока, и размещенный в нем ферромагнитный сердечник с металлическим штоком, механически связанный с упругим элементом первичного преобразователя, причем вход первого преобразователя частота-код связан с выходом одного иэ смесителей, а первый вход второго преобразователя частота-код — с выходом одного из управляемых кварцевых генераторов, выход арифметического устройства подключен к второму входу второго преобразователя частота-код, а суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика подключены каждый одновременно к выходу соответствующего компарато-. ра и раздельным входам арифметического устройства.

1137361

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

По основному авт.св. 9 1068750 известен датчик давления и те ера- 5 туры, 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. С целью повышения точности измерений и расширения диапазона измерений давления и температуры в 15

1датчик введены два управляемых кварцевых.генератора и второй смеситель, при этом выход каждого иэ автогенераторов через соответствующий смеситель подключен к фазовому детектору, а вторые входы смесителей через управляемые кварцевые генераторы подключены,к выходам усилителей, причем в него дополнительно введены два фильтра низкой частоты, .подключенные соответственно на выходы смесителей(1)

Пель изобретения — повышение точности и расширение динамических диапазонов измерений за счет введения силовой компенсации и устранения гистерезиса.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик давления и температуры введены арифметическое устройство, два преобразователя частота-код,два компаратора, входами подключенные к выходу фильтра низкой частоты, и последовательно соединенные реверсивный счетчик, 40 преобразователь код-напряжение, управляемый источник тока и расположенный центросимметрично по отношению к первичному преобразователю электромагнитный преобраэова- 45 тель тока в силу, содержащий соленоид, соединенный с управляемым источником тока, и размещенный в нем ферромагнитный сердечник с металлическим штоком, механически связанный с упругим элементом первичного преобразователя, причем вход первого преобразователя частота-код связан с выходом одного иэ смесителей, а первый вход второго преобразователя частота-код — с выходом одного из управляемых кварцевых генераторов, выход арифметического устройства подключен к второму входу второго преобразователя частотакод, а су иру щий и вычитающий 60 входы реверсивного счетчика подключены каждый одновременно к выходу соответствующего компаратора и раздельным входам арифметического устройства. 65

На фиг. 1 представлена функциональная схема датчика; на фиг.2 пример реализации первичного преобразователя; на фиг.3 — поясняется принцип формирования в датчике характеристики преобразования по дав-. лению.

Датчик содержит первичный преобразователь 1 с двумя пьезорезонаторами

2 и 3, расположенныки на упругом элементе, выполненном в виде,мембраны с жестким центром. Пьезорезонаторы 2 и 3 подключены к автогенераторам 4 и 5, нагруженным на первые входы смесителей 6 и 7 соответственно, выходы которых подключены к фазовому детектору 8. Выход фазового детектора 8 через фильтр 9 низкой частоты подключен к управляемым кварцевым генераторам 10 и 11 через усилители 12 и 13. Выходы кварцевых генераторов 10 и 11 подключены соответственно ко вторым входам смесителей 10 и 11, образуя тем самым двухкольцевую схему автоматической подстройки частоты пьезорезонаторов 2 и 3, являющейся системой обработки двумерных информационных частотных сигналов на,выходах автогенераторов 4 и 5, K выходу смесите=. ля 6 подключен преобразователь 14. частота-код, второй преобразователь

15 частота-код первым входом подключен к выхоцу управляемого кварцевого генератора 10, а вторым входом соединен с последовательно включенными арифметическим устройством 16, подключенным к суммирующим и вычитающим входам реверсивного счетчика

17, преобразователем 18 код-напряжение, управляемым источником 19 тока, электромагнитным преобразователем 20 тока в силу, содержащем соленоид 21,. ферромагнитный сердечник с металлическим штоком 22, механически связанный с упругим эле.-.. ментом. Компараторы 23 и 24 входами подключены к выходу фильтра 9 низкой частоты, а выходами - к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 17 соответственно.

Датчик давления и температуры работает следующим образом.

Пьезорезонаторц 2 и 3, размещенные на упругом элементе первичного преобразователя 1, воспринимают одновременное воздействие давления и температуры. Двухконтурной схемой обработки сигналов пьезорезонаторов обществляется преобразование их сигналов в пропорциональное изменение частоты. Информация о температуре снимается с выхода смесителя 6 и преобразователем 14 частота-код представляется в кодовой форме и(Р).. Информация о давлении снимается с выхода управляемого квар1137361 цевого генератора 10 и преобразователем 15 частота-код представляется в кодовой форме.

Уровень срабатывания компаратора

23 верхнего уровня выбирается соответствующим такому приращению выходного сигнала фильтра 9 низкой частоты, которое может быть вызвано давлением воздействующим на пьезорезонаторы 2 и 3 по величине в 3

4 раза меньшим уровня их механичес- 1О кой прочности, причем это давление соответствует величине измеряемого давления, равного P„ ° 3) . Уровень срабатывания компаратора 24 нижнего уровня соответствует напря- 15 жению на выходе фильтра 9 низкой частоты при .нулевом давлении на входе датчика. Поэтому в диапазоне измеряемых давлений О-P цепь силовой ком-сенсации не работает. 2р

При достижении величины измеряемого давления P большей величины Р срабатывает компаратор 23 верхнего

1уровня, единичный импульс с которого заносится в реверсивный счет- 25 чик 17 в виде двоичной единицы, суммируемой с имеющимся в счетчике

17 значением выходного кода n(P), который при работе датчика в диапазоне О-Р„ равен нулю. Изменение Зр выходногО кода .счетчика 17 преобразователем 18 код-напряжение преобразуется в соответствующее приращение напряжения, а затем управляемым источником 19 тока — в ток. Протекание тока по соленоиду вызывает .35 перемещение сердечника со штоком 22, который, воздействуя на мембрану .преобразователя 1, возвращает его в исходное состояние, соответствующего отсутствию измеряемого давления 4О (фиг,За) . В этом случае для обеспечения на выходе второго преобразо.вателя 15 частота-код показаний кода, соответствующих не нулевому давлению, а .фактическому — P (фиг.3б), 45 выходной импульс компаратора 23 верхнего уровня параллельно,с записью в реверсивный счетчик 17 поступает на первый вход арифметического уст ройства 16, обеспечивающего в памя- 5() ти второго преобразователя 15 частота-код значения кода N(P, ), а также суммирование с этим постоянньм кодом текущего кода Й (Р) при работе датчика в диапазоне давлений Р1-Р, 55

1 2 где для выходного кода получают

N(P) =N(P, )+N (Ð) . При дальнейшем повышении измеряемого давления аналогично происходит переход в следующий подциапазон характеристики преобразования, соответствующий диапазону измеряемых давлений от Р до Р3 (фиг.3б), где для выходного кода имеют И(Р) =.H(P, )+М(Р )+И,„(Р) и т.д.

Необходимое число поддиапаэонсв определяется требуемым динамическим диапазоном датчика по давлению и характеристикам преобразователя 20 тока в силу. При обратном движении по характеристике преобразования (фиг.3), т.е. при уменьшении измеряемого давления от Р „=Р„до Р = О, при прохождении точек характеристики преобразования датчика, соответстВующих давлениям P „, ° ° gP3 gP gP к происходит срабатывание уже компаратора 24 нижнего уровня, импульсы с:выхода которого поступают на вычйтающий вход реверсивного счетчика

17 и уменьшают значение двоичного кода на выходе счетчика. В соответствии с этим уменьшается уровень постоянного напряжения на выходе преобразователя 18 код-напряжение,. а гакже уменьшается ток управляемого источника 19 тока., питающего электромагнитный преобразователь 20 тока в .силу. Это приводит к снижению кфмпенсирующего усилия, передаваембго посредством штока на мембрану.

Кроме того, выходные импульсы компаратора 24 нижнего уровня поступают

1 на второй вход арифметического устройства 16, вследствие чего зтс устройство производит посЛедовательное вычитание из выходного кода N(P), имеющегося во втором преобразователе 15 частота-код,, постоянных значений кода N(P„„)....N(Ð ),И(Р ) соответствующих уровням измеряемого давления Р„, ....,P>,Ð

Импульс, получаемый на выходе компаратора 24 нижнего уровня при достижении давлением Р нулевого значения, не оказывает влияния на работу устройства, поскольку и код

N(P) на выходе второго преобразователя 16 частота-код и код на выходе реверсивного счетчика в этом случае имеют нулевые значения.

Введение цепи силовой компесации с соответствующими поддиапазонами преобразования давления (фиг.3) позволяет задавать на определенном уровне величины максимальных упругих напряжений в местах крепления пьезорезонаторов, снижая тем самым влияние гистерезисных явлений в первичном преобразователе. Это, в свою очередь, дает возможность повысить точность измерения не только давления, но и температуры, поскольку в датчике информация об этих параметрах получается путем обработки двумерных частотных сигналов.

11373б1

Фиг. 2 иЯ

Составитель Н.Кизилов

Техред T.Äóáèí÷àê

Корректор M.Màêñèìèøèíåö

Редактор Н.Киштулинец

Подписное

Заказ 10513/31 Тираж 898

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Хосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП,Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4