Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к измери . тельной технике и позволяет повысить надежность и точность измерений. Синхронизацию работы устройства осуществляет задатчик 20 управляющих импульсов, импульсы с которого поступают на вход запуска генератора 12 ударного воздействия, на управляющий вход схемы 21 сравнения и на вход счетчика 1. Обнуление счетчика 18 интервалов производят включением между выходом выпрямителя 15 и входом обнуления счетчика 18 интервалов элемента НЕ 16. Таймер 13 вырабатывает управляющие импульсы, поступающие на вход разрешения записи адресного регистра 8 в. моменты выработки ударных импульсов генератором 12 и блокируют работу адресного регистра 8. 2 ил. ш со 0Uffi

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) . (11) (59 4 G 01 ? 11/00

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3773375/24-10 (22) 24.07.84 (46) 15.03.87. Бюп. Р 10 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) А,Т.Королев, Ю.Л.Спирин и В.Н.Фролов (53) 531. 787 (088. 8) (56 ) Минаев И.Г., Трофимов А.И. Применение пьезоэлектрических преобразователей для измерения статических давлений. Изв. ВУЗов, Приборостроение, 1972, 1(6, с. 32-34.

Авторское свидетельство СССР

М 777494, кл. С 01 L 1/16, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить надежность и точность измерений.

Синхронизацию работы устройства осуществляет задатчик 20 управляющих импульсов, импульсы с которого поступают на вход запуска генератора 12 ударного воздействия, на управляющий вход схемы 21 сравнения и на вход счетчика 1. Обнуление счетчика

18 интервалов производят включением между выходом выпрямителя 15 и входом обнуления счетчика 18 интервалов элемента НЕ 16. Таймер 13 вырабатывает управляющие импульсы, поступающие на вход разрешения записи адресного регистра 8 в моменты выработки ударных импульсов генератором 12 и блокируют работу адресного регистра

8. 2 ил, 55

1 12968

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения давлений.

Цель изобретения — повышение надежности и точности измерений.

На фиг. l представлено устройство для измерения давлений; на фиг.2— пьезоэлектрический трансформатор.

Устройство содержит первый счетчик 1, первый цифро-аналоговый преоб" 10 разователь 2, генератор 3 возбуждения колебаний, пьезоэлектрический трансформатор 4, первый фильтр 5, первый выпрямитель б, пороговый элемент 7, адресный регистр 8, постоян- 15 ное запоминающее устройство 9, блок

10 регистрации, блок 11 индикации, импульсный генератор 12, таймер 13, второй фильтр 14, второй выпрямитель

15, элемент НЕ 16, генератор 17 20 опорной частоты, счетчик 1 8 интер в алов, блок 19 памяти кодовых слов, задатчик 20 управляющих импульсов, схема 21 сравнения, второй счетчик

22, второй цифро-аналоговый преобра- 25

Э зователь 23.

На фиг,2 приняты следующие обозначения: входная секция 24 пьезоэлектрического трансформатора, вектор

25 поляризации входной секции пьезо-30 электрического трансформатора, первый сигнальный электрод 26, второй сигнальный электрод 27, первый управляющий электрод 28, второй управляющий электрод 29, выходная секция 30 пьезоэлектрического трансформатора

30, вектор 31 поляризации выходной секции пьезоэлектрического трансформатора, выходной электрод 32 пьезоэлектрического трансформатора 32. 40

Выход первого счетчика 1 соединен с информационным входом адресного регистра 8 и с входом первого цифроаналогового преобразователя 2, выход. которого соединен с входом гене- 45 ратора возбуждения колебаний 3, выход которого соединен с первым сигнальным электродом 26 пьезоэлектрического трансформатора 4, а второй сигнальный электрод 27 эаземлен, 50 выходной электрод 32 соединен с входом первого фильтра 5, выход первого фильтра 5 соединен с входом первого выпрямителя 6, выход которого соединен со входом порогового элемента.

7, выход порогового элемента 7 соединен с синхровходом адресного регистра 8 и с входом обнуления перво72 2 го счетчика I, выход адресного регистра 8 соединен с входом постоянного запоминающего устройства 9, выход которого соединен с входом блока 11 индикации и блока 10 регистрации, выход импульсного генератора

12 соединен с входом таймера 13 и входом генератора 3 синусоидальных колебаний, выход таймера 13 соединен с входом разрешения записи адресного регистра 8, выходной электрод 32 соединен с входом втррого выпрямителя 15, выход второго выпрямителя 15 соединен с входом разрешения счета счетчика 18 интервалов и с входом элемента НЕ 16, выход элемента НЕ 16 соединен с входом обнуления счетчика 18 интервалов, выход генератора опорной частоты 17 соединен с синхровходом счетчика 18 интервалов и с входом задатчика 20 управляющих импульсов, выход счетчика 18 интервалов соединен с первым входом схемы 21 сравнения, выход блока 19 памяти кодовых слов соединен с вторым входом схемы 21 сравнения, первый выход задатчика

20 управляющих импульсов соединен с входом запуска импульсного генератора, второй выход задатчика 20 управляющих импульсов соединен с управляющим входом схемы 21 сравнения, третий выход задатчика управляющих импульсов соединен с входом первого счетчика 1, первый выход схемы сравнения соединен с входом прямого счета второго счетчика 22, второй выход схемы 21 сравнения соединен с входом обратного счета второго счетчика 22, выход второго счетчика

22 соединен с. входом второго цифроаналогового преобразователя 23, выход второго цифро-аналогового преобразователя 23 соединен с первым управляющим электродом 28 пьезоэлектрического трансформатора 4, а второй управляющий электрод 29 пьезоэлектрического трансформатора 4 заземлен..

Информация между первым счетчиком 1 и цифро-аналоговым преобразователем 2, между первым счетчиком

1 и адресным регистром 8, между адресным регистром 8 и постоянным запоминающим устройством 9, между постоянным запоминающим устройством

9, блоком 10,регистрации и блоком

11 индикации, между счетчиком 18 ин3 12968 тервалов и схемой 21 сравнения, между блоком памяти кодовых слов 19 и схемой сравнения 21, вторым счетчиком 22 и вторым цифро-аналоговым преобразователем 23 передается в параллельном коде. Разрядность кода определяется разрядностью соответствующего блока.

В предлагаемом устройстве используют чувствительный элемент в виде 1g пьезоэлектрического трансформатора поперечно-продольного типа, который работает в режиме параметрической генерации низкочастотных колебаний, Режим параметрической генерации осуществляют следующим образом.

На первый и второй сигнальные электроды 26 и 27 (второй сигнальный электрод заземпен) подают гармоничес" кое напряжение с частотой, кратной 20 основной моде резонансных колебаний по длине пьезоэлектрического трансформатора 4, При этом в случае, если амплитуда гармонического напряжения превышает пороговое значение 25 (пороговое значение амплитуды определяетсяя геометриче скими .размерами и материалом пьезоэлектрического трансформатора), пьезоэлектрический трансформатор возбуждается на одной 3р из низкочастотных мод резонансных колебаний по длине (в случае, если частота сигнала, подаваемого на сигнальные электроды, в четыре раза больше частоты основной моды резонан- 35 са по длине, то происходит возбужде- ние пьезоэлектрического трансформатора на частоте второй моды резонанса по длине). Явление параметрического возбуждения связано с обра- 4п зованием нестационарной границы между входной 24 и выходной 30 секциями, которая возникает здесь вследствие того, что ширина выходной секции 30 меньше ширины входной секции 45

24 пьезоэлектрического трансформатора 4. Наличие скачка в поперечном сечении пьезоэлектрического трансформатора является причиной того, что в области границы между секциями воз-50 никают сильные механические деформации, которые стимулируют движениедоменной стенки в области границы между секциями. Подстройку резонансной частоты пьезоэлектрического 55 трансформатора 4 осуществляют путем приложения постоянного смещения к первому управляющему электроду 28

72 4 относительно второго управляющего электрода 29.

Устройство работает следующим образом.

Первый счетчик I последовательно меняет свое состояние от нулевого до единичного. Кодовая последовательность с выхода первого счетчика 1 поступает на вход первого цифро-аналогового преобразователя 2 и приводит к появлению на выходе последнего ступенчатого нарастающего напряжения, которое меняет амплитуду выходного сигнала генератора возбуждения колебаний 3, поступающего на первый и второй сигнальные электроды 26 и 27 и пьезоэлектрического трансформатора

4, Частота сигнала, поступающего на сигнальные электроды с выхода генератора 3 возбуждения колебаний, соответствует четвертой моде резонансных колебаний по длине пьезоэлектрического трансформатора 4. Пороговое значение амплитуды сигнала, подаваемого на сигнальные электроды 26 и 27, при котором происходит возбуждение пьезоэлектрического трансформатора

4, определяется величиной приложенного к пьезоэлектрическому трансформатору статического давления. Код первого счетчика 1, при котором имеет место возбуждения низкочастотных колебаний, записывается в момент возбуждения этих колебаний в адрес-. ный регистр 8. Строб записи на синхровход адресного регистра 8 поступает с выхода порогового элемента 7, на вход которого сигнал поступает с выхода первого выпрямителя 6. Первый выпрямитель 6 осуществляет выпрямление сигнала, поступающего с выхода первого фильтра 5, который настроен на частоту второй моды резонансных колебаний по длине пьезоэлектрического трансформатора, и который фильтрует сигнал, поступающий на вход второго фильтра с выходного электрода 32 пьезоэлектрического трансформатора 4 ° Согласно адресной информации; записанной в адресный регистр 8, производится считывание о величине приложенного усилия из постоянного запоминающего устройства 9, в котором закодированы нормировочные таблицы датчика. Информация о величине приложенного усилия поступает из постоянного запоминающего устройства 9 в блок 10 регист1296872 рации и блок 11 индикации. Сигнал обнуления поступает на первый счетчик 1 с выхода порогового элемента

7, Импульсный генератор 12 вырабатывает корбткие высоковольтные импульсы (с длительностью 1 мкс для исключения возбуждения паразитных колебаний и с амплитудой, равной

70-8 В). Длительность уединенной волны, распространяющейся при этом в пьезоэлектрическом трансформаторе, определяет резонансную частоту пьезоэлектрического трансформатора по наиболее энергетически выгодной для солитона. (уединенной волны) первой гармонике резонансных колебаний по длине. Напряжение, индицируемоена выходном электроде 32, выделяется фильтром 14, выпрямляется вторымвыпрямителем 15. Длительность уединеннойволны определяется путем подсчета импульсов опорной частоты, вырабатываемых генератором 17 опорной частоты счет чиком 18 интервалов и сравнивается с эталонным значением, которое закодировано в блоке 19 памяти кодовых слов. При равенстве измеренной длительности с эталонным значением в пределах некоторого доверительного интервала сигнала рассогласования схемой 21 сравнения не вырабагывается, на вход второго цифро-аналогового преобразователя 23 поступает код с выхода второго счетчика 22, соответствующий предыдущему циклу автоподстройки и постоянное смещение, поданное на первый управляющий электрод 28, имеет значение, соответст.— вующее предыдущему циклу автоподстройки. Отклонение измеренной длительности уединенной волны за пределы допустимого доверительного интервала, в зависимости от знака от-. клонения, приводит к появлению на выходе схемы 21 сравнения сигналов, поступающих на вход прямого или обратного счета второго счетчика 22 (зависит от знака отклонения), что в свою очередь приводит к изменению состояния второго счетчика 22. Кодовая последовательность, поступающая с выхода второго счетчика 22 на вход второго цифро-аналогового преобразователя 23, меняет напряжение смещения, подаваемое на управляющие электроды пьезоэлектрического трансформатора 4. Автоподотройка осуществляется до тех пор, пока измеренная длительность не станет равной эталонной.

Синхронизацию работы устройства осуществляет задатчик 20 управляющих импульсов, который вырабатывает уп5 - равляющие импульсы, поступающие на вход запуска генератора 12 ударного воздействия, .на управляющий вход схемы 21 сравнения, на вход первого счетчика 1. Обнуление счетчика интервалов 18 производят включением между выходом второго выпрямителя

15 и входом обнуления счетчика 18 интервалов элемента НЕ 16. Таймер

13 вырабатывает управляющие импульсы, которые поступают на вход разрешения записи адресного регистра 8 в моменты выработки ударных импульсов импульсным генератором 12 и блокируют работу адресного регистра 8.

20 В качестве чувствительного элемента устройства используют пьезоэлектрический трансформатор поперечнопродольного типа из керамики ЦТБС-4.

Отношение ширины выходной секции к

25 ширине входной секции равно 0,8.

Сигнальные и управляющие электроды в пьезоэлектрическом трансформаторе располагаются симметрично на обеих плоскостях входной секции, ортого3О нальных вектору поляризации. Сигналь" ный и управляющий электроды, площади которых равны, на каждой из плоскостей разделяет неметализованная полоса шириной 1 мм.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее пьезоэлектрический

40 трансформатор, подключенный к генератору возбуждения колебаний, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и точности измерений, в него введены первый счет45 чик, первый цифро-аналоговый преобразователь, таймер, первый фильтр, импульсный генератор, первый выпрямитель, пороговый элемент, адресный регистр, постоянное запоминающее

50 устройство, блок индикации и блок регистрации, второй фильтр, второй выпрямитель, элемент НЕ, счетчик интервалов ° генератор опорной частоты, блок памяти кодовых слов, задатчик

55 управляющих импульсов, схему сравнения, второй счетчик и второй цифро- аналоговый преобразователь, при этом пьезоэлектрический трансформа1296872 рие2

Составитель А.Зосимов

Редактор М. Недолуженко Техред И.Попович Корректор С. Черни

:Заказ 767/43 Тираж 777

ВНИИПИ осударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тор выполнен из пьезокерамики в ви- де пластины и имеющей две части, первая из которых имеет„ширину, боль" шую чем ширина второй части, первая широкая часть пластины поляризована перпендикулярно боковым граням и об-, разует входную секцию трансформатора, вторая узкая часть поляризована вдоль боковых граней и образует выходную секцию трансформатора, в !О входной секции перпендикулярно вектору поляризации нанесены две пары электродов — сигнальная и управляющая, а на торце выходной секции трансформатора перпендикулярно век- 15 тору поляризации нанесен выходной электрод, при этом выход первого счетчика соединен с информационным входом адресного регистра и с входом . первого цифро-аналогового преобразо- 20 вателя, выход которого соединен с входом генератора возбуждения колебаний, связанного с первым сигнальным входом пьезоэлектрического трансформатора, выходной электрод которого соединен с входами первого и второго фильтров, выход первого фильтра подключен к синхровходу адресного регистра через последовательно соединенные первый выпрямитель и пороговый элемент и к входу обнуления первого счетчика, выход адресного регистра подключен к индикатору и регистратору через постоянное запоминающее устройство, выход импульсного генератора соединен с входом генератора возбуждения колебаний и с входом таймера, выход которого соединен с входом разрешения записи адресного регистра, выход второго фильтра соединен с входом разрешения счета счетчика интервалов и с входом элемента НЕ, выход которого подключен к входу обнуления счетчика интервалов, выход генератора опорной частоты соодинен с синхровходом счетчи ка интервалов и с входом задатчика управляющих импульсов, выход счетчика интервалов подключен к первому входу схемы сравнения,.с вторым входом которой соединен выход блока кодовых слов, первый выход задатчика управляющих импульсов соединен с входом запуска импульсного генератора, второй его выход — с управляющим входом схема сравнения, а третийс входом первого счетчика, первый выход схемы сравнения подсоединен к входу прямого счета второго счетчика, а второй ее выход — к входу обратного счета второго счетчика, выход которого соединен с входом второго цифро-аналогового преобразователя, выходом подключенного к управляющему входу пьезоэлектрического трансформатора.