Устройство для измерения высокочастотных колебаний давления

 

Изобретение относится к измерению меняющегося .давления паров, гавов и жидкостей. Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерений . Для этого устройство содержит контролируемый объект 1, акселерометр 2, схему усиления и преобразования , включающую усилитель 3, полосовой фильтр 4, регистратор 5, анализатор 6 спектра. Акселерометр 2 устанавливают на упругом элементе - мембране, который совершает колебания , эквивалентные вибрациям. Ампли- -туда, Измеряемз1х колебаний давления пропорциональна амплитуде измеренных виброускорений с постоянным коэффициентом в рабочем диапазоне частот. 2 ил. с & Фиг.1

СОЮЗ COBETCHHX

РЕСОУБЛИК

А1 (19) (11) (594 1L110

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3917685/24-10 (22) 26.06.85 (46) 30.04.87. Бюл . Р 16 (72) P. А, Палазьян и И. М, Степанов (53) 531.787(088.8) (56) Аппаратура для измерения статических и пульсирующих давлений. Под ред. В. В. Багдатьева, М.: Московский лесотехнический институт, 1969, с.,275-282.

Заявка ФРГ N 2626774, кл G 01 ? 9/12, 19?7. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерению меняющегося. давления паров, гавов и жидкостей, Цель изобретения— расширение частотного диапазона измерений. Для этого устройство содержит контролируемый объект 1, акселерометр 2, схему усиления и преобразования, включающую усилитель 3, полосовой фильтр 4, регистратор 5, анализатор 6 спектра. Акселерометр 2 устанавливают на упругом элементе— мембране, который совершает колебания, эквивалентные вибрациям. Ампли-туда,.измеряемых колебаний давления пропорциональна амплитуде измеренных виброускорений с постоянным коэффициентом в.рабочем диапазоне частот, 2 ил.

v() = — — "-<

1(>)s

15 Ср„,(3) А(ад) =- — --

v(v)s

1де А(и1) s

"м

См

Ф„еЗ = где метром;

1 13

Изобретение стносится к измерению меняющегося (колебательного) давления паров, газов и жидкостей, в частности к измерению высокочастотных колебаний давления в пневмогидросистемах.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона измерений высокочастотных колебаний давления.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 — амплитудночастотные характеристики (АЧХ) предлагаемого устройства.

Устройство для измерения высокочастотных колебаний давления <в контролируемом объеме 1 состоит из пьезоэлектрического акселерометра 2 и схемы усиления и преобразования, включающей усилитель 3, полосовой фильтр 4, регистратора 5 и аналоговых или цифровых анализаторов спектра 6, Для измерения высокочастотных колебаний давления в заданном объеме виброакселерометр устанавливают на упругом элементе — мембране, выполненной за одно целое со стенкой или закрепленной в отверстии стенки объема. Размеры мембраны выбирают таким образом, чтобы с учетом присоединенной массы акселерометра она имела собственную частоту в 2, 7 раза ниже наименьшей измеряемой частоты колебаний давления,. например при измерении в диапазоне частот 4-16 кГц иапо иметь собственную частоту мембраны с вибродатчиком около 1,5 кГц.

При воздействии измеряемых колебаний давления мембрана совершает колебания, эквивалентные сильным вибрациям, которые измеряются информационно-измерительной системой с высокочастотным виброакселерометром.

Зависимость амплитуды колебаний давления определяется выражением

"Ъе "1ееЪ амплитуда колебаний мембГ раны на частоте f =,„>/-211; амплитуда колебаний давления на частоте f =и)/2Т ; — площадь мембраны; — жесткость мембраны;

2о1 „ частота собственных колебаний мембраны с акселеро07256 2 (— декремент затухания собственных колебаний мембраны.

На фиг. 2 эта зависимость представлена кривой 7.

Так как сигнал виброакселерометра

U() пропорционален второй производной от амплитуды колебаний мембраны, то можно записать

U(u)) = (A(u3)j = о3 A(d). (2)

10 Из выражений (1) и (2) получают формулу связи сигнала акселерометра с амплитудой колебаний давления (, )

"> ееь " р

Так как мы выбрали оЗ l то рез

Са> — -->1 и, так как для механических рез систем 1, то выражение (3) упро— щается до

Р() s

U() = — — — р з м откуда

Р()=11() — - ——

Ям ) реь т.е ° амплитуда измеряемых колебаний давления пропорциональна амплитуде измеренных виброускорений с постоянным коэффициентом в рабочем диапазоне частот, На фиг. 2 эта зависимость представлена кривой 8.

Характер кривой показывает, что за пределами резонансного пика, обус35 ловленного частотой собственных колебаний системы мембрана — акселерометр, АЧХ устройства линейна.

Систематическая погрешность уст40 1 ройства 5 = — — — — — -- - будет на

P <д (— — ) -1 рез уровне погрешности пьезоэлектричес"

45 ких манометров (10-15X) при условии, если частота собственных колебаний системы мембрана — акселерометр в

2,7-3,4 раза меньше нижнего предела контролируемого частотного диапазона.

Область значительных искажений в районе резонансной частоты мембраны

O может быть легко отсечена полосовым фильтром 4„ имеющего частоту среза в области 1,5-1,8f (кривая 10 на

Pe) фиг, 2).

Как видно из фиг. 2 (кривая 9), АЧХ всей системы, являющаяся произведением АЧХ резонансной сис— темы — кривая 8 на АЧХ поло1307256 сового фильтра — кривая 10 будет равномерной в диапазоне частотой м) ) 1,8 е .

Составитель Н. Богданова

Техред В.Кадар

Редактор Т. Парфенова

Корректор М, Демчик

Заказ 1621/39 Тираж 777

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подпи сное

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4

Жесткость и масса мембраны (резонатора) выбираются таким образом, чтобы при максимальной амплитуде измеряемых колебаний давления амплитуда виброускорений составила 5000—

10000@. Если жесткость мембраны подобрать трудно, вместо нее может быть использован тонкостенный стакан, на доньппке которого с внешней стороны крепится акселерометрический вибродатчик.

Формула и э о б р е т е н и я

Устройство дпя измерения высокочастотных колебаний давления, содержащее мембрану, связанную с преобразователем перемещения мембраны в электрический сигнал, усилитель, подключенный к преобразователю, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, оно снабжено электрическим полосовым дяльтром, включенным между выходом усилите- ля ивходом регистратора, а преобразователь п5ремещения мембраны в электричес -. кий сигнал выполнен в виде акселерометра.