Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность измерения давления путем увеличения крутизны характеристики преобразования. При отсутствии давления частоты колебаний на выходах автогенераторов 1 и 2 равны. Автогенераторы 1 и 2 работают в режиме взаимной синхронизации. Синхронизирующие колебания с выхода автогенератора 1 через четырехполюсник 5 подаются на вход автогенератора 2, выходные колебания с которого через четырехполюсник 6 подаются на вход автогенератора 1. Фазовый сдвиг между колебаниями автогенераторов 1,2, подаваемыми через бзгферные усилители 7 и 8 на-смесители 9 и 10, равен постоянной величине. Смесители 9, 10 и усилитель 11 образуют автоколебательную систему, частота которой зависит от сдвига фаз междз колебаниями , подаваемыми на вторые входы смесителей 9 и 10. При изменении давления меняется усилие на кварцевых резонаторах 3 и 4, что влечет за собой изменение сдвига,фаз между колебаниями , поступающими на входы смесителей 9 и 10. Это вызывает изменение частоты автоколебаний системы, состоящей из смесителей 9, 10 и усилителя 11, что фиксируется частотомером 12.1 ил. ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 01 ? 9/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4251212/24-10 (22) 27.05.87 (46) 23.12..88. Бюл. У 47 (71) Харьковский авиационный институт им. Н.Е.Жуковского (72) В.О.Захожий, Е.С,Колесник, К.В.Скульский и В.Л.Сорокопут (53) 531.787(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 741078, кл. G 01 L 9/08, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 983474, кл. G 01 L 9/08, 1981.

Авторское свидетельство СССР

9 1170298, кл. G 01 L 9/08, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВ-

ЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность измерения давления путем увеличения крутизны характеристики преобразования. При отсутствии давления частоты колебаний на выходах автогенераторов 1 и 2 равны. Автогенераторы 1 и 2 работают в режиме

„„ЯО„„34465О1 А1 взаимной синхронизации. Синхронизирующие колебания с выхода автогенератора 1 через четырехполюсник 5 подаются на вход автогенератора 2, выходные колебания с которого через четырехполюсник 6 подаются на вход автогенератора 1. Фазовый сдвиг между колебаниями автогенераторов 1,2, подаваемыми через буферные усилители

? и 8 на смесители 9 и 10, равен пос" тоянной величине. Смесители 9, 10 и усилитель 11 образуют автоколебательную систему, частота которой зависит от сдвига фаз между колебаниями, подаваемьпы на вторые входы смесителей 9 и 10. При изменении давления меняется усилие на кварцевых резонаторах 3 и 4, что влечет за собой изменение сдвига фаз между колебаниями, поступающими на входы смесителей 9 и 10. Это вызывает изменение частоты автоколебаний системы, состоящей из смесителей 9, 10 и усилителя 11, что фиксируется частотомером 12. 1 ил.

1446501

Изобретение относится к измерительной технике, и может быть исполь- ° зовано в приборостроении.

Целью изобретения является повы5 шение чувствительности при измерении давления путем увеличения крутизны характеристики преобразования.

На чертеже представлена функциональная схема устройства. 10

Устройство содержит высокостабильные кварцевые генераторы 1 и 2, в частотозадающие цепи которых включены кварцевые резонаторы 3 и 4, Выход автогенератора 1 через невзаимный четырехполюсник 5 подключен к входу автогенератора 2, а выход автогенератора 2 через невзаимный четырехполюсник 6 соединен с входом автогенератора 1. Выходы автогенераторов

1 и 2,кроме того, соединены через буферные усилители 7 и 8 с входами автогенераторного фазочастотного преобразователя, который представляет собой включенные в кольцевое соединение однополосные смесители 9 и 10 и широкополосный усилитель 11. Выделение одной полосы на выходе смесителей осуществляется фильтрами нижних частот. Измерение частоты колебаний автогенераторного фазочастотного преобразователя Фиксируется частотомером 12.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии давления частоты колебаний на выходах автогенераторов

1 и 2 равны вследствие того, что механическое усилие, приложенное к резонаторам 3 и 4, равно нулю, а их резонансные частоты одинаковы. Авто40 генераторы 1 и 2 работают в режиме взаимной синхронизации. Синхронизирующее колебание с выхода первого автогенератора 1 через невзаимный сетырехполюсник 5 поступает на вход

45 второго автогенератора 2, выходное колебание с которого подается через второй невзаимный четырехполюсник 6 на вход первого автогенератора 1.

Фазовый сдвиг между колебаниями 50 генерируемыми автогенераторами 1 и Г, равен некоторой постоянной величине. Колебания с выходов автогенераторов и 2 через буферные усилители 7 и 8 поступают на вторые входы смесителей 55

9 и 10, которые вместе с усилителем

11 образуют автоколебательную систеПрйчем частота колебаний, возникающих в ней, зависит от фазового сдвига между сигналами, поступающими на вторые входы смесителей 9 и 10 с выходов буферных усилителей 7 и 8 соответственно, и, в данном случае, равна постоянной величине. Фиксируя ее с помощью частотомера 12, можно судить о величине номинального давления, При отсутствии давления механическое усилие F, приложенное к резонаторам 3 и 4, равно нулю, а их резонансные частоты соответственно

M p H 1 p t IIPH eh1 Mp = 1 р

= (dp,. Автогенераторы 1 и 2 работают в режиме взаимной синхронизации, генерируя колебания соответственно

Uq(t) = Aqcos(wp, t),(1);

U<(t) = А,оз(ю, + g(F)),(2)

Для нахождения фазового сдвига

М(Е) рассмотрим дифференциальные уравнения системы, состоящей из автогенераторов 1 и 2 и невзаимных четырехполюсников 5 и 6. Они имеют вид

Х1 + ы, Х< = P ю„ f (Х,,Х ) + где X« .— безразмерная переменная

Ф (напряжение или ток) соот-. ветственно в первом и втором автогенераторах;

К вЂ” коэффициент передачи соответственно четырехполюсников 5 и 6; (М 1 малый параметр 1Д (Х 1., Х1<) — определяется характером

I нелинейности активного элемента и потерями s колебательной системе.

Система слабо нелинейна и содержит в правых частях малые члены (/»1 К (1) . Для решения этОЙ сис темы используем псдстановку Боголюбова-Митропольского

Х 1 = A, ° cos q, = с | с + q,,> ° (4)

С учетом членов первого приближения система приводится к виду

А1Д =

Р,f«(A„ ) А1 + 1, К, A«SiIIg; 1т) + („v 1 А „/A„) совЧ

f (5) где А,,

3 14

2л р(А) = — —. f(A созq -с А sin 1 ) 1

2Itы

46501 4 генераторов 1 и 2 поступают на входы буферных усилителей 7 и 8, колебания на выходах которых соответственно (6) х в1п 1 cln

07(с)=А,соз(с ) t +азу) (10)

У (г) = А,соз(ыр с + + -). (11) где ЦБ - фазовый сдвиг, получаемый сигналом при прохождении через буферные усилители 7 и 8.

В свою очередь эти сигналы поступают на вторые входы смесителей 9 и

15 10, которые вместе с усилителем 11 образуют автоколебательную систему„ в которой при выполнении условия баланса амплитуд (коэффициент передачи по контуру, образованному блока2р ми 9-11, больше единицы) и условия баланса фаз (суммарный сдвиг по фазе л сигнала в данном контуре равен 20К где К вЂ” целое число) возникают незатухающие колебания с частотой ы . При

25 этом значение частоты зависит от величины сдвига фаз 4 между сигналами, поступающими на входы фаэочастот" ного преобразователя, и определяется из выражения

4<)синхр гдер =

Д 4d отношение полуширины полосы синхронизацииии

3Gu где . 6 — фазовый сдвиг в четырехполюсниках.

ы„= к(а + 2пк) (12) где К вЂ” крутизна характеристики преобразования фаэочастотного преобразователя, состоящего из включенных в кольцевое соединение блоков 9-11, под которой мы будем понимать зависимость значения частоты (d от величины фазового сдвига а . В данном случае из выражений (10) и (11) сле40 дует, что в стационарном состоянии д = —

2 (13) и, следовательно, при давлении, равном номинальному, частотомер 12 фик45 сирует частоту

К . созда

КЕ

K< cos 9. А1

К А (8) It

Д(d

У(4ы) = — + 2 — — — — — ° (9) 2 К (1-a2) 5

В предположении о малости изменения амплитуд А « под влиянием взаимодействия автогенераторов и внешних воздействий фазовые уравнения можно решать независимо от амплитудных.

Характер решения определяется параметрами уравнения р 4, — М = — dM (1 + p cos q)р (7) I+1 Kg — tK5I QKg(1 Л)

dtd сцн р 2 2 к расстройке между частотами резонаторов Юо . С учетом сказанного (К у К4. Соя 8) Кд(1 Л)

2D 2d

Ks соз8

Параметр В = — — — — — определяет

К амплитудные и фазовые соотношения . синхронизирующих воздействий, которыми "обмениваются" связанные автогенераторы. С учетом различия амплитуд

Решение уравнения (7) при Ip v 1:

4 = -2arctg х (р+1 exp(- du ð-1 t) + 1 1 Гр-1 ехр(- йы р -1t) — 1

Разлагая полученное выражение в ряд и пренебрегая малыми членами, получим

При отсутствии давления Au)= 0 и фазовый сдвиг в соответствии с (9) равен И/2. Сигналы с выходов автоы = К (- + 2ЙК) . (14)

В динамическом режиме на резонаторы 3 и 4 воздействует усилие F, вызывающее расстройку резонаторов в противоположные стороны. При этом р = Ыр (1+SF); ,, (1- SF), (16) где S — - коэффициент силочувствительности

Из выражений (15) и (16) следует, что

5 1446501

Формула тогда, подставляя (17) и (9) и пренебрегая членами высших порядков, Устройство получим содержащее д изобретения для измерения давления, ва смесителя и усилитель, образующие автоколебательную систему, автогенератор, два кварцевых резонатора, буферный усилитель и измеритель частоты, причем первый резо10 натор включен в частотно-задающую цепь автогенератора„ к выходу которого подключен буферный усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, оно дополнительно содержит второй автогенератор, второй буферный усилитель и два четырехполюсника, причем выход первого автогенератора через первый четырехполюсник подключен к

20 входу второго автогенератора, в частотно-задающую цепь которого включен второй кварцевый резонатор, а его выход через второй четырехполюсник соединен с входом первого автогенера25 тора и через второй буферный усилитель — с вторым входом второго смесителя, а выход первого буферного усилителя соединен с вторым входом первого смесителя, 4S

Ч(Р) - "- +

2 К (1-а ) (18) При этом сигналы на выходах буферных усилителей 7 и 8 будут иметь вид соответственно ,(t) АÄ cos(ы t + Чь), (19) 6 (с) = А ° соа(р с + 4 у + +

4Б

+ -- — — — — F (20)

К (1-a )

В соответствии с выражением (12) частотомер 12 зафиксирует частоту

Я 4S

= К(- + — — — — — F<2i< ) (21)

K (1.-аг) т. е. приращение частоты ЛЫ пропорционально приложенному усилию F, а следовательно, и отклонению давления от номинального

К 4 S ь> = ь| — ы „= — — — — — F (22)

К (1-а )

Составитель В.Ульянов„

Техред М.Моргентал Корректор H.Муска

Редактор С.Пекарь

Заказ 6740/47 Тираж 847 Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 фНИИПИ Государственного комитета по,изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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