Устройство для измерения давления
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК 11 4 С 01 1. 9/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ П1НТ СССР (21) 4024848/24-10 (22) 2!.02.86 (46) 15.01.89.Бюл. У 2 (71) Ленинградский политехнический институт им.М.И.Калинина (72) В.С.Гутников, И.Г.Татаринцев и С.В Лахтарина (53) 531.787 (088.8) (56) Федотов А.Ф. Расчет и проектиро" ванне индуктивных измерительных устройств; М.: Машиностроение, 1979, с.139.
Велаюдхан, Банделл. Простой индуктивный датчик перемещений. - Приборы для научных исследований, 1984, I 10, с.184. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕ
НИЯ, (57) Изобретение относится к измери, тельной технике, в частности к измерителям давления, и позволяет повысить точность измерения давления
„„SU„„1451567 A1 индуктивными датчиками. Выходной сигнал генератора 1 поступает на вход двух операционных усилителей 2 и 3 с обмотками дифференциального индуктивного датчика 4 в цепи обратной связи. Под действием измеряемого давления изменяются индуктивные сопротивления обмоток датчика и на выходе дифференциального усилителя
5 появляется сигнал, который в фазочувствительном демодуляторе б преобразуется в напряжение постоянного тока и через фильтр нижних частот поступает на выход устройства. Одновременно с выхода устройства сигнал через суммирующее устройство 8, подключенное к источнику 9 опорного напряжения, поступает на управляющий вход генератора 1, изменяя величину его выходного напряжения н выравнивая этим передаточную характеристику устройства. 2 ил.
1451567 вь х
2о1,Р Ь LSUo (2) вых
Изобретение относится к иэмери" тельной технике, в частности к устройствам для измерения давления с помощью дифференциально-индуктивных
5 датчиков, Цель изобретения — повышение точности измерения.
На фиг,1 изображена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — передаточные характеристики устройства.
Устройство содержит управляемый генератор 1 переменного напряжения, операционные усилители 2 и 3, в обратную связь которых включены обмотки дифференциально-индуктивного датчика 4, дифференциальный усилитель
5, фаэочувствительный демодулятор 6, фильтр 7 нижних частот, сумматор 8, 20 ! входы которого соединены с выходами фильтра нижних частот и источника 9 опорного напряжения-постоянного то-! ка, а его выход — с управляющим ! входом управляемого генератора, и регистратор (не показан), Дифференциально-индуктивный датчик 4 давления содержит мембрану и два П-образных сердечника с обмотками. 30
Принцип действия устройства основан на формировании передаточной характеристики измерительного преоб- разователя с такой нелинейностью, которая по своему характеру обратна нелинейности функции преобразования дифференциально-индуктивного датчика.
Устройство работает следующим образом. 40
Выходной сигнал генератора 1, амплитуда 11 которого изменяется в соответствии с управляющим сигналом поступает на входы двух операционных усилителей 2 и 3 с обмот- 45 хами дифференциально-индуктивного датчика 4 в обратной связи. Под действием измеряемого давления P мембрана датчика прогибается, вследствие чего изменяется воздушный зазор между мембраной и сердечниками и, как следствие этого, изменяются значения полных сопротивлений обмоток датчика. Ввиду малых значений прогибов мембраны изменением активных составляющих полных сопротивлений обмоток датчика. в первом приближении можно пренебречь. Таким образом, в результате воздействия измеряемого давлеция индуктивность одной из обмоток датчика увеличивает свое значение на gL, а индуктивность другой — уменьшает на такое же значение, т.е. функция преобразования дифференциальноиндуктивного датчика имеет вид А L й(Р).
С учетом изложенного, для случая линейного преобразования прямой цепи устройства зависимость выходного напряжения 11 „,„от изменения значения индуктивности +L имеет следующий вид: где eC — коэффициент передачи прямой цепи, Так как при введении в устройство обратной связи (ОС) U - S(p- 11.+ 11„,„), где S " крутизна характеристики управления генератора 1;
U — значение опорного напряжеЬ ния источника 9 постоянного тока;
1 и — коэффициенты передачи сумматора 8 для напряжений 0 и U „,„ соответственно, то из (1) следует, что
1 — 2КУА Ы
Анализ выражения (2) показывает, что при отсутствии обратной связи (g - "0) передаточная характеристика измерительного преобразователя линейка, при введении ОС (4 О} — нели-< кейна. При этом для случаев положительной ОС (g p О) график зависимости U = f(ÄL) расположен выше линейЬЬФ ной передаточной характеристики измерительного преобразователя, отрицательной ОС (tI a 0) — ниже (фиг.2), т.е. линеариэация передаточной характеристики устройства может быть осуществлена путем введения в измерительный преобразователь отрицатель= ной (положительной) обратной связи.
Необходимо отметить, что компенсация нелинейности функции преобразования датчика во всем диапазоне изменения преобразуемого давления полностью произведена быть не может.
Она возможна лишь в одной точке, в которой, например, нелинейность функции преобразования максимальна, 67
4 датчиком, функция преобразования которого имеет погрешность линейности
0,8Х и в первом приближении описы-6 вается выражением f (X) 7,62 10 ° Х= — 3 10 X в соответствии с (5) был определен коэффициент 11, равный 5 10 . Погрешность предлагаемого устройства от нелинейности его передаточной характеристики при этом уменьшается до 0,!Х.
14515
Обозначив К 2 MLS, и, учитывая, что Ь Ь f (P), можно перейти к характеристике преобразования предлагаемого устройства в целом:
К 3Uîf (Ð)
Вй иых ) — К f (P) (3) Формула изобретения
1 Г 2
К (f(PÄ) f (0,5P>) (5) При проектировании в соответствии с изложенным методом устройства для измерения давления в диапазоне от О до 4 атм., работающего с серийно выпускаемым отечественной промьппленностью дифференциально-индуктивным, 40.о
Фиа1
Корректор Н,Король
Составитель В.ульянов
Редактор А.Ревин Техред А.Кравчук
Заказ 7072/41 Тираж 788 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям .при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул. Проектная, 4
Предположим, что характеристика преобразования предлагаемого устройства, описываемая выражением (3), имеет максимальную нелинейность в точке, . соответствующей середине диапазона изменения преобразуемого давления 15
P. Для компенсации нелинейности в указанной точке, т.е. обеспечения принадлежности этой точки линейной характеристике преобразования, проходящей через точки, соответствующие 20 нулевому и конечному значениям изменениям преобразуемого давления Р, необходимо выполнение условия
1-К Е(Рн)1 — К f (0,5Рн.) (4) где Р— номинальное 1 конечное) значен ние преобразуемого давления
P. 30
Из выражения (4) определяем
Устройство для измерения давления, содержащее генератор переменного напряжения с управляющим входом, два операционных усилителя, дифференциальный индуктивный датчик дав —ления, дифференциальный усилитель, фазочувствительный демодулятор и, фильтр нижних частот с регистратором, причем генератор выходом подключен к управляющему входу демодулятора и к входам операционных усилителей, в цепи обратной связи которых включены обмотки дифференциального датчика давления, а выходы операционных усилителей через дифференциальный усилитель и фазочувствительный демодулятор подключены к входу фильтра нижних частот, о т л и" ч а ю щ е е с я тем, что, с целью . повышения точности, в него введены источник опорного напряжения и сумматор, входы которого соединены с выходами фильтра нижних частот и источника опорного напряжения, а его выход — с входом управления амплитудой выходного сигнала генератора переменн 7го напряжения.
