Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к области приборостроения, может быть использовано в системах измерения давления с цифровой обработкой данных и обеспечивает повышение точности. Устройство для измерения давления содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциальный трансформаторный преобразователь 2, генератор 8 прямоугольных импульсов с прямым и инверсным выходами, компаратор 10, первый вход которого подключен к вторичной обмотке 6 трансформаторного преобразователя, источник 13 опорного напряжения. В устройство введены реверсивный двоичный счетчик 11 и цифроаналоговый преобразователь 12, аналоговый выход которого подключен к второму входу компаратора 10. Компаратор производит сравнение напряжения с выхода дифференциального трансформаторного преобразователя и с цифроаналогового преобразователя 12 и увеличивает или уменьшает код реверсивного счетчика на единицу младшего разряда. Выходом устройства является кодовый выход реверсивного счетчика. Кроме того, в цепь между выходом источника напряжения и входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя введен дополнительный ключ 14 с замыкающими контактами, который компенсирует изменение переходного сопротивления первого ключа, что дополнительно позволяет повысить точность устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э G 011 9/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ьжьлио..:-..: д (21) 4475639/24-10 (22) 22.08.88 (46) 07,08.90. Бюл. hh 29 (72) А.И,Иоффе, В,М.Çèìàðèí и Н.И.Такташова (53) 531.787 (088,8) (56) Авторское свидете:- ьство СССР

М 979920. кл. G 01 L 9/10, 1981.

Авторское свидетельство СССР

hb 1451568, кл. G 01 L 9/10, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области приборостроения,может быть использовано в системах измерения давления с цифровой обработкой данных и обеспечивает повышение точности. Устройство для измерения давления содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциальный трансформаторный преобразователь 2, генератор 8 прямоугольных импульсов с прямым и инверсным выходами, компаратор 10, пер„„Я2,, 1583770 А1 вый вход которого подключен к вторичной обмотке 6 трансформаторного преобразователя, источник 13 опорного напряжения.

В устройство введены реверсивный двоичный счетчик 11 и цифроаналоговый преобразователь 12, аналоговый выход которого подключен к второму входу компаратора 10,, Компаратор производит сравнение напряжения с выхода дифференциального трансформаторного преобразователя и с цифроаналогового преобразователя 12 и увеличивает или уменьшает код реверсивного счетчика на единицу младшего разряда. Выходом устройства является кодовый выход реверсивного счетчика. Кроме того, в цепь между выходом источника напряжения и входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя введен доловнительный ключ 14 с замыкающими контактами, который компенсирует изменение переходного сопротивления первого ключа, что дополнительно позволяет повысить точность устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1583770

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах измерения давления с цифровой обработкой данных, Целью изобретения является повышение точности преобразования давления в цифровой код.

На фиг.1 приведена схема преобразователя давления; на фиг,2 — формы импульсов напряжения, поясняющие работу схемы.

Устройство содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциальный трансформатор 2, состоящий из двух магнитопроводов 3 и 4, на которых расположены включенные согласно первичные 5 и включенные встречно вторичные 6 обмотки, и якоря 7, жестко связанного с упругим чувствительным элементом, генератор 8 прямоугольных импульсов (ГИ), имеющий прямой (U) и инверсный (U) выходы, электронный ключ (Кл) 9, компаратор (К) 10, реверсивный двоичный счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12, источник 13 напряжения (ИН), дополнительный ключ 14.

Для улучшения формы импульса вторичные обмотки зашунтированы резисторами R1 и

R2.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания ГИ 8 начинает генерировать прямоугольные импульсы— прямой импульс длительностью Тн и инверсный длительностью Т = Тц — Ти, где Тц— длительность цикла, а ИН 13.выдает напряжение UH, которое поступит на управляющую цепь Кл. 2 и замкнет его.

При этом напряжение UH через Кл. 2 поступит на вход опорного напряжеНия

ЦАП.

Инверсный импульс 0 с ГИ 8 поступает на счетный вход счетчика 11, Прямой импульс U с ГИ 8 поступает на управляющую цепь.Кл. 1-9.

Кл. 1 будет замыкаться на время Т и на первичные обмотки 5 дифференциального трансформаторного преобразователя 2 с

ИН 13 будут поступать импульсы напряжения с амплитудой UH и длительностью Т>.

При поступлении импульсов напряжения на первичные обмотки дифференциального трансформаторного преобразователя

2 на его выходе. наводятся импульсы напряжения Up, амплитуда которых изменяется пропорционально перемещению якоря 7, Перемещение якоря 7 пропорционально давлению Р, под действием которого деформируется упругий чувствительный элемент 1 °

Импульс напряжения Up с выхода дифференциального трансформаторного преобразователя пост пает на вход компаратора (Вх, 1), на другой вход (Bx. 2) которого поступает напряжение с выхода ЦАП 12, при этом на выходе компаратора будет напряжение с уровнем, равным "0" или "1" в зависимости от знака разности входных нэПри поступлении на реверсивный вход счетчика напряжения, соответствующего

1 (Up > Ua), выхОДНОЙ КОД счетчика Увеличивается на единицу с приходом на счетный

Вх. 1 импульса О. При этом,.так как счетчик регистрирует импульс в момент изменения напряжения импульса U От "0" к "1", то изменение кода на единицу происходит в момент прохождения заднего фронта импульса U, соответствующего моменту прохождения переднего фронта импульса 0.

Одновременно с увеличением выходного кода счетчика, являющегося входным кодом ЦАП, возрастает напояжение постоянного тока U> нэ Выходе ЦАП.

Когда U> станет больше Up на величину приращения выходного напряжения ЦАП, соответствующую единице младшего разряда кода, на выходе компаратора будет напряженйе, соответствующее "0", и выходной код счетчика уменьшится с приходом очередного импульса 0 нэ величину младшего разряда и, следовательно, уменьшится выходное напряжение ЦАП (Ua), которое станет меньше Up, при этом на входе компаратора снова будет "1" и процесс увеличения напряжения U повторится. Следовательно, в установившемся режиме

Р = const выходное напряжение ЦАП ((4) и выходной код устройства непрерывно со45 вершают колебания больше — меньше с размахом в единицу младшего разряда кода.

Разрешающая способность преобразователя по кодовому выходу определяется разрядностью ЦАП и составляет, например, для

12-рязрядного преобразователя 0,025 от максимальной величины выходного кода.

Таким образом, выходное напряжение

ЦАП, а следовательно, и выходной код счетчика (выходной сигнал устройства) непрерывно отслеживают амплитуду импульса Up, которая пропорциональна измеряемому давлению P.

Нестабильность опорного напряжения (U ) не влияет на точность.

55 пряжений Up и U>.

10 Напряжение с выхода компаратора К поступает на реверсивный,вход счетчика 11..

Выходное напряжение дифференци- В предлагаемом устройстве устранеального трансформатора пропорционально ние колебаний осуществляется с помощью напряжению на первичных обмотках резисторов R1 и R2, шунтирующих вторичные обмотки 6, Величина резисторов подбигде К вЂ” постоянный коэффициент. 5 рвется экспериментально.

Выходное напряжение ЦАП равно После устранения колебаний в конце

Оа = 4 0н, (2) импульса его вершина имеет плоский, пракгде М вЂ” подаваемый на вход ЦАП код, тически горизонтальный характер.

Пи ан ри равновесии системы, когда U = Uр,. 10 При измерении амплитуды импульса на получается горизонтальном участке исключаются поP—

N грешности от нестабильности времени импульса Ти, генерируемого ГИ 8, т.е. т.е. давление пропорционально выходному повышается точность устройства. коду и не зависит от UH.

В еаг

15 Формула изобрете ния реальном устройстве на электронном 1. Устройство для измерения давления, ключе 9 имеет место падение напряжения содержащее упругий чувствительный алев замкнутом состоянии, которое изменяет- мент, связанный с якорем дифференциалься от времени (старение) и температуры и, ного трансформаторного преобразователя, следовательно,. напряжение питания 20 генератор прямоугольных импульсов с прядифференциального трансформаторного мым и инверсным выходами, компаратор, преобразователя также будет изменяться первый вход которого подключен к вторичот времени и температуры, что будет вызы- ной обмотке трансформаторного преватьпогрешностьв иэмерениидавления(1). образователя, источник напряжения, Для компенсации этой погрешности в уст- 25 присоединенный к первичным обмоткам ройство введен дополнительный Кл. 14, дифференциального трансформаторного идентичный Кл. 1 (Кл. 1 и 2 выполняются в преобразователя через ключ, цепь управлеодной микросборке на общей подложке), ния которого подключена к прямому выходу падение напряжения на котором изменяет- генератора прямоугольных импульсов, о т-. ся так же, как и у Кл. 1, В результате 30 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышевведения Кл,2 напряжение питания диффе- ния точности, в него введены реверсивный ренциального трансформаторного преобра- двоичный счетчик и цифроаналоговый презователя и опорное напряжение ЦАП обраэователь с входом опорного напряжеизменяются одинаково, следовательно, по- ния и. цифровыми входами, аналоговый грешность измерения давления будет све- 35 выход которого подключен к второму входу дена к минимуму, компаратора, вход опорного напряжения—

Необходимость измерения амплитуды к выходу источника напряжения, цифровые импульса Up в момент прохождения заднего . входы — к выходу реверсивного двоичного фронта импульса U объясняется следую- счетчика, счетный вход которого присоеди. 40 нен к инверсномувыходу генератора прямоПри передаче импульса трансформато- угольных импульсов, а реверсивный вход— ром происходит искажение (фиг.2) передне- к выходу компаратора.

ro фронта импульса (затягивание) и спад 2. Устройство по п.1, о тл и ч а ю щ еевершины импульса с наложением на нее с я тем, что в нем в цепь между выходом высокочастотных колебаний из-за побоч- 45 источника напряжения и входом опорного ных резонансов напряжений, определяе- напряжения цифроаналогового преобраэомых наличием емкости и индуктивности вателя введен дополнительный ключ с зарассеяния обмоток дифференциального мыкающими контактами, вход управления трансформатора (на фиг.2 колебания пока- которого присоединен к выходу источника эаны пунктиром). 50 напряжения.

1583770 ачпуж гм ипувьс набы о5е ЯщреtPlPСоставитель А.Зосимов

Техред М. Моргентал Корректор М.Самборская

Редактор Л.Гратилло

Заказ 2247 Тираж 468 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101