Измеритель давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям давления, и позволяет расширить функциональные возможности за счет одновременного измерения температуры. Датчик содержит мембрану 6, выполненную из арсенида галлия, с жестким центром, обращенным к измеряемой среде. На жестком центре нанесен отражающий металлический слой 5. С противоположной стороны жесткого центра к мембране 6 подведен общий световод 18. Между торцовой поверхностью световода 18 и мембраной 6 установлен рабочий зазор. Волоконно-оптический преобразователь содержит два источника 1 и 2 оптических сигналов с различными длинами волн, соединенных световодами с сумматором 3. Выход сумматора 3 одним световодом через ответвитель 4, общий световод 18 и рабочий зазор подведен к центру мембраны 6 со стороны, противоположной жесткому центру. Ответвитель 4 выходным световодом соединен с разветвителем 7, обеспечивающим разделение одного общего светового потока на два независимых. Преобразование оптических сигналов в электрические и их обработка осуществляются двумя каналами А и В. Каждый канал содержит фотоприемник 10, усилитель 11 постоянного напряжения, электрический фильтр 12, аналого-цифровой преобразователь 13. В микроЭВМ 14 вычисляются давление и температура, которые поступают на устройство отображения информации - индикатор 15 давления и индикатор 16 температуры. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (1D (51)5 G Ol 1 ll 00

1:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

„s>"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4634697/24-10 (22) 21.11.88 (46) 15.10.90. Бюл. № 38 (72) Е. Ф. Волосожар (53) 531.787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1500889, кл. G 01 11/00, 1987. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерителям давления и позволяет расширить функциональные возможности за счет одновременного измерения температуры. Датчик содержит мембрану 6, выполненную из арсенида галлия, с жестким центром, обращенным к измеряемой среде. На жестком центре нанесен отражающий металлический слой 5. С противоположной стороны жесткого центра к мембране 6 подведен общий световод 18. Между торцовой поверхностью световода 18 и мембраной 6 установлен рабочий зазор. Волоконно-оптический преобразователь содержит два источника 1 и 2 оптических сигналов с различными длинами волн, соединенных световодами с сумматором 3. Выход сумматора 3 одним световодом через ответвитель 4, общий световод 18 и рабочий зазор подведен к центру мембраны 6 со стороны, противоположной жесткому центру.

Ответвитель 4 выходным световодом соединен с разветвителем 7, обеспечивающим разделение одного общего светового потока на два независимых. Преобразование оптических сигналов в электрические и их обработка осуществляются двумя каналами

А и В. Каждый канал содержит фотоприемник 10, усилитель 11 постоянного напряжения, электрический фильтр 12, аналого-цифровой преобразователь 13. В микроЭВМ 14 вычисляются давление н температура, которые поступают на устройство отображения информации — индикатор 15 давления и индикатор 16 температуры.

1 ил.

1599685

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для одновременного измерения давления и температуры, например, при диагностике газотурбинных двигателей.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения им одновременно давления и температуры.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит два источника оптического сигнала 1 и 2 с длинами волн Х и Х соответственно, сумматор оптических сигналов 3 для ввода двух световых потоков в один световод, оптический ответвитель 4 для отвода световых потоков, отраженных от металлической пленки 5 мембраны 6 датчика, оптического разветвителя светового потока 7 для разделения светового потока на два.

Оптические фильтры 8 и 9 осуществляют спектральное разделение двух световых потоков. Причем фильтр 8 выделяет интенсивность светового потока li с длиной волны 4, а фильтр 9 интенсивность 1 с длиной волны Х . Потоки 1 и 1 поступают в каналы А и В соответственно. Потоки

11 и I связаны с давлением P и температурой следующим соотношениями:

1 = К1Р+ К Т1

12= КЗР+ К4Т j (1 ) где К вЂ” коэффициенты пропорциональности;

К i = Кж W Кз К4 т к. 4 = 2.

Каждый из двух одинаковых приемных каналов А и В состоит из фотоприемника 10 преобразующего оптический сигнал

7 в электрический в виде постоянного напряжения, усилителя 11 постоянного напряжения и электрического фильтра 12 для усиления и фильтрации сигнала до уровня, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 13. С выхода АЦП каждого канала в вычислительный блок (микроЭВМ) 14 поступают цифровые коды, соответствующие значениям

11 и 1 . ЭВМ, используя ранее записанные в нее коэффициенты Ki — К4, решает систему уравнений (1). Вычисленные значения давления и температуры поступают на устройство отображения информации — регистраторы 15 и 16 давления и темпера-. туры соответственно. Для соединения датчика с оптоэлектронным преобразователем на его корпусе расположен оптический соединитель 17.

При подаче давления в полость датчика меняется величина зазора между мембранной 6 и торцом общего световода 18, а следовательно, и интенсивность вернувшегося в световод потока. Причем значение интенсивности для разных длин волн различно, так как поглощение света в веществе зависит от длины волны. Кроме того, за счет изменения температуры поглощение светового потока в мембране 6, а следовательно, и вернувшегося в световод

16 отраженного потока меняется, причем это изменение не одинаково для разных длин волн. Интенсивности отраженных сигналов, вернувшихся в световод 18, на 2 — 3 порядка меньше падающих сигналов, но остаются достаточными для работы фотоприемника 10.

Использование в датчике мембраны из

0 арсенида галлия GaAs объясняется тем, что для этого полупроводникового материала i. 089 мкм. Для такого оптического диапазона длин волн уже разработаны источники излучения. Поэтому в качестве источника 1 оптического сигнала выбран AIGaAs светодиод с длиной волны Х1=-0,86 мкм, а в качестве источника 2 InGaAsP светодиод с Х =1,3 мкм.

B качестве отражающей металлической пленки 5 может быть использован алюми20 ний Al, напыленный на жесткий центр мембраны через мишень методом микроэлектронной технологии. Использование в мембране жесткого центра необходимо для того, чтобы при подаче давления не деформировать пленку Al. Коэффициенты п опорциональности — Ki, К, Кз, К4, входящие в систему уравнений (1), определяют экспериментально следующим образом.

При постоянной температуре задают заранее известное давление и измеряют зна30 чение Ii на выходе АЦП 13 канала А.

Из уравнения Ii=KiP определяют коэффициент Кь При постоянном давлении выставляют в термокамере известную температуру и опять измеряют значение 1 . Из уравнения (1 =К Т) определяют коэффициент К .

Аналогичным образом в канале В определяют коэффициенты Кз и К . Определенные коэффициенты записывают в память

ЭВМ.

Измерение одним датчиком двух пара40 метров давления и температуры позволяет расширить его функциональные возможности, так как вместо двух раздельных датчиков достаточно устанавливать на объекте измерения один.

Формула изобретения

Измеритель давления, содержащий датчик давления с мембранным чувствительным элементом, выполненным с утолщенным жестким центром, расположенным со

50 стороны подвода измеряемои среды, и волоконно-оптический преобразователь с общим объединенным световодом, включающим излучающий и приемный световоды, первым источником света и фоторегистрирующим

5 блоком с регистратором давления, причем общий световод своим первым концом и торцом расположен с зазором напротив цетральной части мембраны со стороны, 1599685

Составитель О. Полев

РедакторМ. Недолуженко ТехредА. Кравчук Корректор И. Муска

Заказ 3135 Тираж 458 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС13 ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.. д. 4 5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 0 противоположной жесткому центру, отличаюи4ийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения температуры, в нем мембранный чувствительный элемент датчика давления выполнен из арсенида галлия и на его жесткий центр нанесен отражающий металлический слой, при этом в преобразователь дополнительно введены второй источник света, сумматор и установленные последовательно и соединенные

1О между собой световодом ответвитель и разветвитель с двумя выходными световодами, на выходах которых установлены оптические фильтры, причем второй конец общего световода соединен с ответвителем, 15 связанным световодом с сумматором, а источники света выполнены с различными длинами волн излучения и каждый из них через соответствующий световод оптически связан с сумматором, при этом фоторегистрирующий блок выпол нен двухкан ал ьным, каждый канал его содержит последовательно включенные фотоприемник, расположенный на выходе соответствующего оптического фильтра, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, причем в фоторегистрирующий блок введены регистратор температуры и вычислительное устройство, входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей, а выходы подключены соответственно к регистратору давления и регистратору температуры.