Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит датчик давления с упругим чувствительным элементом 1 и дифференциальным трансформатором 2, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7. программируемое запоминающее устройство (ПЗУ) 8, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9с двухполярным источником 10 напряжения, компаратор 12, двухпозиционный управляемый переключатель 11 и суммирующий усилитель 6, при этом вход усилителя 6 присоединен к выходу выпрямителя 5 и через делитель 13 напряжения к выходу ЦАП 9, в цепи двухполярного источника 10 напряжения которого установлен двухпозиционный управляемый переключатель 11, цепь управления которого присоединена к выходу компаратора 12, вход которого соединен с выходом выпрямителя 5. Вход АЦП 7 также подключен к выпрямителю 5. Линеаризация выходной характеристики датчика осуществляется в соответствии со следующей зависимостью: 1ЦР) Up(P) ± Д Up(P), где ил(Р) - вычисляемая линейная характеристика датчика , Up (P) - нелинейная выходная характеристика датчика, AUP(P) - функциональные зависимости, реализуемые ПЗУ, зависящие от нелинейностей выходных характеристик датчика. 3 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1622787 А1 (5!)5 G 01 1 9, 10

ГОСУДАРСТВЕ ННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4655236/10 (22) 27,02.89 (46) 23.01,91. Бюл. N . 3 (72) А.И. Иоффе (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N . 263229, кл. 6 01 L 9/10, 1966 . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИР (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления. Цель изобретения— повышение точности измерений. Устройство содержит датчик давления с упругим чувствительным элементом 1 и дифференциальным трансформатором 2, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, программируемое запоминающее устройство (ПЗУ) 8, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 9 с двухполярным источником 10 напряжения, компаратор 12, двухпозиционный управляемый переключатель 11 и суммирующий усилитель б, при этом вход усилителя б присоединен к выходу выпрямителя 5 и через делитель 13 напряжения к выходу ЦАП 9, в цепи двухполярного источника 10 напряжения которого установлен двухпозиционный управляемый переключатель 11, цепь управления которого присоединена к выходу компаратора 12, вход которого соединен с выходом выпрямителя 5. Вход АЦП 7 также подключен к выпрямителю 5. Линеаризация выходной характеристики датчика осуществляется в соответствии со следующей зависимостью: U,(Р) = 0р(Р) + Л Up(P), где Ол(Р)— вычисляемая линейная характеристика датчика, Up (P) — нелинейная выходная характеристика датчика, Л Up(P) — функциональные зависимости, реализуемые ПЗУ, зависящие от нелинейностей выходных характеристик датчика. 3 ил.

1622787

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления.

Целью изобретения является повышение точности измерения давления.

На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 а-г — типы нелинейностей выходных характеристик; на фиг.3 а-г — функциональные зависимости, реализуемые программируемым запоминающи м устройством (П ЗУ).

Устройство содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциальный трансформатор 2, якорь 3 которого жестко связан с чувствительным элементом 1, генератор 4, предназначенный для питания дифференциального трансформатора 2, выпрямитель 5, предназначенный для преобразования выходного напряжения дифференциального трансформатора 2 в напряжение постоянного тока, суммирующий усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП), ПЗУ 8, цифроаналоговый преобразователь 9 (ЦАП). двухполярный источник 10 напряжения, предназначенный для создания опорного напряжения ЦАП, двухпоэиционный управляемь«й переключатечь 11, компаратор 12, делители 13 и 14 напряжения и регистратор (не показан), Суммирующий усилитель 6, АЦП 7 и вход компаратора 12 присоединены к выходу выпрямителя 5. АЦП, ПЗУ и ЦАП соединены последовательно между собой, Средняя точка делителя 13 напряжения, включенно«о на выходе ЦАП, присоединена к суммирующему входу усилителя 6.

Делитель 14 напряжения предназначен для создания опорного напряжения на компараторе 12 и запитывается от двухполярного источника 10 напряжения, Перекидной ключ через клемму 1 соединен с цепью опорного напряжения ЦАП, а через клеммы 2 и 3 соответственно с клеммами положительной (+О«п) и отрицательной (-Орч) полярностями напряжения источника 10 питания.

Цепь управления переключателя 11 соединена с выходом компаратора 12.

Модуль напряжения (U«), больше, чем максимальное значение напряжения на выходе выпрямителя 5 (Up gy«).

Устройство работает следующим образом.

При подаче давления P упругийчувствительный элемент 1 (фиг,1) прогибается и перемещает якорь 3 дифференциального трансформатора 2, питаемого переменным током от генератора 4. При этом на выходе дифференциального трансформатора 2 появится напряжение переменно;о тока, кото5

40 рое поступает на вход выпрямителя 5, где оно преобразуется в напряжение постоянного тока (Ор).

Иэ-эа нелинейности характеристик упругого чувствительного элемента 1 и дифференциального трансформатора 2 зависимость напряжения на выходе выпрямителя от давления Ор (P) имеет нелинейный характер (фиг.2). Из-за технологических разбросав нелинейности характеристик чувствительного элемента и дифференциального трансформатора нелинейность характеристики Up(P) может иметь различный хаоактер: монотонно затухающий (фиг.2а), монотонно восходящий (фиг, 2б) или знакопеременный характер (фиг.2 e,r).

Линеаризация (фиг.2) характеристик осуществляется следующим образом.

Напряжение Up поступает на входы суммирующего усилителя 6, АЦП 7 и компаратора 12.

В АЦП напряжение Up преобразуется в пропорциональный двоичный код, который поступает на вход ПЗУ 8. В ПЗУ 8 осуществляется функциональное преобразование кода Up в код, пропорциональный функции

AU(P), приведенной на фиг. 3 а — г, при этом функция Л U(P) зависит от вида функции

Up(P), приведенной соответственно на фиг.2 а-г, и равнэ Л U(P) = О(Р) — Ор(Р), где Uï(Р)— линейная характеристика датчика.

Код, пропорциональный Л U(P), поступает на вход УЦАП 9, где осуществляется преобразование кода Л U(P) в напряжение постоянного тока, пропорциональное К

hlJ(P), где К вЂ” постоянный коэффициент, который зависит от величины опор««ого напряжения Uo««. С помощью делителя 14 напряжения напряжение К Л J(P) уменьшается в К раз и поступает на вход суммирующего усилителя 6. Одновременно на суммирующий вход усилителя 6 поступает напряжение Up(P) В результате на выходе усилителя 6 будет напряжение Ол(Р) = Up(P)

+ ЛО(Р), t,е. характеристика датчика будет линейной.

Формирование требуемой зависимости

AU(P) осуществляется следующим образом.

Если характеристика датчика давления

Up(P) монотонно затухающая (фиг. 2а), то ще1ка делителя 14 напряжения устанавливается в крайнее верхнее положение. При этом на выходе компаратора 12 при всех значениях Ор, будет напряжение, соответствующее уровню логической единицы, при этом переключатель 11 будет находиться во втором положении и напряжение Л U(P) будет иметь положительный знак.

1622787

Если характеристика датчика давления

Up(P) монотонно восходящая (фиг.2б), то щетка делителя 14 напряжения устанавливается в крайнее нижнее положение. При этом на выходе компэраторэ 12 при всех значениях Up будет напряжение, соответствующее логическому нулю, при этом переключатель 11 будет находиться в третьем положении и нагряжение AU(P) будет иметь отрицательный знак.

Если характеристика датчика давления энакопеременная (фиг. 2в), то щетка дели, еля 14 напряжения устанавливается в положение, когда 0д = 0р(Р;), где Р1 — давление, при котором характеристика датчика изменяет знак. При 0р<0л нз выходе компарэтора будет логическая единица, переключатель 11 будет находиться во втором положении и напряжение ЛU(P) будет иметь положительный зн к. При 0р 0д на выходе компаратора 12 будет логический нуль, переключатель 11 буде", во втором положении и напряжение A 0(P) будет иметь отрицательный знак.

Если характеристика датчика давления имеет вид, приведенный нэ фиг,2 г, то первый вход компаратора (вх.1) подключается к щетке делителя 14 напряжения, э второй вход (вх.2) — к выходу датчика давления, щетка делителя 14 напряжения устанавливается в положение, при котором Л0д =

Up(P)). При значениях 0р".0д на выходе компаратора 12 будет логический нуль, переключатель 11 будет в третьем положении и напряжение Л0(Р) будет иметь отрицательный знак, При 0р 0д на выходе компаратора 12 будет логическая единица, переключатель 11 будет находиться во входном положении и напряжение AU(P) будет иметь положительный знак.

В предлагаемом устройстве достигается упрощение конструкции зэ счет уменьшения количества и габаритов корпусов микросборок (в 4-5 рэз), необходимых для

45 реализации ПЗУ. АЦП и ЦАП, а также уменьшения более, чем в 10 рэз количества связей между элементами.

Влияние нестабильности АЦП и ЦАП на точность датчика в предлагаемом устройстве уменьшена в раз (при Л U =

0рмакс

Ж >макс

1,5% 0рмакс — в 66 рэз), т,е, в предлагаемом устройстве существенно повышается точность измерений.

ФЬрмула изобретения устройство для измерения давления, содержащее датчик давления с упругим чувствительным элементом, связанным с якорем дифференциального трансформаторного преобразователя, первичная обмотка которого подключена к генератору переменного тока. а вторичная — к выпрямителю, измерительную схему и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышсния точности, в нем изме-. рительная схема содержит суммирующий усилитель, последовательно включенные аналого-цифрсвой преобразователь, программируемое запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь с первым делителем напряжения нэ выходе. а также двухполярнь и источник напряжения. двухпозиционный управляющий переключатель и компаратор, один из входов которого через второй делитель напряжения подключен к двухполярному источнику напряжения. при этом вход суммирующего усилителя присоединен к выходу выпрямителя и через делитель напряжения — к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход усилителя соединен с регистратором, причем двухполярный источник напряжения через двухпозиционный управляемый переключатель подсоединен к цифроаналгговому преобразователю, а выход выпрямителя подсоединен к входу аналогоцифрового преобразователя и второму входу компараторэ, выход которого связан с цепью управления двухпозиционного переключателя.

1622787

Рр Ър

Составитель Е.Швая

Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Редактор Л,Гратилло

Заказ 107 Тираж Подписное

ВНИИПИ i осудэрственно о к, литета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издагельскии комбинат "Патент", г. Ужгород, yn,Гагарина, 101

Фсм. 2 д

gy г