Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения давлений . Целью изобретения является повышение точности. Цель достигается тем, что на измерительной мембране 2 выполнены заземленный центральный 3 и периферийный кольцевой 4 электроды , а на компенсирующей мембране 5 - центральный 6 и два кольцевых 7 и 3 электрода, в схему измерения введены формирователь 16 импульсов напряжения стабильной амплитуды и длительности и преобразователь 13 напряжения в частоту с триггером 14 на выходе . При увеличении давления изменяется емкость между электродами 4 и 7, что приводит к увеличению напряжения на первом входе схемы 10 сравнения и увеличению частоты на выходе преобразователя 13 напряжения в частоту, соответственно этому увеличивается скважность импульсов и возрастает эффективное компенсирующее давление, создаваемое электродами 3 и 6. 2 ил. (Л

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

119) (11) А1

Р1) G 01 ? 9/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4662169/10 (22) 1.3.03.89 (46) 28.02.91. Бюл, 11 8 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И.Калинина (72) В.M.Àðòåèîâ, Э.А.Кудряшов, В.С.Моисейченко и Д.В.Лебедев (53) 53!.737 (088.8) (5() Авторское свидетельство СССР

И- 934254, кл. G 01 L 9/12, 1982, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения давлений. Целью изобретения является повышение точности. Цель достигается тем, что на измерительной мембране 2 выИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг. l представлена структурная схема устройства; на фиг ° 2 — временные диаграммы его работы.

Устройство содержит корпус l, в котором установлены жесткая входная мембрана 2 с центральным заземленным

3 и кольцевым периферийным 4 электродами и тонкая мембрана 5 с центральным 6 и двумя кольцевыми ? и 8 электродами. Электрод 4 электрически соединен с инверсным входом операционного усилителя 9, электрод 7 — с его выходом, который через сопротивление

2 полнены з аз емленный центральный 3 и периферийный кольцевой 4 электроды, а на компенсирующей мембране 5— центральный 6 и два кольцевых 7 и 3 электрода, в схему измерения введены формирователь 16 импульсов напряжения стабильной амплитуды и длительности и преобразователь 13 напряжения в частоту с триггером 14 на выходе. При увеличении давления изменяется емкость между электродами 4 и 7, что приводит к увеличению напряжения на первом входе схемы 10 сравнения и увеличению частоты на выходе преобразователя 13 напряжения в частоту, соответстВенно этому увеличивается скважнбсть импульсов и возрастает эффективное компенсирующее давление, создаваемое электродами 3 и 6. 2 ил.

К<, а электрод 3 через конденсатор ф

Ср и сопротивление R соединен с инверсным входом операционного усили-, > теля 10 сравнивающего устройства (СУ), выход которого соединен с фазочувствительным демодулятором 11 (ФЧД), выходное напряжение которого складывается с опорным напряжением U источника 15 и поступает на вход преобраз ователя напряжение — час тот а 1 3 (ПНЧ). Выход ПНЧ соединен с триггером (ТГ) 14, причем выход триггера соединен с наружным кольцевым электродом 8 компенсирующей мембраны и с управляющим входом формирователя импульсов 16 стабильной длительности и амплитуды, выход которого соединен с центральным электродом 6 компенсирую1631328 щей мембраны. Вход формирователя 16 соединен с выходом источника 15 обобразцового напряжения Uo Электроды

3 и 4 образуют электростатический компенсатор, 7 и 4 — емкостный датчик перемещения, 8 и 4 — опорный конденсатор С .

Предлагаемый манометр работает следующим образом. 10

При отсутствии измеряемого давления (Рх = О) на выходе ПНЧ 13 от

U о„ формируются импульсы начальной частоты Е, в соответствии с которой создаются управляющие формирователем 16 импульсы постоянной длительности й-, которые также через триггер

14 осуществляют питание симметричными импульсами частотой Ео/2 емкостного делителя напряжения, Емкостной делитель напряжения (гиперболическая цепь) образован конденсатором постоянной емкости С между электродао ми 4 и 8, а также измерительным конденсатором С между электродами 4 и 25

7. Первый включен на вход, второй в цепь обратной связи операционного усилителя 9 с целью коррекции по постоянному току (не показан). Конденсатор Со размещен вблизи заделки под 30 вижной части манометра, поэтому,как показывают расчеты, его емкость прак- тически нечувствительна к изменениям входной величины.

Напряжение на выходе операционного усилителя д х — — iJo Со/Сд сравниваI ется с напряжением U на выходе разУ делительной емкости С о посредством масштабных сопротивлений, относящихся как R /Rg = Со/Схоэ где Схо значение емкости измерительного конденсатора при P = О. При Р = О на выходе сравнивающего устройства ЬБ

= О, при этом выходная частота равна f а компенсирующее давление

Ео, Uo

P = — — - -- - q t f ,ХО 2 0 0. 1 о уравнивается, например, предварительной деформацией мембраны 5,обеспечивая начальный зазор

При наличии измеряемого давления, например Р ф О, зазор Д конденсатора С> уменьшается на величину х и амплитуд.". выходного напряжения Uy, 55 усилителя 9 уменьшается U y =

U, С (й - х). Разность амплитуд р ° о о 3 напряжений U и Uy преобразуется

f П.

Р = — — -- — t ° (f f ) К 2 2 о > Х о уменьшается на величину о — P х ко РК вЂ” Рк

Uo х г

E, to f1I э компенсирующую измеряемое давление с точностью погрешности системы уравновешивания.

Тогда измеряемое давление пропорционально выходной частоте и выражается

2 о Uo

Р

« f

Х 2 g2 о х о

Погрешность чувствительности предлагаемого манометра

RIP) 4 guо 1 О 3 о .

Первую часть + 2(II + о можно обеспечить менее 0,01Х, это значит, что погрешность манометра будет, в основном, определяться нестабильностью величины зазора б, которая не будет превышать нескольких сотых долей процента.

Начальной частоте fo (при отсутствии измеряемого давления) соответствует начальный прогиб компенсирующей мембраны 5, обусловленный силами притяжения пластин 3 и 6, компенсируемый, как отмечено выше, предварительной деформацией мембраны 5.

Расчеты показывают, что если опорный электрод конденсатора С занимао ет 20Х площади мембраны, то погрешность линейности при наибольшей деформации мембраны составит не более единиц процентов. В режиме компенсации она снижается в К13> 10 раз.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее датчик давления, состоящий из корпуса, в котором установлены измерительная и компенсирующая мембраны, и измерительную схему, сос-I сравнивающим устройством 10 и демодулятором 11 в напряжение постоянного тока 6U и далее, суммируясь к

Uo„, с помощью ПНЧ 13 преобразуется в частоту следования импульсов Е ( х

= Kf - U, при этом компенсирующее давление

163 тоящую из усилителя и демодулятора, о т л и ч а ю щ е.е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены схема сравнения, сумматор, преобразователь напряжения в ч астоту, источник с табилизиров анного напряжения и формирователь импульсов стабильной длительности и амплитуды, при этом на измерительной мембране размещены первый центральный электрод и первый кольцевой электрод, а на компенсирующей мембране — второй центральный электрод напротив первого центрального электрода, а также второй и третий кольцевые электроды, установленные напротив первого кольцевого электрода, причем первый центральный электрод заземлен, первый кольцевой электрод соединен .с входом усилителя, выход ко! 328 торого соединен с вторым кольцевым электродом и первым входом схемы сравнения, подключенной своим выхо—

5 дом к первому входу сумматора,соединенного с преобразователем напряжения в частоту, выход которого подключен параллельно к входу триггера, к входу формирователя импульсов и к выходу устройства для измерения давления, при этом выход триггера соединен с третьим кольцевым электродом, с вторым входом схемы сравнения и с управляющим входом

15 демодулятора, а выход источника стабилизированного напряжения подключен к цепи питания триггера, к второму входу сумматора и цепи питания формирователя импульсов, выход которого подключен к второму центральному электроду.

1631328

Уу Х

Составитель А.Зосимов

Текред Л. Серд окова

Редактор И.Сегляник

Корректор М.Максимишинец

Заказ 536

Тираж 355

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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