Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения давления. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения температуры и влажности. Устройство содержит датчик, выполненный в виде корпуса 1 с / 5 мембраной 2, в котором установлен пьезоэлемент 3 из пористой пьезокерамики, токосъемник 6, узел 7 поджатия пьезоэлемента. Блок измерения содержит два компаратора, три нормирующих усилителя, мостовую измерительную схему, генератор, усилитель переменного тока, выпрямитель, аналогоцифровой преобразователь, цифровой индикатор и таймер. При измерении давления мембрана 2 деформируется, вызывая появление заряда на пьезоэлементе 3. Влага сорбируется пьезоэлементом 3. вызывая изменения его диэлектрических свойств. В качестве термометрического параметра при измерении температуры используется зависимость активного сопротивления пьезоэлемента 3 от температуры. Блок измерения осуществляет временное разделение каналов измерения и выделение информационных сигналов. 2 ил. Ё Х| сл со 4 СЛ О

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) G 01 L 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ных сигналов. 2 ил.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4640586/10 (22) 24.01,89 (46) 15.08,92. Бюл. N 32 (75) А.Ф.Алейников (56) Левшина Е.С. и др. Измерительные преобразователи. Л.. Знергоатомиэдат, 1983, с.113 — 115.

Авторское свидетельство СССР

М 1348674, кл, G 01 1 11/00. 1987.

Карпов P.Ã. Электроника в испытании тепловых двигателей. Машгиз, 1963, с.36-40, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕКИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения давления. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения температуры и влажности. Устройство содержит датчик, выполненный в виде корпуса 1 с

„„. Ж„„1758456 А1 мембраной 2, в котором установлен пьезоэлемент 3 из пористой пьезокерамики, токосьемник 6, узел 7 поджатия пьезоэлемента.

Блок измерения содержит два компаратора, три нормирующих усилителя, мостовую измерительную схему, генератор, усилитель переменного тока, выпрямитель, аналогоцифровой преобразователь, цифровой индикатор и таймер. При измерении давления мембрана 2 деформируется, вызывая появление заряда на пьезоэлементе 3. Влага сорбируется пьезоэлементом 3. вызывая изменения его диэлектрических свойств. В качестве термометрического параметра при измерении температуры используется зависимость активного сопротивления пьезоэлемента 3 от температуры, Блок измерения осуществляет временное разделение каналов измерения и выделение информацион1758456

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения давления.

Известно устройство для измерения давления, содержащее корпус с мембраной, 5 между мембраной и корпусом установлены пьезоэлектрические элементы с предварительным напряжением.

Однако это устройство имеет невысокую точность измерения. 10

Известно устройство, содержащее датчик, выполненный в виде рабочего и компенсирующего стабилитронов, блок измерения давления и температуры, компаратор и индикатор. 15

Однако указанное устройство имеет невысокую точность, так как подбор стабилитронов с одинаковыми характеристиками практически невозможен, кроме того, на погрешность измерения оказывает влияние 20 измерительный ток, который вызывает нагрев рабочего стабилитрона.

Наиболее близко к предлагаемому является устройство, содер>кащее датчик, выполненный в виде пологоэлектропровод- 25 ного корпуса с мембраной и установленными в нем пьезоэлементом, токосъемником и узлом поджатия пьезоэлемента, и измерительный блок, причем пьезоэлемент выполнен плоским с двумя токопроводящими 30 электродами, один из которых имеет механическую и электрическую связь с мембраной, а другой — с токосъемником.

Известное устройство имеет ограниченные функциональные возможности и низкую 35 надежность. В устройстве предусмотрены пять электрических выводов и, соответственно, пять электрических соединений с чувствительными элементами датчика. Это. понижает надежность датчика при эксплуа- 40 тации и усложняет его конструкцию. Устройства имеет малую чувствительность при измерении температуры, так как в нем использована термопара. Необходимость изготовления на пьезоэлементе специаль- 45 ного влагочувствительного слоя ухудшает его частотные свойства при измерении давления, Цель изобретения — повышение надежности и расширение функциональных воз- 50 мажностей устройства.

Цель достигается за счет того, что в устройстве, содержащем датчик, выполненный в виде полого электроправоднаго корпуса с мембраной и установленными в 55 нем пьезоэлемен-îì,,токосъемником и узлом поджатия пьезоэлемента, и измерительный блок, причем пьезоэлемент выполнен плоским с двумя токопроводящими электродами, один из которых имеет механическую и электрическую связь с мембраной, а другой — с токосьемником, пьезоэлемент выполнен из пористой пьезокерамики, а в измерительный блок введены первый, второй и третий нормирующие усилители, выпрямитель. аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой индикатор и таймер. первый вход которого соединен с управляющим входом первого электронного коммутатора, второй выход подключен к управляющему входу второго электронного коммутатора, третий выход соединен с установочным входом АЦП, информационный вход которого через второй электронный коммутатор подключен к выходам первого, второго и третьего нормирующих усилителей, а выход соединен с входом цифрового индикатора, причем пьезоэлемент через первый электронный коммутатор подключен к входу первого нормирующего усилителя, выходу генератора переменного тока, к плечу мостовой измерительной схемы, выход которой соединен с входом второго нормирующего усилителя, при этом выход генератора переменного тока подключен через последовательно соединенные усилитель переменного тока и выпрямитель к входу третьего нормирующего усилителя.

На фиг. 1 приведена конструкция датчика; на фиг. 2 — структурная схема устройства для измерения давления.

Датчик содержит корпус 1 с мембраной

2, пьезоэлемент 3 с первым 4 и вторым 5 такопровадящими электродами, токосъемник 6, узел 7 поджатия пьезоэлемента, хвостовик8, изоляционнуютрубку9 и электрический вывод 10.

Эквивалентная схема пьезоэлемента представлена в виде статического звена— емкость 11 и сопротивление 12, и динамометрического звена — источник 13 пьезоЭДС и сопротивление 14.

Измерительный блок 15 содержит первый электронный коммутатор 16 с ключевыми элементами 17 — 19, второй электронный коммутатор 20 с ключевыми элементами 21—

23, первый 24, второй 25 и третий 26 нормирующие усилители, мостовую измерительную схему 27 с резисторами 28 — 30 и источник 31 питающего напряжения 31, генератор 32 переменного тока АЦП 36 и цифровой индикатор 37, Корпус 1 выполнен из электропровадного материала и имеет внутреннюю резьбу для установки узла крепления и поджатия пьезоэлемента 7, который выполнен в виде полой резьбовой втулки из электроизоляционного материала и имеет три сопряженных внутренних отверстия с разными диаметра1758456 ми. В одном из них выполнена резьба, в которую вворачивается хвостовик 8, Токосъемник 6 выполнен в виде двухсту-пенчатого цилиндра из эгектропроводного материала. Пьезоэлемент 3 выполнен в ви- 5 де плоского диска из пористой пьезокерамики, на поверхности которой нанесены серебряные токопроводящие электроды 4 и5, Входы ключевых элементов 17-19 пер- 10 ваго коммутатора 16 соединены между собой и подключены к электрическому выводу

10. Выход ключевого элемента 17 первого коммутатора 16 соединен с одним из выходов генератора 32 переменного напряже- 15 ния и с одним из входов усилителя ЗЗ переменного тока, другой вход которого подключен к точке с нулевым потенциалом, с которой соединены корпус 1, другой выход генератора 32 переменного напряжения и 20 один из выводов резистора 30 мостовой измерительной схемы 27. Выход ключевого элемента 18 первого коммутатора 16 подключен к одному из входов первого нормирующего усилителя 24, другой вход которого 25 соединен с точкой нулевого потенциала, а выход подключен через кл<очевой элемент

21 второго коммутатора 20 к информационному входу АЦП 36. Выход ключевого элемента 19 соединен с одним их выводов 30 резистора 28 мостово." измерительной схемы 27 и с одним из входов второго нормирующего усилителя 25, другой вход которого подключен к другому выводу резистора 30 и одному из выводов резистора 29 мостовой 35 измерительной схемы 27. Другой вывод резистора 29 соединен с клеммой источника

31 питания и другим выводсм резистора 28 мостовой измерительной схемы 27.

Выход усилителя 33 переменного на- 40 пряжения через последовательно соединенные выпрямитель 34, третий нормирующий усилитель 26 и ключевой элемент 22 второго коммутатора 20 подключен к информационному входу АЦП 36, выход которого соеди- 45 нен с входом цифрового индикатора 37.

Выход второго нормирующего усилителя

25 через ключевой элемент 23 второго коммутатора 20 подключен к информационному входу АЦП 36, установочный вход которого 50 соединен с третьим выходом таймера 35, первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго коммутаторов.

Устройство работает сл..дующим обра- 55 зом.

Пьезоэлемент 3 обладьет как пьезоэлектрическими свойствами, так и сорбционными при выполнении его из пористой пьезокерамики, При сорбции паров в пьезоэлементе 3 его диэлектри <еские свойства меняются, а именно меняется емкост<, 11

Кроме того, меняется ак<ивнее с<гор >«в.ic.ние пьезоэлемента 3. Зависимость диэлек, < рической проницаемости от влажности используется для измерения влажности, а зависимость активного сопротивления — дл измерения температуры.

При измерении давления мембрана 2 прогибается и вызывает появление заряда на пьезоэлементе 3. Таймер 35 устанавливает в исходное состояние АЦП 36 и замыкает ключевой элемент 18 IlepBo о коммутатора

20. Таким образом, пьезоэлемент подключается к входу первого усилителя 24, который выполняет функцию усилителя заряда: Выходной сигнал с усилителя 24 поступает через ключевой эл .мент 21 второго коммутатора 20 на вход АЦП 36, который преобразует его в цифровой код. и информация о давлении отображается нэ цифровом индикаторе 37.

При измерении относительной влажности таймер 35 устанавливает в исходное положение АЦП 36, замь< кает ключевой элемент

17 и ключевой элемент 22. Остальные ключевые элементы остаются в разомкнутол< положении. В результате на пьезоэлемент 3 с генератора 32 подается переменное напря>кение, Вследствие измерения диэлектрических свойств пьезокерамики при воздействии влажности падение напряжения на пьезоэлементе меняется. Этот сигнал усиливается усилителем 33, преобразуется в постоянное напряжение выпрямителем 34 и через нормирующий усилитель 26 и ключевой элемент 22 подается на вход АЦП 36.

Информация о влажности отображается на цифровом индикаторе 37.

При измерении температуры таймер устанавливает в исходное состояние АЦП 36, замыкает ключевой элемент 19 первого коммутатора 16 и ключевой элемент 23 второго коммутатора 20 и, соответственно, устанавливает в разомкнутое состояние остальные ключевые элементы. При этом в плечо мостовой измерительной схемы включается пьезоэлемент 3. При изменениитемпературы активное сопротивление элемента 3 меняется, возникает сигнал в мостовой измерительной схеме 27, который усиливается, нормируется и подается нэ вход АЦП 36, затем информация о температуре отображается на цифровом индикаторе 37.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее датчик, выполненный в виде полого электропроводного корпуса с мемб1758456

Г !

I !

I) ! ! ! !

Составитель А. Зосимов

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор M. Керецман

Редактор А. Огар

Заказ 2991 Тираж 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. уп.Гагарина, 101 раной и установленными в нем пьезоэлементом, токосьемником и узлом поджатия пьезоэлемента, и измерительный блок, причем пьезоэлемент выполнен плоским с двумя токопроводящими электродами, один из которых имеет механическую и электриче скую связь с мембраной. а другой — с токосьемником, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения надежности, пьезоэлемент выполнен.иэ пористой керамики, а в измерительный блок введены первый и второй электронные коммутаторы, мостовая измерительная схема, первый, второй и третий нормирующие.усилители постоянного тока, генератор переменного тока, усилитель переменного тока, выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь, цифровой индикатор и таймер, первый выход которого соединен с управляющим входом первого. электронного коммутатора, второй выход подключен к управляющему входу второго электронного коммутатора, третий выход соединен с установочным входом аналого-цифрового преобразователя, ин5 формационный вход которого через второй электронный коммутатор подключен к выходам первого, второго и третьего нормирующих усилителей постоянного тока, а выход соединен с входом цифрового индикатора.

10 причем пьезоэлемент через первый электронный коммутатор подключен к входу первого нормирующего усилителя постоянного тока, к выходу генератора переменного тока и к плечу мостовой измерительной схе15 мы, выход которой соединен с входом второго нормирующего усилителя постоянного тока, а выход генератора переменного тока подключен через последовательно соединенные усилитель переменного тока и

20 выпрямитель к входу третьего нормирующего усилителя постоянного тока.