Датчик давления
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления. Цель - повышение эксплуатационной надежности при колебаниях давления. Для этого датчик давления дополнительно снабжен мультиплексором 17, информационные входы которого соединены с выходами блока компараторов 15, а вход подключен к четвертому входу постоянного запоминающего устройства 12, при этом вход управления мультиплексора соединен с выходом блока управления. 2 ил.
Изобретение относится к приборостроению, а именно к преобразованию механических величин в электрические, и может быть, например, использовано для поддержания избыточного давления в газовом объеме летательных аппаратов легче воздуха с целью сохранения геометрической формы оболочки аппарата на всех режимах полета. По основному авт. св. СССР N 1566885 известен датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент, связанный с якорем дифференциального трансформаторного преобразователя, генератор прямоугольных импульсов, инвертор, компаратор, триггер, ключ, интегратор, шифратор, постоянное запоминающее устройство, цифроаналоговый преобразователь, блок схем выборки и хранения, блок компараторов, блок управления, инвертирующий усилитель и двухполярный источник напряжения, отрицательный вывод которого подключен к первому входу интегратора, а положительный вывод - к второму входу интегратора через триггер и к первичным обмоткам дифференциального трансформаторного преобразователя через ключ, управляющий вход которого подключен к генератору прямоугольных импульсов, при этом вторичные обмотки дифференциального трансформаторного преобразователя подключены к первому входу компаратора, к второму входу которого подсоединен выход генератора, а выход компаратора соединен с первым входом триггера, к второму входу которого через инвертор подключен выход генератора прямоугольных импульсов, причем выход триггера подключен к второму входу интегратора, цифровые выходы постоянного запоминающего устройства соединены с входами цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к информационным входам блока схемы выборки и хранения, первый вход постоянного запоминающего устройства предназначен для соединения с внешним устройством выбора режима работы, второй вход соединен с выходом шифратора, а третий - с выходом блока управления, причем вход блока управления подключен к выходу генератора импульсов, выход блока управления подключен к управляющим входам блока схем выборки и хранения, выходы которого подключены к информационным входам блока компараторов, управляющие входы которых соединены параллельно с выходом интегратора, при этом вход опорного напряжения цифроаналогового преобразователя подключен через инвертирующий усилитель к положительному выводу источника напряжения, а выходами датчика являются выходы блока компараторов. При использовании указанной схемы для поддержания избыточного давления в газовом объеме летательных аппаратов легче воздуха в условиях нестационарных давлений (подполнение воздуха вентилятором, перемещение воздушных и газовых масс при открытии воздушного и газового клапанов) на выходной сигнал датчика накладывается уровень шумов. Если амплитуда напряжения на выходе датчика в точности равна опорному напряжению, то компаратор будет изменять свое состояние случайным образом в ответ на полярность напряжения шумов. Выходные транзисторные ключи блока компараторов (выдается открытый коллектор) подключаются к индивидуальной нагрузке (обмотка якоря электродвигателя вентилятора, катушки индуктивности электромагнитных клапанов) с номинальным током порядка 2 А. В момент срабатывания компаратора (пуск электродвигателя, срабатывание электромагнитного клапана) через выходной транзисторный ключ протекает кратковременный пусковой ток, значительно превосходящий номинальное значение. При хаотическом срабатывании компаратора (под действием шумов вблизи опорной точки) за счет протекания больших пусковых токов происходит сильный разогрев выходного транзистора и внутреннего объема датчика, что в конечном счете приводит к снижению надежности датчика примерно в два раза. Одновременно снижается надежность исполнительных элементов, подключенных к выходным транзисторным ключам блока компараторов. Повысить помехозащищенность компаратора можно путем введения положительной обратной связи (введения гистерезиса). Однако здесь приходится идти на компромисс между помехозащищенностью компаратора и погрешностью порогового уровня, т.к. при введении положительной обратной связи невозможно точно определить уровень срабатывания компаратора. Не удается повысить помехозащищенность компаратора и за счет предварительной фильтрации помех в выходном напряжении датчика из-за случайного шума с широким спектром частот. Из сказанного выше следует, что недостатком рассмотренной схемы, с точки зрения использования для поддержания избыточного давления в газовом объеме летательных аппаратов легче воздуха, является недостаточная эксплуатационная надежность датчика при работе на индуктивную нагрузку и неустойчивость выходных сигналов при колебаниях давления. Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности и достоверности результатов измерений датчика при колебаниях давления. Поставленная цель достигается тем, что датчик давления дополнительно снабжен мультиплексором, информационные входы которого соединены с выходами блока компараторов, выход подключен к четвертому входу постоянного запоминающего устройства, а вход управления соединен с выходом блока управления. На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема датчика давления; на фиг. 2 - диаграмма срабатывания выходных элементов датчика. Датчик давления содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциальный трансформатор 2, генератор прямоугольных импульсов 3, инвертор 4, компаратор 5, триггер 6, интегратор 7, двухполярный источник напряжения 8, ключ 9, инвертирующий усилитель 10, шифратор 11, постоянное запоминающее устройство 12, цифроаналоговый преобразователь 13, блок устройств выборки и хранения аналогового сигнала 14, блок компараторов 15, блок управления 16 и мультиплексор 17. Отрицательный вывод источника напряжения 8 подключен к первому входу интегратора 7, а положительный вывод - к входу инвертирующего усилителя 10 и через триггер 6 - к второму входу интегратора и к первичным обмоткам 18 дифференциального трансформатора 2 через ключ 9, управляющий вход которого подключен к выходу генератора прямоугольных импульсов 3. Вторичные обмотки 19 дифференциального трансформатора 2 подключены к первому входу компаратора 5, выход которого подключен к информационному входу триггера 6, а выход генератора прямоугольных импульсов 3 через инвертор 4 подключен к счетному входу триггера. Цифровые выходы постоянного запоминающего устройства 12 соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя 13, а адресные входы подключены к внешней цепи установки режима работы 20 и к выходам шифратора 11 и блока управления 16, выход генератора прямоугольных импульсов 3 соединен с входами устройства управления 16, выходы которого подключены к управляющим входам шифратора 11 и управляющим входам блока устройств выборки и хранения аналогового сигнала 14. Выход инвертирующего усилителя 10 подключен к входу опорного напряжения цифроаналогового преобразователя 13, выход которого соединен с информационными входами блока устройств выборки и хранения аналогового сигнала 14, а выход интегратора 7 соединен с вторым входом триггера 5 и с инвертирующими входами блока компараторов 15, выходы блока устройств выборки и хранения аналогового сигнала 14 подключены к инвертирующим входам блока компараторов 15. Информационные входы мультиплексора 17 соединены с выходами блока компараторов 15, а выход подключен к четвертому входу постоянного запоминающего устройства 12, при этом вход управления мультиплексора 17 соединен с выходом блока управления 16. Датчик давления работает следующим образом. При включении электропитания датчика генератор 3 начинает генерировать импульсы прямоугольной формы, поступающие на управляющий вход электронного ключа 9 и вход устройства управления 16. Ключ 9 замыкается на время (Ти) действия импульса генератора 3 и на первичные обмотки 18 дифференциального трансформатора 2 от источника напряжения 8 поступают на импульсы положительной полярности, синхронные с импульсами генератора 3. При этом на выходе дифференциального трансформатора 2 наводятся импульсы с амплитудой, зависящей от измеряемого перепада давлений 
Р. Импульсы напряжения с выхода дифференциального трансформатора 2 поступают на первый вход компаратора 5, на второй вход которого поступает напряжение с выхода интегратора 7. Напряжение с выхода компаратора 5 поступает на информационный вход триггера 6. Триггер 6 реагирует на информационный сигнал в момент изменения сигнала синхронизации от логического "0" к логической "1", поступающей с выхода инвертора 4, при этом в триггере 6 осуществляется запись информации о знаке разности напряжений на входах компаратора 5 в момент прохождения заднего фронта импульса генератора 3 и ее хранение в триггере 6 в течение периода следования импульсов (Тц). При этом напряжение на выходах интегратора 7 будет отслеживать изменение амплитуды импульсов на выходе дифференциального трансформатора 2, которое пропорционально измеряемому перепаду давлений Р. Синхронная работа шифратора 11, постоянного запоминающего устройства 12, устройства выборки и хранения аналогового сигнала 14 и мультиплексора 17 осуществляется блоком управления 16. Перед началом работы с помощью шифратора 11 устанавливаются точки срабатывания по каждому каналу. С выхода шифратора 11 последовательно на адресные входы А2 постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 12 выдается информация в виде параллельного двоичного кода о точках срабатывания по каждому из каналов. Информация о режиме работы поступает на адресные входы А1 ПЗУ из внешней цепи 20. Одновременно на адресные входы А3 с выхода устройства управления 16 выдается информация о номере канала. Таким образом с выхода ПЗУ на информационные входы цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 13 последовательно выдается параллельный двоичный код, пропорциональный режиму работы, установленной точке срабатывания и номеру канала. С выхода ЦАП снимается постоянное напряжение, пропорциональное входному коду, и подается на информационные входы блока устройств выборки и хранения аналогового сигнала 14. Напряжение постоянного тока, пропорциональное измеряемому перепаду давлений Р, с выхода интегратора 7 поступает на неинвертирующие входы блока компараторов 15. Выходными каскадами компараторов являются транзисторные ключи с открытым коллекторным выходом. Нагрузка включается между внешним источником питания и открытым коллектором выходного каскада компаратора. На инвертирующие входы блока компараторов 15 подается опорное напряжение с выхода блока устройства выборки и хранения аналогового сигнала 14. При срабатывании компаратора его выходной ключ открывается и коммутирует нагрузку. Устранить случайное срабатывание компараторов можно путем изменения опорных точек на инвертирующих входах по прямому и обратному ходу (прямой ход - увеличение давления, обратный ход - уменьшение давления). При этом выходные сигналы датчика должны выдаваться в соответствии с диафрагмой фиг. 2 (электрическая схема выходных каскадов компараторов выполнена таким образом, что при перепаде давлений, равном нулю, выходные транзисторы компараторов, осуществляющих выдачу сигналов на включение вентиляторов и о минимально-допустимом аварийном давлении, открыты, а остальные - закрыты). Информацию о прямом и обратном ходе можно получить, анализируя состояние выходных транзисторных ключей блока компараторов (открыт логический "0", закрыт - логическая "1"). Переключение опорных точек происходит следующим образом. Информационные входы мультиплексора 17 подключены к выходам блока компараторов, а на адресные входы с выхода блока управления 16 поступает двоичный код, пропорциональный каналу срабатывания (аналогичный код поступает на адресные входы А3ПЗУ). Выход мультиплексора 17 подключен к адресному входу А4ПЗУ. Таким образом с выхода ПЗУ на информационные входы ЦАП поступает двоичный код, пропорциональный режиму работы, точке срабатывания, каналу и прямому или обратному ходу. Рассмотрим работу канала, выдающего сигнал на открытие воздушного клапана. При номинальном перепаде давлений (от 3,5 до 4,5 гПа по диаграмме фиг. 2) все выходные транзисторные ключи блока компараторов закрыты (для данного канала прямому ходу соответствует уровень логической "1"). Предположим, что происходит увеличение перепада давлений между окружающей средой и внутренней полостью конструкций летательного аппарата легче воздуха. Одновременно с ростом перепада давлений увеличивается напряжение на инвертирующем входе компаратора, поступающее с выхода интегратора 7. Как только напряжение на неинвертирующем входе превысит опорное напряжение (пропорционально Р
5 гПа), компаратор сработает, воздушный клапан откроется и давление начнет уменьшаться. При срабатывании компаратора состояние выходного транзисторного ключа изменяется с логической "1" на логический "0" и с выхода блока устройств выборки и хранения аналогового сигнала 14 на неинвертирующий вход компаратора будет подано опорное напряжение, величина которого пропорциональна перепаду давлений, при котором должно произойти закрытие воздушного клапана по обратимому ходу (4,5 гПа по диаграмме фиг. 2). Т.к. величина опорного напряжения по обратному ходу меньше величины опорного напряжения по прямому ходу, то случайного срабатывания компаратора под действием шумов не происходит. При уменьшении перепада давлений до номинального происходит повторное срабатывание компаратора и увеличение опорного напряжения до первоначального значения. Аналогичным образом происходит переключение опорных напряжений по другим каналам. (56) Авторское свидетельство СССР N 1566885, кл. G 01 L 9/10, 1988.
Формула изобретения
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ по авт. св. СССР N 1566885, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности и достоверности результатов измерений при колебаниях давления, он дополнительно снабжен мультиплексором, информационные входы которого соединены с выходами блока компараторов, выход подключен к четвертому входу постоянного запоминающего устройства, а вход управления соединен с выходом блока управления.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002
Извещение опубликовано: 10.04.2002
