Устройство для измерения давления

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений при аэродинамических и натурных испытаниях авиационной техники. Сущность изобретения: устройство содержит блок тонкопленочных матричных датчиков 1 с чувствительным элементом 2 прямоугольной формы, защитные цепи 3, источник 4 поляризации, коаксиальный кабель 5, согласующий усилитель 6, дополнительный экран 7, внешний экран 8, усилитель напряжения 9, переключатель 10, блоки памяти 11, деления 12, дифференцирования 13, индикатор 14. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений при аэродинамических и натурных испытаниях авиационной техники.

Известен прибор для измерения изменения давления газа, в нем предусмотрен контрольный объем, который заключен в теплоизоляционную оболочку, образованную двумя слоями с однородной жидкостью. Причем устройство также снабжено мерными трубками, камерой с высокотеплопроводными стенками. Такая конструкция прибора позволяет повысить точность измеpения. Такое решение в указанной конструкции не позволяет измерять параметры давления без механической обработки изделий [1].

Однако этот датчик обладает рядом недостатков, затрудняющих его применение для измерения давления без дополнительных средств и дренирования изделий, например большой вес и габарит, сложность конструкции, высокая стоимость и т.д.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для измерения давления, содержащее блок тонкопленочных датчиков, источник поляризации, коаксиальный кабель между усилителем согласования и датчиком. Согласующий усилитель заключен в защитный и внешний экраны. В качестве согласующего усилителя используют усилитель заряда [2].

Такое решение позволяет измерять пульсации давления на поверхности изделий без механической обработки модели.

Однако это устройство обладает недостатками: невозможность получить одновременно информацию об изменении давления скорости и частоты.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения параметров давления.

Это достигается тем, что в устройстве для измерения давления, содержащем блок тонкопленочных датчиков, смонтированных на испытуемом изделии, согласующий усилитель, помещенный в дополнительный экран, соединенный с экраном коаксиального кабеля, защитные цепи датчика соединены между собой и подключены к защитному экрану усилителя, сигнальная защитная цепь датчика и электрическая схема источника поляризации изолированы от земли и испытуемого объекта, причем другой полюс источника поляризации соединен с защитными цепями датчика и согласующим усилителем, дополнительный защитный экран согласующего усилителя помещен во внешний заземленный экран и электрически изолирован от него, дополнительный защитный и внешний экран выполнены из ферромагнитных материалов, дополнительно введены усилитель напряжения, блоки памяти, деления и дифференцирования, переключатель и индикатор, причем выход согласующего усилителя через усилитель напряжения, переключатель соединен с выходами блоков памяти и делителя, выход последнего блока подключен к входам блока дифференцирования и индикатора, а выход блока дифференцирования соединен с блоком индикатора.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок тонкопленочных матричных датчиков 1. Датчик содержит ЧЭ прямоугольной формы 2 и защитные цепи 3, источник 4 поляризации, коаксиальный кабель 5, согласующий усилитель 6, дополнительный защитный экран 7, внешний экран 8, усилитель 9 напряжения, переключатель 10 и блок памяти 11. Выход блока памяти 11 через блок 12 деления и блок 13 дифференцирования соединяют с индикатором 14.

Устройство от влияния внешних электромагнитных и синфазных помех защищается совокупным действием защитной цепи 3 датчика, дополнительного защитного экрана 7 и внешнего экрана 8.

В поляризованном состоянии без воздействия давления на ЧЭ емкостного датчика оказывает влияние сила взаимодействия электрической схемы двух параллельных обкладок. Величину этой силы можно определить, исходя из изменения энергии поляризованного ЧЭ. Энергия поляризованного ЧЭ, т.е. конденсатора W = CU²_п, где С - емкость датчика; U_п - напряжение поляризации. При этом произведенная работа есть сила при неизменном напряжении постоянного тока; = U²_п = F. Для плоского ЧЭ значения = - = , где δ - толщина мембраны; S - площадь обкладки; ε,ε_o - диэлектрическая проницаемость пленки и воздуха соответственно. Таким образом, в поляризованном состоянии без воздействия давления ЧЭ датчика испытывает силу величиной F = εε_oSU²_п/2.

Таким образом, выходной сигнал датчика при отсутствии действия давления определяется как: U_{о вых}=U_п, где - относительное приращение емкости от F.

При воздействии давления на ЧЭ 2 емкостного датчика 1 выходной сигнал U_{о вых}= U_п , (где - относительное приращение емкости от давлений), через согласующий усилитель заряда 6, напряжение 9 поступает на второй вход блока 12 деления. С выхода блока памяти 11 запоминающий сигнал U_овых поступает на первый вход блока деления 12, где происходит деление = где Е _Θ- модуль упругости в зависимости от текущей температуры окружающей среды; Е - модуль упругости при нормальной температуре.

После деления сигнал U_вых = PE/FE_Θ с выхода блока 12 несущий информацию об амплитуде давления одновременно поступает на индикатор 14 и на вход блока дифференцирования 13. На выходе этого блока скорость изменения давления определяется как ∂y/∂t=v, где y - отклонение мембраны или изменение толщины ЧЭ между обкладками конденсатора с твердым диэлектриком. Следовательно, частота изменения давления на поверхности модели f = 2v/ λ, где λ - длина волны.

Таким образом, в режиме квазинепрерывного изменения выходного сигнала датчика одновременно имеем информацию о давлении, его скорости и частоте.

Устройство работает следующим образом. При изменении давления на ΔР толщина ЧЭ под обкладками 3 изменяется на величину Δδ , соответственно электрическая емкость С изменяется пропорционально давлению на величину ΔС, при этом выходное напряжение ΔU, снимаемое с датчиков 2, пропорционально напряжению поляризации U_п и отношению . Затем сигнал ΔU = ΔР с выхода датчика 1 через коаксиальный кабель 5, усилитель заряда напряжения 6, 9, переключатель 10, блок памяти 11, деления 12 и дифференцирования 13, несущие информацию об изменении давления, его скорости и частоты, поступают на индикатор 14.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, содержащее блок тонкопленочных датчиков с защитными экранами, посредством коаксиального кабеля соединенный с согласующим усилителем, помещенным в первый экран, и дополнительный экран, соединенный с экраном коаксиального кабеля, источник постоянного напряжения поляризации, подключенный к обкладкам конденсаторов датчиков, причем защитные экраны датчиков соединены между собой и подключены к дополнительному экрану согласующего усилителя, отрицательный полюс источника постоянного напряжения поляризации соединен с защитными экранами датчиков и входом согласующего усилителя, первый экран которого расположен снаружи дополнительного экрана, электрически изолирован от него и заземлен, оба экрана согласующего усилителя выполнены из ферромагнитного материала, а защитные экраны датчиков и источник поляризации изолированы от земли, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, оно снабжено последовательно соединенными усилителем напряжения, входом соединенного с выходом согласующего усилителя, блоком деления, блоком дефференцирования и индикатором, второй вход которого связан с выходом блока деления, а также переключателем и блоком памяти, причем выход усилителя напряжения через переключатель и блок памяти соединен с вторым входом блока деления.

РИСУНКИ

Рисунок 1