Измерительный преобразователь разности давлений



Измерительный преобразователь разности давлений
Измерительный преобразователь разности давлений
Измерительный преобразователь разности давлений
Измерительный преобразователь разности давлений

 


Владельцы патента RU 2529593:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения" (ФГУП "ЦНИИТОЧМАШ") (RU)

Изобретение относится к области измерения неэлектрических параметров с помощью емкостных датчиков и предназначено для преобразования параметров разности давлений в параметры электрического сигнала. Измерительный преобразователь разности давлений содержит два емкостных датчика давления, два автогенератора с внешним запуском, два счетчика, генератор запуска, формирователь знака и формирователь модуля. Времязадающие цепи автогенераторов соединены с емкостными датчиками давления, выходы автогенераторов соединены со счетными входами счетчиков. Выходы счетчиков подключены к входам формирователя знака и формирователя модуля. Выход генератора запуска соединен с управляющими входами автогенераторов, с входами установки нуля счетчиков и формирователя знака. Выходной сигнал формирователя модуля представляет собой импульс, длительность которого характеризует разность давлений. Выходной сигнал формирователя знака принимает значение «1» или «0» в зависимости от того, какое из давлений больше. Технический результат заключается в повышении точности преобразования в области малых разностей давлений. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области измерения неэлектрических параметров с помощью емкостных датчиков и предназначено для преобразования разности давлений в параметры электрического сигнала. Изобретение может быть использовано при определении параметров движения газовых потоков, в том числе для построения измерителей скорости ветра.

Известны измерительные преобразователи, выходным параметром которых являются величина и знак постоянной составляющей электрического сигнала. Таковым является измерительный преобразователь по патенту RU №2389977 [1], содержащий дифференциальную измерительную цепь, подключенный к ней коммутатор и операционный усилитель с резистором в цепи отрицательной обратной связи, входы операционного усилителя подключены к выходам коммутатора и параллельно резистору обратной связи включен конденсатор. В нем дифференциальную измерительную цепь могут составлять емкостные датчики.

Недостатком указанного измерительного преобразователя является его низкая точность вследствие дрейфа нуля операционного усилителя с течением времени и при изменении температуры окружающей среды.

Более совершенным является устройство для измерения малых различий емкостей по патенту DE №3732756 [2]. Устройство содержит два емкостных датчика, два автогенератора прямоугольных импульсов, два счетчика, элемент «Не» и фильтр нижних частот. Автогенераторы прямоугольных импульсов работают по очереди. В течение одних n тактов работы счетчика работает один из автогенераторов, в то время как другой генератор заперт. В течение следующих n тактов работы счетчика работает другой автогенератор, в то время как первый генератор заперт. На выходе устройства образуется постоянная составляющая, величина которой характеризует разницу емкостей датчиков. Численное значение может быть получено путем измерения величины выходного сигнала устройства.

Указанное устройство является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению и принято за прототип.

Недостатком прототипа является его низкая точность в области малых различий емкостей датчиков. Это связано с тем, что информация о величине различия емкостей датчиков содержится в величине постоянной составляющей выходного сигнала, вместе с которой вследствие неполной фильтрации присутствует и переменная составляющая. Поэтому численные значения оказываются недостоверными в области малых различий емкостей датчиков. Снижение уровня переменной составляющей путем увеличения постоянной времени фильтра нижних частот приводит к снижению быстродействия.

Задачей изобретения является повышение точности преобразования в области малых разностей давлений.

Для решения указанной задачи в измерительный преобразователь разности давлений, содержащий первый и второй емкостные датчики давления, соединенные с времязадающими цепями первого и второго автогенераторов прямоугольных импульсов, выходы которых подключены к входам первого и второго счетчиков, введены генератор запуска, формирователь знака и формирователь модуля, причем первые входы формирователя знака и формирователя модуля подключены к выходам первого счетчика, вторые входы формирователя знака и формирователя модуля подключены к выходам второго счетчика, выход генератора запуска соединен с управляющими входами автогенераторов прямоугольных импульсов, входами установки нуля счетчиков и формирователя знака, а автогенераторы прямоугольных импульсов выполнены с внешним запуском; формирователь знака выполнен в виде D-триггера, его D-вход является первым входом формирователя знака, C-вход - вторым входом, R-вход - входом установки нуля, а его выход является выходом формирователя знака; формирователь модуля выполнен в виде первого и второго элементов «Не», первого и второго элементов «И», а также элемента «Или», причем первым входом формирователя модуля является точка соединения первого входа первого элемента «И» с входом первого элемента «Не», выход которого подключен к первому входу второго элемента «И», вторым входом формирователя модуля является точка соединения второго входа второго элемента «И» с входом второго элемента «Не», выход которого подключен ко второму входу первого элемента «И», а выходы первого и второго элементов «И» соединены с входами элемента «Или», выход которого является выходом формирователя модуля.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная блок-схема измерительного преобразователя разности давлений, на фиг.2 - вариант выполнения формирователя знака, на фиг.3 - вариант выполнения формирователя модуля, а на фиг.4 изображены временные диаграммы, поясняющие работу устройства в целом.

Измерительный преобразователь разности давлений содержит два емкостных датчика 1 и 1′ давления, два автогенератора 2 и 2′ с внешним запуском, два счетчика 3 и 3′, генератор 4 запуска, формирователь 5 знака и формирователь 6 модуля. Времязадающие цепи (на чертежах не показаны) автогенераторов 2 и 2′ с внешним запуском соответственно соединены с емкостными датчиками 1 и 1′ давления, выходы указанных генераторов 2 и 2′ соединены со счетными входами соответственно счетчиков 3 и 3′. Выход счетчика 3 подключен к первым входам формирователя 5 знака и формирователя 6 модуля. Выход счетчика 3′ подключен ко вторым входам формирователя 5 знака и формирователя 6 модуля. Выход генератора 4 запуска соединен с управляющими входами автогенераторов 2 и 2′, с входами установки нуля счетчиков 3, 3′ и формирователя 5 знака.

Формирователь 5 знака выполнен (фиг.2) в виде D-триггера 7, его D-вход является первым входом формирователя знака, C-вход - вторым входом, R-вход - входом установки нуля, а его выход является выходом формирователя 5 знака.

Формирователь 6 модуля выполнен (фиг.3) в виде первого 8 и второго 8′ элементов «Не», первого 9 и второго 9′ элементов «И», а также элемента «Или» 10. Первым входом формирователя 6 модуля является точка соединения первого входа первого элемента «И» 9 с входом первого элемента «Не» 8, выход которого подключен к первому входу второго элемента «И» 9′. Вторым входом формирователя 6 модуля является точка соединения второго входа второго элемента «И» 9′ с входом второго элемента «Не» 8′, выход которого подключен ко второму входу первого элемента «И» 9. Выходы элементов «И» 9 и 9′ соединены с входами элемента «Или» 10, выход которого является выходом формирователя 6 модуля.

Автогенератор с внешним запуском может быть выполнен на двух D-триггерах и элементе «И» [3].

Измерительный преобразователь разности давлений работает следующим образом. Генератор 4 запуска формирует импульс 11 (фиг.4), после окончания которого начинают одновременно формироваться импульсные последовательности 12 и 12′ на выходах соответственно генераторов 2 и 2′. Периоды колебаний импульсных последовательностей 12 и 12′ определяются значениями емкостей емкостных датчиков 1 и 1′ давления, которые, в свою очередь, определяются величинами воздействующих на них давлений Р1 и Р2. На выходах счетчиков 3 и 3′ формируются сигналы 13 и 13′ соответственно. На выходе формирователя 6 модуля образуется импульс 14, длительность которого характеризует величину разности давлений Р1 и Р2. На выходе формирователя 5 знака после окончания импульса 14 сигнал 15 принимает значение «1», если Р2>Р1, и остается в состоянии «0», если P1>Р2. С приходом следующего импульса 11 запуска процесс формирования сигналов 14 и 15, характеризующих параметры разности давлений Р1 и Р2, повторяется. Численное значение разности давлений может быть получено путем измерения длительности выходного импульса формирователя модуля.

Благодаря тому, что амплитуда выходного сигнала формирователя модуля принимает только два значения («0» или «1»), а информация содержится в длительности импульса, повышается точность преобразования в области малых разностей давлений. Предлагаемый измерительный преобразователь позволяет получать достоверные численные значения очень малых различий емкостей датчиков и соответственно очень малых разностей давлений.

Литература

1. Патент RU №2389977, МПК G01D 3/00.

2. Патент DE №3732756, МПК G01D 5/24.

3. Микросхемы интегральные. Сер. 564. Руководство по применению. ОСТ 11 340.907-80.

1. Измерительный преобразователь разности давлений, содержащий первый и второй емкостные датчики давления, соединенные с времязадающими цепями первого и второго автогенераторов прямоугольных импульсов, выходы которых подключены к входам первого и второго счетчиков, отличающийся тем, что в него введены генератор запуска, формирователь знака и формирователь модуля, причем первые входы формирователя знака и формирователя модуля подключены к выходам первого счетчика, вторые входы формирователя знака и формирователя модуля подключены к выходам второго счетчика, выход генератора запуска соединен с управляющими входами автогенераторов прямоугольных импульсов, входами установки нуля счетчиков и формирователя знака, а автогенераторы прямоугольных импульсов выполнены с внешним запуском.

2. Измерительный преобразователь разности давлений по п.1, отличающийся тем, что формирователь знака выполнен в виде D-триггера, его D-вход является первым входом формирователя знака, C-вход - вторым входом, R-вход - входом установки нуля, а его выход является выходом формирователя знака.

3. Измерительный преобразователь разности давлений по п.1, отличающийся тем, что формирователь модуля выполнен в виде первого и второго элементов «Не», первого и второго элементов «И», а также элемента «Или», причем первым входом формирователя модуля является точка соединения первого входа первого элемента «И» с входом первого элемента «Не», выход которого подключен к первому входу второго элемента «И», вторым входом формирователя модуля является точка соединения второго входа второго элемента «И» с входом второго элемента «Не», выход которого подключен ко второму входу первого элемента «И», а выходы первого и второго элементов «И» соединены с входами элемента «Или», выход которого является выходом формирователя модуля.



 

Похожие патенты:

Заявленное изобретение относится к способу и устройству для оцифровки импеданса, и в частности к оцифровке сопротивления емкости дифференциального емкостного датчика.

Изобретение относится к емкостному обнаружению проводящих объектов. Сущность: датчик (100) для емкостного обнаружения присутствия проводящих объектов (BOD1) содержит первый сигнальный электрод (10a), второй сигнальный электрод (10b) и структуру (20) базового электрода.

Изобретение относится к области прецизионных измерений перемещений посредством измерения емкости и может быть использовано для определения линейных перемещений сканирующих устройств в сканирующих зондовых микроскопах (СЗМ).

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к инъекционному устройству, имеющему механизм для установки дозы, использование которого обеспечивает запасание энергии в пружинном компоненте, т.е.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к бесконтактному прибору, предназначенному для определения абсолютного положения компонента, выполненного с возможностью задания или оценки количества медицинского препарата, инъецируемого из устройства подачи этого препарата.

Изобретение относится к устройству для подачи установленной дозы медицинского препарата посредством ее выталкивания. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в приборостроении и машиностроении для дистанционного измерения. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования сигнала в виде частоты импульсов. .

Изобретение относится к области микроэлектроники - устройствам микросистемной техники, выполненным по технологиям микрообработки кремния, и может выполнять роль исполнительного элемента датчиковой аппаратуры в части измерения параметров перемещения, ускорения, температуры, механической силы, массы, электрической мощности, потока, освещенности и влажности. Техническим результатом заявленного изобретения является: - совмещение в одной конструкции датчиков различных физических величин, в частности: перемещения, ускорения, температуры, механической силы, массы, электрической мощности, потока, освещенности и влажности; - возможность функционирования в условиях открытого космоса и устойчивость к жестким температурным условиям эксплуатации; - возможность изготовления датчика групповыми методами по стандартным технологиям микрообработки кремния и механообработки элементов конструкции; - широкие возможности по унификации и созданию типоразмерного ряда датчиков с различными пределами измерения необходимых физических величин; - возможность подстройки датчика за счет активного режима работы; - применение в качестве датчика обратной связи для систем на основе подвижных термомеханических микроактюаторов. Технический результат достигается тем, что микросистемный емкостной датчик измерения физических величин включает: - основание из диэлектрического материала, - один или более исполнительных элементов в виде подвижных термомеханических микроактюаторов, расположенных на основании; при этом над слоем полиимида подвижных термомеханических микроактюаторов на боковых противоположных гранях кремниевых канавок, заполненных полиимидом, сформированы металлические обкладки конденсатора, параллельно соединенные между собой проводниками, идущими вдоль подвижного хвостовика термомеханического микроактюатора до его основания; на основании и/или внутри основания сформированы металлизированные дорожки для электрического контакта к площадкам подвижного термомеханического микроактюатора, выполненным с возможностью измерения емкости между обкладками сформированного на подвижном термомеханическом микроактюаторе конденсатора. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостному датчику для измерения расстояния до мишени в литографическом устройстве. Сущность: емкостная измерительная система содержит датчик (30), имеющий тонкопленочную структуру, имеющую первый изолирующий слой (34) и первую проводящую пленку, содержащую измерительный электрод (31), сформированный на первой поверхности первого изолирующего слоя (34), и вторую проводящую пленку, содержащую задний охранный электрод (35). Задний охранный электрод сформирован в одной плоскости, содержит периферийную часть в той же самой плоскости и расположен на второй поверхности первого изолирующего слоя (34) и первой поверхности второго изолирующего слоя (43) или защитного слоя (38). Периферийная часть заднего охранного электрода выступает за пределы измерительного электрода (31), образуя боковой охранный электрод, который по существу или полностью окружает измерительный электрод. Технический результат: упрощение изготовления и обеспечение точности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 32 ил.

Изобретение относится к устройству и способу емкостного считывания вращательного движения вращающегося элемента. Устройство содержит четыре расположенных в одной плоскости электрода (1, 2, 3, 4), подключенное к ним устройство (18) обработки данных и электропроводящую связующую поверхность (5), которая расположена на вращающемся элементе напротив электродов (1, 2, 3, 4). Причем электроды (1, 2, 3, 4) включают в себя центральный возбуждающий электрод (4), вокруг которого расположены остальные электроды (1, 2, 3). При этом связующая поверхность (5) в каждом положении поворота поверхности находится напротив возбуждающего электрода (4) и перекрывает часть образованной другими электродами (1, 2, 3) поверхности, а также при вращении вращающегося элемента проходит над различными областями образованной другими электродами (1, 2, 3) поверхности. Устройство (18) обработки данных имеет подключенную к возбуждающему электроду (4) возбуждающую схему (19) для выработки возбуждающих импульсов (13) с заданной частотой и подключенную к остальным электродам (1, 2, 3) схему (20) обработки данных для сбора приложенных к остальным электродам (1, 2, 3) сигналов по напряжению и для сравнения этих сигналов по напряжению. Остальные электроды (1, 2, 3) образованы двумя электродами-датчиками (1, 3) и одним общим базовым электродом (2), причем по меньшей мере общий базовый электрод (2) выполнен отличающимся от электродов-датчиков (1, 3), и схема (20) обработки данных выполнена так, что образуется соответственно разность (DIFF 1, DIFF 2) сигналов по напряжению между одним из обоих электродов-датчиков (1, 3) и общим базовым электродом (2). Технический результат заключается в возможности измерения направления вращения. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх