Устройство измерения динамического давления


 

G01L9/00 - Измерение постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов с помощью электрических или магнитных элементов, чувствительных к механическому давлению; передача и индикация перемещений элементов, чувствительных к механическому воздействию, используемых для измерения давления с помощью электрических или магнитных средств (измерение разности двух или более величин давления G01L 13/00; одновременное измерение двух и более величин давления G01L 15/00; вакуумметры G01L 21/00)

Владельцы патента RU 2568948:

Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" (RU)

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения давления, и может быть использовано при измерении динамического давления совместно с пьезоэлектрическими датчиками динамического давления. Устройство измерения динамического давления содержит пьезоэлемент 1 и измерительный блок 2, который состоит из генератора переменного тока 3, усилителя широкополосного 4, полосового фильтра 5, выпрямителя 6, фильтра нижних частот 7 и микроконтроллера 8. Выход пьезоэлемента 1 подключен к выходу генератора переменного тока 3, а выход генератора переменного тока 3 - к усилителю широкополосному 4. Усилитель широкополосный 4 соединен с полосовым фильтром 5 и фильтром нижних частот 7. Полосовой фильтр 5 через выпрямитель 6 соединен с первым входом микроконтроллера 8, второй вход которого подключен к фильтру нижних частот 7. Технический результат заключается в повышении быстродействия устройства путем одновременного измерения температуры и динамического давления, повышении точности устройства при измерении динамического давления путем коррекции температурной погрешности измерения динамического давления. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения давления, и может быть использовано при измерении динамического давления совместно с пьезоэлектрическими датчиками динамического давления.

Известен приемник низкочастотных колебаний давления в водной среде, содержащий основной и дополнительный пьезоэлементы, корпус, выполненный из теплопроводящего материала, например металла. Основной пьезоэлемент прикреплен снаружи корпуса и воспринимает колебания давления водной среды, а также флуктуации температуры воды и смещения корпуса как составляющих помехи. Дополнительный пьезоэлемент, идентичный основному, прикреплен к корпусу в воздушной полости внутри корпуса, где он изолируется от колебаний давления водной среды, но воспринимает флуктуации температуры водной среды и смещения корпуса. Оба пьезоэлемента включены параллельно друг другу с встречным направлением знаков поляризации и выполнены из идентичного пьезоматериала [RU патент 2498251 C1, G01L 9/08, H01L 27/20. Приемник низкочастотных колебаний давления в водной среде. Опубл. 10.11.2013].

Недостатком данного устройства является низкая точность измерения, обусловленная различием зависимостей температур пьезоэлементов от температур водной и воздушной сред.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения давления [SU патент 1758456 A1, G01L 11/00. Устройство для измерения давления. Опубл. 15.08.1992. Бюл. №32]. Устройство содержит датчик и блок измерения. Датчик выполнен в виде корпуса с мембраной, в котором установлен пьезоэлемент из пористой пьезокерамики, токосъемник, узел поджатия пьезоэлемента. Блок измерения содержит два компаратора, три нормирующих усилителя, мостовую измерительную схему, генератор, усилитель переменного тока, выпрямитель, АЦП, цифровой индикатор и таймер. Данное устройство используют для измерения давления, влажности и температуры рабочей среды. Конструкцией предусмотрено поочередное измерение давления, влажности и температуры.

Недостатками данного устройства являются низкое быстродействие устройства, обусловленное поочередным измерением температуры и динамического давления, а также низкая точность измерения давления из-за отсутствия у устройства коррекции температурной погрешности измерения давления.

Целью заявляемого изобретения является повышение быстродействия устройства путем одновременного измерения температуры и динамического давления, повышение точности устройства при измерении динамического давления путем коррекции температурной погрешности измерения динамического давления.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения давления, содержащее пьезоэлемент и измерительный блок, состоящий из генератора переменного тока, усилителя переменного тока и выпрямителя, причем пьезоэлемент подключен к выходу генератора переменного тока, а выход генератора переменного тока - к усилителю переменного тока, согласно предлагаемому изобретению дополнительно введены полосовой фильтр, фильтр нижних частот и микроконтроллер, причем усилитель переменного тока выполнен широкополосным и соединен с полосовым фильтром и фильтром нижних частот, а полосовой фильтр через выпрямитель соединен с первым входом микроконтроллера, второй вход которого подключен к фильтру нижних частот.

Введение полосового фильтра, фильтра нижних частот позволяет повысить быстродействие устройства. Суммарный сигнал о динамическом давлении и температуре, поступающий с пьезоэлемента, проходя через полосовой фильтр и фильтр нижних частот, преобразуется в сигнал о температуре и динамическом давлении соответственно.

Введение микроконтроллера позволяет повысить точность устройства при измерении динамического давления за счет коррекции температурной погрешности измерения динамического давления путем вычисления микроконтроллером значения сигнала температурной коррекции, получаемого с использованием внесенных в виде кода в память микроконтроллера при предварительной настройке устройства значений температуры, значений динамического давления и соответствующих им значений выходных сигналов устройства о температуре и о динамическом давлении и вычитания значения сигнала температурной коррекции из значения нескорректированного сигнала об измеренном динамическом давлении.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства измерения динамического давления.

Устройство измерения динамического давления содержит пьезоэлемент 1 и измерительный блок 2, который состоит из генератора переменного тока 3, усилителя широкополосного 4, полосового фильтра 5, выпрямителя 6, фильтра нижних частот 7 и микроконтроллера 8. Причем выход пьезоэлемента 1 подключен к выходу генератора переменного тока 3, а выход генератора переменного тока 3 - к усилителю широкополосному 4, который соединен с полосовым фильтром 5 и фильтром нижних частот 7, а полосовой фильтр 5 через выпрямитель 6 соединен с первым входом микроконтроллера 8, второй вход которого подключен к фильтру нижних частот 7.

Пьезоэлемент 1 представлен в виде эквивалентной схемы замещения, которая состоит из источника тока I1 с внутренним сопротивлением Ri1, и комплексного сопротивления пьезоэлемента, которое состоит из активного сопротивления пьезоэлемента RПЭ и реактивного сопротивления емкости пьезоэлемента СПЭ.

Генератор переменного тока 3 представлен в виде эквивалентной схемы замещения, содержащей источник синусоидального тока I3 стабильной амплитуды и стабильной частоты и внутреннее сопротивление Ri3, причем значение частоты f синусоидального тока I3 генератора переменного тока 3 превышает верхнюю границу частотного диапазона изменения динамического давления P.

Устройство измерения динамического давления работает следующим образом.

На пьезоэлемент 1 с генератора переменного тока 3 подается токовый сигнал I3 стабильной частоты и амплитуды, причем значение частоты превышает максимальное значение частотного диапазона динамического давления P. Зависимость падения напряжения амплитуды токового сигнала I3 с генератора переменного тока 3 на комплексном сопротивлении пьезоэлемента 1 от температуры используется для измерения температуры T, воздействующей на пьезоэлемент 1. Комплексное сопротивление пьезоэлемента 1 определяется параллельным соединением активного сопротивления RПЭ и реактивного сопротивления емкости СПЭ пьезоэлемента 1, однозначно зависящих от температуры T. При воздействии динамического давления P в пьезоэлементе 1 возникает ток I1, значение которого пропорционально значению динамического давления P. Суммарный сигнал, состоящий из токовых сигналов I1 и I3 снимается с выходов пьезоэлемента 1, усиливается усилителем широкополосным 4, затем поступает на вход полосового фильтра 5 с нижней границей полосы пропускания, которая превышает максимальное значение частотного диапазона динамического давления P, для выделения из суммарного сигнала о температуре T, а также поступает на фильтр нижних частот 7 с полосой пропускания, соответствующей максимальному значению частотного диапазона динамического давления P, для выделения из суммарного сигнала о давлении P. С выхода полосового фильтра 5 сигнал о температуре T поступает на вход выпрямителя 6, где преобразуется в сигнал постоянного тока и поступает на первый вход AT микроконтроллера 8, преобразуется микроконтроллером 8 в цифровой код, соответствующий измеренному значению температуры T, и поступает на выход NT микроконтроллера 8. С выхода фильтра нижних частот 7 сигнал о давлении P поступает на второй вход AP микроконтроллера 8, далее микроконтроллером 8 корректируется температурная погрешность измерения динамического давления P путем вычисления микроконтроллером 8 значения сигнала температурной коррекции, получаемого с использованием внесенных в виде кода в память микроконтроллера 8 при предварительной настройке устройства кодовых значений температуры T, значений динамического давления P и соответствующих им значений выходных сигналов устройства NT и NP и вычитания его из значения нескорректированного сигнала об измеренном динамическом давлении P. Скорректированное значение сигнала об измеренном давлении преобразуется в цифровой код, который поступает на выход NP микроконтроллера 8.

Технический результат заключается в повышении быстродействия устройства путем одновременного измерения температуры и динамического давления, повышении точности устройства при измерении динамического давления путем коррекции температурной погрешности измерения динамического давления.

Устройство для измерения давления, содержащее пьезоэлемент и измерительный блок, состоящий из генератора переменного тока, усилителя переменного тока и выпрямителя, причем пьезоэлемент подключен к выходу генератора переменного тока, а выход генератора переменного тока - к усилителю переменного тока, отличающийся тем, что в него дополнительно введены полосовой фильтр, фильтр нижних частот и микроконтроллер, причем усилитель переменного тока выполнен широкополосным и соединен с полосовым фильтром и фильтром нижних частот, а полосовой фильтр через выпрямитель соединен с первым входом микроконтроллера, второй вход которого подключен к фильтру нижних частот.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области «физика материального взаимодействия». Способ определения механических параметров нарушенной материальной среды в условиях фиксированного внешнего воздействия заключается в том, что фиксируют определяющий для исследуемой среды физический параметр внешнего воздействия - температуру Т(°С), плотность ρ (кг/см3), ускорение гравитационного притяжения (g, м/с2) и движения материального тела (α, м/с2), световое излучение, радиоактивность, электрическое и магнитное воздействие, устанавливают требуемый механический параметр материальной среды с учетом влияния физических определяющих параметров внешнего воздействия, определяют угол внутреннего трения и удельное сцепление cстр (кГ/см2) структурированной (природной) среды.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям давления, и может быть использовано в различных областях науки и техники, связанных с измерением перепада давления среды.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям давления, и может быть использовано в различных областях науки техники, связанных с измерением перепада давления среды.

Заявленная группа изобретений относится к датчикам, которые используются в устройствах для детектирования давления текучих сред (жидкостей и газообразных сред) в различных областях, например в автомобильной промышленности, в бытовых электрических приборах, в области сохранения окружающей среды и общего контроля в гидротермальной санитарии или в области медицины.

Изобретение относится к бесшкальным манометрам. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в приборах измерения давления жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и технологии изготовления датчика давления.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных средств. Датчик содержит корпус, установленную в нем нано- и микроэлектромеханическую систему (НиМЭМС), состоящую из упругого элемента - мембраны с жестким центром, с периферийным основанием в виде оболочки вращения, образованной на ней гетерогенной структуры из тонких пленок материалов, в которой сформированы контактные площадки, первые радиальные тензорезисторы из одинаковых тензоэлементов, расположенных по одной окружности мембраны, и вторые радиальные тензорезисторы из одинаковых тензоэлементов, расположенных по другой окружности на мембране, соединенные перемычками, включенные в измерительный мост.

Изобретение относится к датчикам давления, используемым для измерения технологической текучей среды и дифференциального давления. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений давления.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям давления, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления среды в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды.

Изобретение относится к преобразователям давления. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения давления за счет уменьшения содержания посторонних молекул, растворенных в газе или жидкости.

Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано самостоятельно или в составе измерительно-вычислительных комплексов и систем управления, работающих в широком диапазоне механических и тепловых воздействий и предназначенных для получения информации о разности давлений исследуемых жидких и газообразных сред.

Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано самостоятельно или в составе измерительно-вычислительных комплексов и систем управления. Способ измерения разности давлений датчиком с частотно-модулированным выходным сигналом заключается в том, что используют две идентичные мембраны с эпитаксиально выращенными на них резонаторами, разделенные вакуумированным промежутком.

Способ определения потерь нефти и нефтепродуктов применим как в процессе сбора, подготовки, транспортировки и хранения нефти на промыслах, так и при транспортировке нефти по магистральным нефтепроводам, а также может быть использован на предприятиях, занимающихся переработкой нефти, хранением, транспортировкой и распределением нефтепродуктов.

Изобретение относится к области измерительной техники. Устройство для измерения давления и скорости его изменения состоит из проточного пневматического канала 1, содержащего два анемочувствительных элемента 2, 3 измерения скорости изменения давления и сообщающего глухую камеру 4 с газодинамическим объектом, микронагнетателя 5 с электроприводом, измерительного 6 анемочувствительного элемента, компенсационного 7 анемочувствительного элемента, первого 8 и второго 9 формирующих сопел, канала 10 измерения давления, канала 11 измерения скорости изменения давления, микроконтроллера 12 и средства 13 отображения информации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкости и газов. Резонансный сенсор давления содержит измерительную мембрану с возбуждающим электродом и резонансной полостью, к краям которой с двух сторон жестко закреплен резонансный элемент в форме балки с прямоугольным сечением, в теле которого сформированы тензорезисторы, при этом размер сечения балки в ортогональном направлении к плоскости колебаний постоянен, а в направлении колебаний возрастает по линейному закону, достигая максимального значения по середине балки, причем отношение максимального размера сечения к минимальному в указанном направлении лежит в интервале от 1 до 6.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления контролируемой среды. Вибрационный датчик избыточного давления состоит из герметично перекрываемого корпуса, чувствительного элемента, датчика возбуждения колебаний, датчика съема колебаний, усилителя, преобразователя и регистратора.
Изобретение относится к акустической диагностике и может быть использовано в магистральных нефтегазопроводах. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к преобразователям давлений, и может быть использовано в разработке и изготовлении малогабаритных полупроводниковых датчиков давлений.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления контролируемой среды - жидкости, суспензии, газа. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к области волоконно-оптических средств измерений давления, и применимо в нефтяной и газовой промышленности, медико-биологических исследованиях, гидроакустике, аэродинамике, системах охраны при дистанционном мониторинге давления. Датчик давления включает корпус с закрепленной в нем упругой мембраной, оптический канал, содержащий фиксируемый и подвижный световоды. Подвижный световод соединен через штангу с мембраной. Подвижный и фиксируемый световоды установлены с возможностью поперечного перемещения относительно своих осей, причем фиксируемый световод установлен с возможностью перемещения и фиксации в корпусе с помощью винта и гайки. По торцам входа и выхода световодов расположен сальник. Технический результат - расширение диапазона применения датчика во взрывоопасных средах при сохранении его малых габаритов. 2 ил.
Наверх