Дифференциальный измеритель давлений

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 6Ql583! т

2 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22} Заявлено25.12.75 (21)2302 770/18-10 с присоединением заявки №(23) Приоритет (43) Опубликовано05.04.78. бюллетень № 13 (45) Дата опубликования описания14.03.78

Государственный иамитет

Совета Министров СССР па делам изооретений н открытнй (?2) Автор изобретения

B. А. Соломоник (71) Заявитель (54) ДИФФЕРЕН11ИЛЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

Д !ВЛЕНИИ

Зтот измеритель содержит два пьезокварцевых датчика с одинаковой полярностью увствительных элементов, воспринимающих подводимые давления„ два эпектрострикционных преобразователя, преобразующих сигнаTIb! gaã÷èêoâ давпенпч в механические импупьсы пропорциональные разности давления; выходной г реобразователь механических импульсов в электрический сигнал, выполненный в различных модификациях в виде пьезоэлектрического, магнитострикционного ипи пьезорезистивного преобразователя.

Измеритель разности давлений, описанный в этом патенте 21, обладает следующими основными недостатками:

1. Сочетание прчмого пьезоэлектрического и электрострикционного эффектов вызьтвает значительную нелинейность преобразования разности давлений в электрический сигнал, так KBK в эпектрострикционном преобразователе поляризация пропорциональна квадрату приложенного механического напряжения.

Изобретен -= относится к устройствам, предназначенным дпя регистрации перепадов давлений, и может быть использовано при испытаниях двигателей внутреннего сгорания с разделенной камерой сгорания. 5

Известны устройства для измерения разности быстроменчющихся давлений, содержащие два пьезокварцевых датчика давттения одинаковой чувствительности с кварцевыми стопбикамт! противоположной поляэности (1) ° 1п

Общим недостатком подобных устройств является то, что, Во-первых, выравнивание чувствительноси датчиков согряжено со значительными трудностями и, во-вторых, датчики с противополярными кварцевыми 15 стопбиками должны быть изготовлены по особому заказу только для производства этого вида измерений.

Из существующих устройств наиболее близким по технической сущности является дифференциальный измеритель, основанный на методе прямого измерения разности дав лений с помощью двух унипопярных пьезсэлек трических датчиков j2) .! !

I (51) М. Кл. (01 Ь 13/00 (53) УДК531.787(088.8) 601583

2. Хотя этот измеритель и позволяет использовать датчики давления и вторичные (регистрирующие) приборы типовой конструкции, между ними должно быть применено дополнительное опециальное устройство (электрострикционный и выходной преобразователи), изготовление которого сопряжено со значительными трудностями конструктивного и технологического харакгера.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции, повышение точности и расширение функциональных возможностей измерителя.

Работает устройство следующим образом

Под воздействием абсолютных давлений Р иР пьезодатчики генерируют электрические заряды Я„и Я2, полностью поступающие соответственно в конденсаторы 6 и 7, если коэффипиент усиления электрометрического усилителя 3 велик. Если принять следующие обозначения:

&1v, 5,— чувствительности по заряду датчиков L и 2, ь и С,— емкости конденсаторов 6 и 7, K — коэффициент усиления разомкну-щ о

Поставленная цель достигается тем, что два пьезодатчика быстроменяющихся давлений подключены ко входам электрометрического усилителя, построенного по схеме операционного усилителя постоянного тока и охваченного двумя ветвями емкостной отрицательной обратной связи таким образом, что выходное напряжение измерителя оказывается пропорциональным разности зарядов, ген ри ру емых пьез ода тч и ками.

На фиг. 1 изображена структурная схеИ ма дифференциального измерителя давления; на фиг. 2 — принципиальная электрическая схема варианта устройства.

Дифференциальный измеритель давления

30 содержит два пьезодатчика 1 и 2, электрометрический операционный усилитель 3 постоянного тока, делитель 4 напряжения, инвертирующий усилитель 5 и конденсаторы би7.

Датчики давления 1 и 2 подключены ко входам электрометрического усилителя 3, выходной сигнал которого через делитель

4 напряжения подведен ко входу инвертирующего усилителя 5. Выход усилителя 5 яв40 ляется выходом измерителя. Через конденсатор 6 обратная связь подается на инвертирующий вход электрометрического усилителя 3 с его выхода; через конденсатор

7 обратная связь подается на неинвертируюший вход электрометрического усилителя 3 с выхода измерителя. того электрометрического усилителя 3, К вЂ” коэффициент передачи делителя

4 напряжения, К вЂ” коэффициент усиления усилите2 ля 5 с обратной связью, то: при Р = О выходное напряжение измери2 теля а„к

U = — - — при К )) 1, ВЫХ С„К1 о при Р = О выходное напряжение измери1 геля

rlPN Kîi) 2

ВЫх С 0

Учитывая, что 7 = 5 Q

2 2 2 получаем выражение для выходного напряжения измерителя при одновременном воздействии давлений Р g О и Р ф О:

Ь1Р К

ВЫХ С К

2 р2

С (1)

=А

Ь С где А - некоторое число.

Зто означает, что путем изменения глубины той или иной ветвей емкостной обратной связи можно осуществить балансировку измерителя при любых oîîòíîøåíèях чувствительности примененных датчиков давления.

Для сбалансированного измерителя в режиме измерения перепада давлений (Р ф

РРЄР00, P Ф О) выражение (1) принимает вид.

ВЫ) (" 2 (2)

Таким образом, выходное напряжение пропорционально искомой разности давлений.

Как видно из фиг. 2, выполнение условий

К >) 1 и КА =К, при которых должна

2 осуществляться балансировка измерителя, легко обеспечивается, так как К )) 10

Я +22 74

К= ",оК 2 3

ИспоЛьзование операционного усилителя постоянного тока с электрометрическими входами, делителя напряжения, инвертиОтсюда следует, что удовлетворив легко выполнимые условия — = 1., равновесие изKg, Kg мерителя при применении датчик.в с неодинаковой чувствительностью (S< 9 <) подвергнутых воздействию одинаковых давлений (Р =Р ) обеспечивается при

601583

ДНИИПИ Заказ 1651/6 Тираж 1112 Подписное

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, уп. Проектная, 4 руюшего усилителя и двух ветвей емкостной отрицательной обратной связи отличает предлагаемый дифференциальный измеритель давления от прототипа и позволяет реализовать дифференциальный метод измерения применительно к электрической, а не к механической величине. Благодаря этому конструкция измерителя существенно упрощается; погрешности, вносимые входной цепью снижаются; номенклатура выполняемых измерителем измерений давления расширяется, так как он сохраняет работоспособность пртт переходе от дифференциального режима измерения перепадов быстроменяющихся давлений к измерению абсолютных давлений, подводимых к любому из двух датчиков.

Формула изобретения

Дифференциальный измеритель давлений, содержащий два пьезокварцевых датчика давления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения упрощения конструкции и расширения v, óíêциональных возможностей, он содержит электрометрический операционный усилитель постоянного тока с инвертируюшим и неинвертируюшим входами, делитель напряжения, инвертируюший выходной усилитель и две цепи емкостной обратной связи, причем пьезодатчики подключены к соответствую цим входам электрометрического усилителя, выход его через делитель напряжения подключен ко входу выходного усилителя, а цепи обратной cBHBh включены соответственно между инвертируюшим входом и выходом электрометрического усилителя и между его неинвертируюши . входом и выходом выходного усилителя.

Источники информации, принятые во в .имание при экспертизе:

1. Волчек П. Я. Методы измерений в двигателях внутреннего сгорания, M., 1955. с. 141.

2. Патент CLUA ¹ 3299711, кл. 73-398, 1967.