Манометр

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сотоз Советских

Соцмалмстммеских республик

«»657285 (6l) Дополнительное,к авт. свил-ву— (22) Заявлено 22.12.76 (21) 2431176/18-10 с присоединением эаявки №(23) Приоритет "

2 (51) М. Кл.

G- 01 L 7/06

Государстввииый коматет

СССР ио долам изобрвтвиий и открытий

Опубликоваио15.04.79.Бюллетень № 14 (5З) удК Я31 787

° 91 (088.8) Дата опубликованкя описанкя19,04. 79 (72) Автори иэобретеиия В, И. Лобан, В. С. Моисейченко и Ва Е. Евдокимов

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М. И. Калинина (7!) Заявитель (54) МАНОМЕТР

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и мо- жет найти широкое применение дпя преобразования постоянных и медленно меняющихся давлений во время-импульсный выходной сигнал и построения цифровых маиоме тров.Известны манометры с время-импуль-, сными выходным сигналом, построенные по методу- двухтактного интегрирования, в которых в качестве чувствительного к давлению элемента используют неуплотненный поршень, и характеризующийся отсутствием статической ошибки и погрешности от дрейфа нуля чувствительного элемента.

Однако . необходимость вр ащения, тщательной .притирки поршневой пары, crporo вертикальное положение поршня, центрирование весового опорного элемента с поршнем и т.д. значительно снижают надежность- и помехоустойчивость, а значит и сужают область их применения.

Наиболее близким решетптем к предлагаемому изобретению .является манометр; содержащий в качестве чувствительного элемента заполненный рабочей жидкостью сильфон, соединенный с источником nawef ния нерегулируемым дросселем.

Сильфон жестко соединен с коротким плечом рычага. На дпинном конце рычага установлен каркас с катушками магнитоэлектрического преобразователя (МЭП) °

tO Ha конце рычага установлены два контакта положения дискриминатора перемещения (датчика положения), подключенного к схеме управления, выход которой управляет коммутатором тока. Последний коммутито рует ток стабилизатора тока в катушках магнитоэлектрического преобразователя.

МЭП наряду с силовой катушкой имеет две катушки компенсации жесткости, установленные на краях рабочего зазора магнитной системы и включенные встречно в цепь стабилизатора тока последовательно с силовой катушкой. При двухтактном интегрировании давления осуще657285 сгвляегся время-импульсное преобразование давления, а для получения цифрового огсчега в манометр введены такие узлы, как цифровой хрономегр для преобразования длигельносги выходных импульсов в 5 код, преобразовагель код-код для осущесгвления операций над кодами (деление кодов, умножение на масштабный коэффициенг), огсчегное усгройсгво.

Введение катушек компенсации жест- t0 косги поэволяег исключить лишь влияние жесгкосги сильфона на линейности интегрирования давления, однако не снижает погрешности линейности, связанной с зависимосгью постоянной интегрирования ог измеряемого давления, в часгносги из -за наличия зависимости вязкосги рабочей жидкости or давления.

Кроме гого, при больших перемещениях катушек компенсации жесгкосги величина отрицательной жесгкосги не осгаегся поссгоянной, а поэгому не удается обеспечигь полную компенсацию жесткости сильфона во всем его рабочем диапазоне и получить линейный интегратор. Кроме roro, величина огрицагельной жесгкосги, создаваемой кагушками, сравнигельно невелика и приходится применягь сильфон с малой жесгкосгью и рычаг с большим огно30 шением плеч.

Белью изобретения является повышение точности измерения давления. °

Указанная цель достигается гем, чго маномегр, содержащий сильфон, соедннен35 ный с источником давления через нерегулируемый дроссель, магнигоэлекгрический преобразовагель с подвижной силовой кагушкой, включенной через коммугагор в цепь сгабилизагора тока и соединенные

40 последовательно датчик перемещения рычага со схемой управления коммугагором, цифровой хронометр, преобразователь код-код и огсчегное усгройсгво, снабжен преобразователем код-напряжение, вход

45 когорого соединен с преобразователем код-код, а вход — со сгабилизагором гока, и клапанный распределительный блок, усгановленный перед нерегулируемым дросселем и подключенный к схеме управ50 ления коммутатором.

Введение клапанного распределительного блока на входе маномегра позволяет в режиме двухгакгного ингегрирования осущесгвигь алгоригм коммугации давлений, при котором в случае выполнения условия равенсгва опорного давления измеряемому давлению независимо ог "-начения жесгкосги полностью исключаегся погрешность ингегрирования одновременно or жесгкосги, и изменения вязкости жидкости с давлением.

Йля выполнения упомянугого условия, г.е. усгановления равенсгва давлений, введен преобразовагель код-напряжение, выходное напряжение которого определяется кодом преобразовагеля код-код, получаемым последовательно на каждом шаге бысгросходяшего ингеграционного процесса, и эадаег значение стабилизированного гока управляемого сгабилизагора гока.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого манометра; на фиг, 2 -,диагРамма его работы.

Манометр сосгоиг из нерегулируемого дросселя 1, который с одной сгороны соединяегся либо с исгочником давления через клапан 2, либо с агмосферой через клапан 3, распределигельного блока 4, а с другой стороны — с сильфоном 5, внутренняя камера 6 которого заполнена рабочей жидкостью. Подвижное дно сйльфона 5 жесгко соединено с коротким плечом рычага 7 (гочка о1). На длинном конце рычага (гочка д) усгановлен каркас с .силовой катушкой 8 магнигоэлекгрического преобразователя (МЭП), содержащего постоянный магнит 9 и магнигопровод 10.

На конце рычага установлены два конгакга положения ll, включенные на вход дагчика перемещения 12, соединенного. со схемой управления 13. Выходы схемы управления 13 соединены с коммутатором

14, клапанным распределигельным блоком

4, а гакже с цифровым хронометром 15.

Через коммугагор 14 в выходную цепь стабилизатора гока 16 включена силовая кагушка 8 МЭП. Бифровой хрономегр 15 подключен ко входу преобраэовагеля кодкод 17, выходы когорого с одной сгороны соединены с преобразователем коднапряжение 18, связанным со входом управляемого сгабилизагора тока 16, а с другой стороны с цифровым огсчегным усгройсгвом 19.

Маномегр. работает следующим образом.

В исходном состоянии клапан 2 распределигельного блока 4 эакрыг, а клапан 3 открыт. Ко входу дросселя 1 с гидравлическим сопротивлением R образующего вместе с емкосгью С сильфонной камеры 6 гидравлический ингеграгор давления, приложено атмосферное давление.

Огсчегное устройство 19 индицируег нуль (вначале работы прибора) или предыдущее значение давления в паскалях и огключено

or счетчика преобразователя код-код 17

i) 657

B счетчике преобразователя код-код 17 исходно записан код, соответствующий, например, половине верхнего предела измерения прибора. Этот код преобразован преобразователем код-напряжение 18 в со- 3 ответствующее напряжение. Установившее значение гока стабилизатора тока 16, с помощью магнитоэлектрического преобразователя преобразуется в образцовое дав» ление, величина Ро которого равна поло- та вине верхнего предела измерения прибора (P =0,5Р, ). Коммутатор 14 сигналом хнчах со схемы управления 13 установлен в состояние, при котором катушка 8 МЭП оказывается обесточенной, при этом стабили- 15 затор тока 16 работает на эквивалентную нагрузку (на фиг. 1 не показано). Гидравлическая емкость С считается зреженной, дно сильфона 5 занимает крайнее верхнее положение, а точка Ь длиНноГо 2п пле а рычага замкнута с нижним контактом 11.

Измерение давления P отличается or метода двухтактного интегрирования введением дополнительных тактов интегриро- 25 ванин и представляет собой быстро сходящийся интеграционный процесс, при котором результат измерения находится путем исследоватейьиых приближений (фиг.2)

В первом такте в течение измерительного ча интервала времени 1ч интегрируется измеряемое давление Р до заданной перемещениями Х. и К величины интеграла2 объема Ч., а во втором такте то же ,значение интеграла (т.е. объем Ч ул, ) 3s описывается интегрированием образцового

Ивввееии p = -В " в течеиие вто р птах.

2 рого измерительного интервала т. . Bp8 менные интервалы 1„и t2 цифровым хронометром 15 преобразутотся в соответта ствуюшие коды М и N > которые в преобразователе код-код 17 делятся и умножаются иа масштабный коэффициент, а результат преобразования (код )чх + ) т2 кл +ч записывается в счетчик преобразователя код-код 17. Таким образом, после двух тактов интегрирования получается значение давленияРх ч М z< по формуле: Põ

Полученный результат Рх „(код N ) принимается эа грубую опенку измеряемо- о го давления Р, процесс измерения продолжается и вводятся дополнительные такты интегрирования. Код Мх„преобразователем код-напряжение 18 преобраэу—

Я ется в напряжение О„и управляет тохч ком стабилизатора тока 16, устанавливая его значение I о„, которое развивает в

МЭП приведенное к сильфону давление

285 о

Р„, равное давлению Рх, с погрешнохл стью ) „, определяющейся нелинейностью интегрирующего устройства.

Это новое значение Рх образцового хл давления, близкое к измеряемому, интегрируется в третьем такте в течение измерительного интервала t> до той же величины интеграла Ч = Ч = V„m далее преобрагзователем код-код 1 7 вычисляется новое значение М, = Р =Р„получаемое из з

2 2 сравнения первого и третьего интегралов.

Новое значение Р> оказывается ближе

2 к измеряемому Р„., причем погрешность снижается на каждом шаге примерно на порядок и, кроме гого, изменяет знак.

Интегрируя несколько раз и вычисляя

Р„= Р„=Р, мож ч-Ч 2 ът ч

"(- ) но получить значение измеряемого давления Р практически с любой степенью точности. цикл измерения начинается подачей импульса "пуск со схемы управпения 13, с приходом которого открывается клапан 2 и закрывается клапан 3. При этом вход дросселя 1 соединяется с источником давления, и через дроссель в сильфон жидкоскость перетекает под действием измеряемого давления Рх . Сильфон растягивается, а его дно перемещается вниз на расстояние х . При этом, точка 8 длинного плеча рычага перемешается вверх на расстояние Х -- х „, где. Х задано в расстоянием между контактами 11. На выходе дискриминатора перемещения 12, формируется импульс напряжения Ц длительностью tq . Конец импульса (.касание точки В рычага верхнего контакта 11) означает конец первого такта интегрирования, и схема управления 13 закрывает клапан 2 и открывает клапан 3, а затем с некоторой задержкой (для установления нулевых начальных условий в кикдом такте интегрирования) переключает коммутатор 14 в состояние, при котором выход стабилизагора тока подключается к силовой катушке 8 МЭП. При этом стабилизированный ток Хо проходит по силовой катушке 8 и создает опорное усилие Fz = В„То о где 1 - длина витков катушки 8. В этом о случае в сильфонной камере с учетом плечей рычага („и создается образцовое: о давление Р, и через дроссель е осушествпяется обратное перетекание жидкости под действием перепада давления P на егo концах. Сильфон сжи657285 мается, его дно перемещается вверх на го же расстояние Х>, а длинное плечо пере е мешается вниз на Х = Хс и на

Ol

3 выходе дискриминатора перемещения формируется импульс U< дпительностью

Далее, при продолжении цикла измеренИя в третьем и четвертом тактах интегрированйя клапан 3 остается открытым„ клапан 2 закрытым, выход стабилиза. тора гока 16 подключенным к катушке

8 МЭП. В третьем такте по сигналу со схемы управления коммутатор 14 переключается, изменяя направление тока стабилизатора 16 в катушке 8 так, что

НОВОЕ ЗкаЧЕНИЕ тОКа Хо4., УСГаНОВЛЕННОЕ после вычисления Р> (кода: Йх„), создает усилие (давление Py, ) растягива.ющее сильфон, как это было в первом тж:2О ге интегрирования. После окончания третьего такта в счетчике преобразователя код-код записывается код. В четвертом такте сильфон вновь сжимается под действием образцового давления Р <, фор,мируется импу льс О, длительностью 1,, цикл измерения заканчивается, и устройство после подключения выхода стабилизатора тока 16 к эквивалентной нагрузке оказывается в исходном состоянии. В кон- щ .це цикла измерения в счетчике преобразователя код-код записывается код,который принимается за окончательный результат измерения и индицируегся цифровым огсчетным устройством 19. 35

Быстрая сходимость интеграционного процесса не требует большого числа дополнительных шагов. Так, приведенная погрешность от жесткости сильфона уже при двух дополнительных тактах уменьша- 4о ется до величины порядка (0,0 0,005j%, погрешность для текущего значений РХ остается гого же порядка при условии

Х <С ",!ио возрастает с умеш

5РХ а vr i

45 ,шением величины P и нарушением данного соотношения.

Величина погрешности в дополнительных тактах может быть снижена, так как ог шага к шагу интеграционного процесса знак погрешности изменяется и два смежных приближенных значения будут последовательно больше и меньше значения измеряемого давления.

Данные о сходимости интеграционного процесса для различных значений Х „

Ъ/, Р, а также для различного выбора исходного образцового давления рх Р„ Р = — Р = —; Р = Р ) были полуо g O g o чены расчетом на UBM и согласуются с экспериментальными данными, полученными при исследовании макета маномегра, Сравнение интегралов давления, получаемых в отдельных тактах интегрирования, позволяет исключить погрешность ог дрейфа нуля сильфона, и снизить погрешность, вызванную гистерезисом.

Применение интеграционного метода измерения давления позволяет практически полностью исключить погрешность нелинейности интегрирующего устройства, роль которого выполняют нерегулируемый дроссель и сильфон, без введения дополнительных конструктивных элементов, усложняющнх манометр, в частности, погрешность из-за наличия высокой жесткости сильфона, погрешность, вызванную зависимостью вязкости рабочей жидкости от давления, и по сравнению с прототипом повысить точность измерения давления, доведя ее до величины порядка 0,2%.

Формула изобре гения

Манометр, содержащий сильфон, соединенный с источником давления через нерегулируемый дроссель, магнигоэлекгрический преобразователь с подвижной сило » вой катушкой, включенной через коммутатор в цепь стабилизатора тока и соединенные последовательно датчик перемещения рычага со схемой управления коммутатором, цифровой хронометр, преобразовае гель код-код и отсчетное устройство, î гличающийся reM,что, сцелью повышения точности измерения, в него введены преобразователь код-напряжение, вход которого соединен с преобразователем код-код, а выход — со стабилизатором гока, и клапанный распределительный блок, установленный перед нерегулируемым дрос селем и подключенный к схеме управления коммутатором, 657285

P

Puz.1

gP

W к х

Составитель Т. Иванова

Редактор И. И1убина Техред С. Мигай Корректор П. Макаревич

Заказ 1781/40 Тираж 1089 Подписное

ЦН11ИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, >8.-35, адская наб., д. 4/5

Филиал IIIIII 1!атент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4