Устройство для измерения давления в широком диапазоне

 

Союз Советских

Социалнстнческкх

Республик

О Il И С А Н И Е (, 855415

ИЗОБЬЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 01.03.78 (21) 2584112/18-10 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (5I) M. Кл.з

G 01 1.21/00

G 01 L 11/00

Гооударстеенный комитет

Опубликовано 15.08.81. Бюллетень №30

Дата опубликования описания 25.08.81 (53) УДК 531.787 (088.8) по делам изобретений н открытий (72) Авторы изобретения

А. В. Богословский и В. С. Кот яр

3„ .Киевский институт автоматики им. ХХ езЛй"-КБСС (71) Заявитель (54), УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения низкого вакуума, и может быть использовано при измерении абсолютного давления в системах управления, регулирования и контроля турбокомпрессорных и турбоэксгаустерных агрегатов.

Известен широкодиапазонный вакууметр, содержащий датчики давления, ограничители напряжения и измерительный прибор (1) .

Недостатком этого вакууметра является низкая точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является вакууметр, содержащий манометрические датчики, подключенные к участкам делителя напряжения с переменным коэффициентом деления, источники опорных напряжений, многопозиционный переключатель цепей и измеритель напряжения (2).

Недостаток этого вакууметра — малый диапазон измерений давления.

Цель изобретения — увеличение диапазона измеряемых давлений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения давления в ши2 роком диапазоне, содержащее группу датчиков давления с различными диапазонами измерения и группу соответствующих им источников опорных токов, подключенных ко входам двухканального коммутатора, измерительный прибор и схему управления, выход которой присоединен к управляющему входу коммутатора, введены логарифмический функциональный преобразователь и масштабирующий усилитель, причем вход преобразователя соединен с выходом первого канала коммутатора, выход преобразователя соединен с выходом второго канала коммутатора и входом усилителя, а выход усилителя соединен с измерительным прибором и входом схемы управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, где: датчики давления 1 — 4, образующие группу 5, источники 6 — 9 опорных токов, образующие группу 10, двухканальный коммутатор 11, логарифмический функциональный преобразователь 12, масштабирующий усилитель 13, измерительный при бор 14, схема управления.15.

На фиг. 2 представлена схема одного из возможных вариантов конкретного исполнения предлагаемого устройства для измере855415

20 канала коммутатора 11. Выход масштабирующего усилителя 13 соединен с измЕритель- 45 ным прибором 14 и входом схемы 15 управ-.

55 ния давления в широком диапазоне, где: датчики 1 — 4 давления, образующие группу

5, группа 10 источников опорных токов; двухканальный коммутатор 11, логарифмический функциональный преобразователь 12, масштабирующий усилитель 13, измерительный прибор 14, схема 15 управления, подстроечные резисторы 16 — 19 датчиков давления; источник 20 стабильного напряжения; резисторы 21 — 24, которые совместно с 20 образуют группу источников опорных токов; конденсатор 25 в цепи обратной связи операционного усилителя 27, резистор 26 в цепи обратной связи операционного усилителя 27, операционный усилитель 27, который совместно с конденсатором 25 и резистором 26 образует масштабирующий усилитель 13, резисторы 28-31 на входе компараторов; компараторы 32 и 33, логические схемы И 34 и 35, выходные устройства 36—

39, источник 40 стабильного напряжения, элементы 28 — 40 образуют схему 15 управления.

На фиг. 3 изображены характеристики датчиков, напряжение на логарифмическом функциональном преобразователе и напряжение на выходе устройства. Сплошной линией изображены характеристики с учетом ограничений по датчикам и по логарифмическому функциональному преобразователю.

Устройство содержит датчики 1 — 4 с различными диапазонами измеряемых давлений. Номинальное давление датчика i выбирается примерно в 2 — 3 раза большим, чем номинальное давление датчика i-1. Датчики давления допускают значительные перегрузки по давлению. Выходы датчиков 1 — 4 подключены к соответствующим входам первого канала коммутатора 11. Выход первого канала коммутатора 11 присоединен ко входу логарифмического функционального преобразователя 12, выход которого соединен с выходом второго канала коммутатор и входом масштабирующего усилителя 13. Выходы источников 6 — 9 опорных токов соедииены с соответствующими входами второго ления. Выход схемы 15 управления соединен с управляющим входом коммутатора 11.

Напряжение на выходе устройства 11вмх, пропорционально логарифму измеряемого давления Р 1У ых = Я(у р > (1) где A коэффициент пропорциональности; р, — давление, принятое за единицу, напри мер, 1 к гс/с м .

При давлении на входе датчиков, равном

Р, напряжение на выходе датчика i определится по формуле р р. (г) где U; напряжение на выходе датчика т

Р1н - номинальное давление датчика i

) 25

Цн — номинальное напряжение датчика

i, соответствующее номинальному давлению на входе датчика.

Подставив в (1) значение Риз (2),,получим

u; U Ри д.(а — 1-+ p 1 : -16)

2 К ° Ìí Р где ue — напряжение, принятое за базисное.

Первое слагаемое определяется напряжением, снимаемым с выхода датчика, Оно не зависит от номинального давления датчика и его коэффициента преобразования.

Второе слагаемое определяется номинальными параметрами датчика и не зависит от величины измеряемого давления.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства схема управления устанавливает коммутатор в положение, соответствующее работе наиболее чувствительного датчика. Это происходи независимо от величины давления на входах датчиков.

Если измеряемое давление превышает диапазон первого датчика, происходит автоматическое переключение на следующий датчик, и так до тех пор, пока не будет выбран датчик давления, диапазон которого наилучшим образом соответствует измеряемому давлению. Выбор датчика осуществляется в результате взаимодействия логарифмического функционального преобразователя коммутатора, задатчиков опорных токов, датчиков и схемы управления.

Схема управления действует так, что обеспечивается включение одного и только одного датчика давления, причем номер датчика определяется по величине напряжения на выходе усилителя 13. Для выбора датчика напряжение с выхода усилителя 13 подается на входы компараторов, входящих в схему 15 управления. Компараторы сравнивают сигнал, поступающий с выхода усилителя

13 с эталонными сигналами, определяющими уровни срабатывания компараторов. Благодаря положительной обратной связи, охватывающей каждый компаратор, имеет место гистерезис, т.е. напряжение, при котором происходит переключение компаратора из состояния «О» в состояние «1» несколько больше напряжения, при котором компаратор переключается из состояния «1» в состояние «О». Компараторы настраиваются так, чтобы они последовательно переключались из состояния «О» в состояние «1» при напряжениях на выходе усилителя 13, соответствующих по статической логарифмической характеристике давлениям m P0i, m.P», " Ъ-i)H.

Здесь через Р1и обозначено номинальное давление i — датчика, а через m — коэффициент запаса равный 0,9 — 0,95.

На время переключения коммутатора 11 вход операционного усилителя 27 оказыва855415

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 273493, кл. G 01 1 21/00, 1969.

Формула изобретения 2. Авторское свидетельство СССР

Устройство для измерения давления и № 193125, кл. G 01 1 21/00, 1965 (протошироком диапазоне, содержащее группу дат- тип).

5 ется отключенным от выходов датчиков давления и источников опорных токов.

Для того, чтобы процесс переключения не вызвал существенного изменения напряжения на выходе операционного усилителя 27 и не привел к сбою работы схемы управления в цепь обратной связи усилителя включен конденсатор 25. Емкость конденсатора 25 выбирается так, чтобы за время переключения коммутатора изменение напряжения на выходе усилителя было в несколько раз меньше величины петли гистерезиса компараторов.

Наличие петли гистерезиса у компараторов полезно еще и потому, что исключает многократные переключения коммутатора при незначительных колебаниях давления вокруг значения, соответствующего срабатывнию одного из компараторов. В результате предлагаемое устройство работает весьма устойчиво и обеспечивает высокую точность измерения давления в широком диапазоне. го

6 чиков давления с различными диапазонами измерения и группу соответствующих им источников опорных токов, подключенных ко входам двухканального коммутатора, измерительный прибор и схему управления, выход которой присоединен к управляющему входу коммутатора, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измерения, в устройство введены логарифмический функциональный преобразователь и масштабирующий усилитель, причем вход преобразователя соединен с выходом первого канала коммутатора, выход преобразователя соединен с выходом второго канала коммутатора и входом усилителя, а выход усилителя соединен с измерительным прибором и входом схемы управления.

Фиг.1

<риг. 2 (Риг.3

Составитель А. Зражевский

Редактор И. Касарда Техред А. Бойкас Корректор М. Демчнк

Заказ 6888/57 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4