Способ измерения физической величины частотным датчиком

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

pi>994941 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.01. 78 (21) 2589512/18-10 gg g+ з с присоединением заявки ¹G 01 L 11/00

Государственный комитет

С.СС P ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет— е

Опубликовано 070283, Бюллетень № 5

153) УДК 531.787 (088.8) Дата опубликования описания 07.0233 (и: х», и В..Зо гев -Л :,;" ...„ т

7" ::- : -"ЕЫБ.:.:,.:,-, (72) Авторы изобретения

И.Л. Горенштейн, В. Г.Кравцов, И.В. Корольков (71) Заявитель

»

t (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ BEËÈ×ÈÍÛ ЧАСТОТНЫМ

ДАТЧИКОМ

Изобретение относится к сизмерительной технике и может быть использовано при создании частотных датчиков, различных физических величин давлений, температур и массовых плот ностей жидких и газообразных сред и др. с измерительными преобразователями в виде упругих колебательных систем с распределенными параметрами 1п (струны, пластины, оболочки и т.д. ) .

Известны способы уменьшения погрешностей (н апример, температурных) частотных датчиков физических величин, требующие использования дополнительных датчиков (1 J..

Однако это приводит к усложнению конструкции соответствующих измерительных устройств.

Наиболее близким к предлагаемому 20 способу по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является способ уменьшения температурных погрешностей частотного датчика давления с первичным измерительным преобразованием в виде тонкостенного цилиндрического резонатора.

В этом случае температуру резонатора измеряют с помощью специального миниатюрного частотного датчика температуры на базе монокристалла кварца. В результате получают два частот ных измерительных сигнала: один - соответствующий собственной частоте „ изгибнрх колебаний тонкостенного цилиндрического резонатора, которая зависит преимущественно от измеряемого давления, а другой - соответствующий собственной частоте .Е колебани1 монокристалла кварца, которая зависи. главным образом от температуры резонатора. Эти два сигнала поступают в миниатюрное специализированное цифровое вычислительное устройство, которое вырабатывает выходной сигналу (например, в виде двоичного кода измеряемой величины) как заданйую функцию сигналов Е и fg ..

3=(f fg ), причем функции F подбирается таким образом, что в выходном сигнала исключаются температурные ошибки, связанные с изменением температуры резон атора (2 1.

Одн ако из вестный способ уменьшения погрешностей частотных датчиков требует встраивания в конструкцию основного датчика давления вспомогательного датчика температуры, что приводит к существенному усложнению конструкции измерительного устройства.

994941 (у2) ат (s) П1

92= 9„

ДЕ а2 ДЮ2 а12 где Р дТ 11 22 12 21 о

" Р1

Формула изобретения

К1

Целью изобретения является увеличение точности измерений частотных датчиков физических величин с измерительными преобразованиями в виде упругих колебательных систем с распределенными параметрами без существенного усложнения конструкции этих датчиков

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения физической величины частотным датчиком путем возбуждения колебаний в измерительном преобразователе, выполненном в виде упругой колебательной ,системы с распределенными параметрами, и регистрации частоты этих колебаний, в упругой колебательной системе помимо колебания основной формы возбуждают колебаний нескольких различных дополнительных форм, число которых равно числу влияющих факторов, регистрируют собственные частоты каждой из возбуждаемых форм колебаний, и по отклонению квадратов этих частот от их номинальных значений судят дб истинном значении измеряемой физической величины. 25

Рассмотрим гипотетический струнный датчик давления, в котором измеряемое давление преобразуется сначала в силу натяжения струны, а затем в чнстоту низшей формы ее изгибных 30 колебаний.

Считаем, что помимо низшей формы изгибных колебаний в струне возбуждают также и одну из форм колебаний растяжения сжатия. Тогда для частот 35 и К2 указанных форм колебаний справедливы следующие формулы

2- Я2 а2 Р а224Т, (2!

2 2

2 20 21 измеряемое давление, отклонение фактической температуры T датчика от его 45 номинальной температуры Т„о „

ТнОм) частота низшей формы изгибных колебаний струны при

Р10 и T4Tz« 50 частот а н и зшей формы и з ги бных колебаний струны при

Р 0 H T=THO„„° постоянный безразмерный коэффициент, 60 начальное механическое напряжение в материале струны (т.е. напряжение при Р=О и

THON) f длина струны, 65 р1 — массовая плотность материала струны, а11 — постоянный коэффициент, площадь поперечного сечения струны, а12- постоянный коэффициент

Е2 - частота избранной форм колебаний растяжения-сжатия струны при РФО и ТфТ4, „„, -Г20- частота избранной формы колебаний растяжения- сжатия струны при Р=О и T--Т ном

2 2

20 2

) 2

К2 - постоянный коэффициент, y — приведенная массовая плотность колебательной системы > п12 — приведенная масса колебйтель ной си стемы.

Ясли используется лишь одна частота „, то измеряемое давление опре-:, деляется с ошибкой а„2 дТ. Если же для определения давлейия P использовать обе частоты, то давление P определяется следующей формулой, вытекающей Фз уравнений á1 и (7) причем в этом случае показания датчика не зависят от изменения температуры дТ.

В этой формуле введены обозначенИя

Способ измерения физической величины частотным датчиком путем возбуди дения колебаний в измерительном пре-, образователе, выполненном в виде упругой колебательной системы с распределенными параметрами, и регистрации частоты их колебаний, о т л и ч а ю—

994941

Составитель О.Сафонов

Редактор Н.Бобкова Техред М.Коштура Корректор И.Шулла

Заказ 628/26 . Тираж 8?1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 шийся тем, что, с целью уменьшения погрешностей, вызванных неизмеряемыми влияющими факторами, в упругой колебательной системе помимо колебания основной формы возбуждают колебания нескольких различных дополнительных форм, число которых равно числу влияющих факторов, регистрируют собственные частоты от каждой иэ возбуждаемых форм колебаний, и по отклонениям квадратов этих частот от их,номинальных значений судят от истинном значении измеряемой физической величины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин.

"Энергия", 1975, с. 35-39.

2. Проспект фирмы "So1atron", Англия, 1977.