Датчик давления и температуры

СОЮЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 09 З(5 И АНИЕ ИЗ тЕНИЯ 2 ОСУДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 862000,кл. 6 01 й 9/08, 1980,2. Авторское свидетельство СССР Р 851130,кл. 6 01 и 9/08, 1980 (прототип).. (54) (57) 1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий первичный преобразовательс двумя пьезорезонаторами, расположенными наупругом элементе и подключенными к двум ав.тогенераторам, смеситель и фазовый детектор,подключенный к входам двух усилителей черезфильтр низкой частоты, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона измерений дав.пения и температуры, в него введены два управ.ляемых кварцевых генератора и второй смеси.тель, при этом выход каждого иэ автогенерато-,ров через соответствующий смеситель подключенк фаэовому детектору, а вторые входы смесителей через управляемые кварцевые генераторыподключены к выходам усилителей.2. Датчик по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с я:тем, что в него введены два фильтра ниэкихчастот, включенные соответственно на выходахсмесителей,О1 10687Изобретение относится к контрольно-измери.тельной технике и предназначается для одновременного измерения давления и температуры.Известны датчики давления и температуры,содержащие два пьезорезонатора, подключенныек двум автогенераторам, и схему обработкиих сигналов, включающую смеситель 111.Недостатком таких устройств является низкаяточность измерений,Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результатуявляется датчик давления и температуры, содержащий первичный преобразователь с двумя пъезореэонаторами, расположенными на упругом элементе и подключенными к двум автогенераторам 15смеситель и фазовый детектор, подключепньшк входам двух усилителей через фильтр низкойчастоты 121,Однако дагшк отличается недостаточной точ.постыл измерений давления и температуры, атакже малым диапазоном измерений,Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона измерений давления и температуры.Поставленная цель достигается тем, что в дат чик давления и температуры, содержащий пер.винный преобразователь с двумя пьезорезонаторами, расположенными на упругом элементеи подключенными к двум автогенераторам,смеситель и фазовый детектор, подключенныйк входам двух усилителей через фильтр низкойчастоты, введены два управляемых кварцевыхгенератора и второй смеситель, при этом выходкаждого из автогенераторов через соответствующий смеситель подключен к фазовому детекто.ру, а вторые входы смесителей через управляемые кварцевые генераторы подключены квыходам усилителей.Кроме того, в датчик введены два фильтранизких частот, включенные соответственно навыходах смесителей. 401-1 а чертеже представлена фукнциональнаясхема датчика.Датшк давления и температуры содержитупругий элемент 1 с расположенными на немпьезоресонаторами 2 и 3, подключенными кавтогенераторам 4 и 5. Выходы автогенерато 45ров 4 и 5 через цепи, содержащие последовательно соединещгые, соответствегшо, смесители6 и 7, фильтры низких частот 8 и 9, связаныс входами фазового детектора 10, нагруженного на фильтр 11 низкой частоты, Выходпоследнего через усилители 12 и 13 подключенк управляющим входам управляемых кварцевых генераторов 14 и 15, связанных своимивыходами с вторыми входами смесителей,6 и 7 соответственно. 55Устройство работает следующим образом,Упругий элемент 1 подвергается одновременному воздействию давления и температуры где Хо и , - начальные значения частотуправляемых кварцевых генераторов 14 и 15;3 и 8. - крутизна характеристик управления генераторов 14 и 15;К и К - коэффициенты передачи усилителей 1 2 и 13 по постоянному току; А.О - приращение напряжения на:выходе фильтра 11 низкойчастоты в режиме синхронизма,системы фазовой автопод.стройки частоты, вызванноевоздействием давления на чув.ствительном элементе 1.Обеспечения вхождения системы фазовойавтоподстройки частоты в синхронизм, .т. е,50 2в месте измерения, Пьезорезонаторы 2 и 3,включенные в схемы автогенераторов 4 и 5,также подвержентодновременному действиюдавления и температуры, вследствие чего изме.няются их резонансные частоты, а следовательно, и частоты генерации автогенераторов 4 и 5,которые могут быть представлены системойлинеаризированных уравнений вида4 -оси + р1 т ". где - начальные значения частот пьезорезонаторов 2 и 3;К. К, - коэффициенты чувствительностипо температуре пьезо резонаторов2 и 3;К,К - коэффициенты чувствительностипо давлению пьезорезонаторов2 и 3;Р - давление;Т - температура,Для обеспечения работы датчика пьезорезонаторы 2 и 3 должны иметь одинаковые коэф.фициенты чувствительности по температуреи различные по давлению,Для обеспечения условия КАч = К- К вовсем диапазоне изменения измеряемых давленийи температур в схему введены управляемыекварцевые генераторы 14 и 15 с собственными частотами 1 и т 4, нагруженные на смесите.ли 6 и 7 соответственно. Поскольку на входысмесителей 6 и 7 подаются попарно частотыи т 2, т 4, а их выходы подключены квходам фазового детектора 10 через фильтрынизкой частоты 8 и 9, для частот 1 исигналов, воздействующих на фазовый детектор 10, получаема учитывая систему уравнений (1), имеем750 Рд 1 з = 8 Кл АОили84 а Оф Составитель Н, КизиловТехред М,Гергель Корректор А. ТяскоРедактор О. БУгиР Заказ 11450/35 Тираж 827 ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3 1068выполнения условия гл - 1, добиваются выбо.ром начальных значений частот 1 З и т 4 генераторов 14 и 15, управляемых напряжением АО,а также выбором величин и знаков коэффициентов 8, 84 и Кл, К 1. В этом режиме системауравнений (2) является системой уравнений,описывающих стационарное состояние такойдвухкольцевой системы фазовой автоподстройкичастоты, входящей в состав датчика давленияи температуры. Причем для режима синхронизма 10системы из уравнения (2) можно записать(3)КлтТ Кт,Ь-Фй+ЗЗ 1 ь 1 л лют Хог-Ом+ЗаКад О-ггР=О,При достижении режима,синхронизма системычастоты Х и 1 на входах фазового детектора10 оказываются пропорциональными воздействующей на упругий элемент 1 датчика темпера.туре и не зависят от давления Рл= Клт =у= Г.20Величина же давления Р определяется иэуравнения (2) в видед.ОЬд+З К,.О (Ь 4-Ы -З,К 7,аЦ1 ля 1 О25и оказывается пропорциональной приращениючастот управляемых кварцевых генераторов14 и 15 т. е. информацию о давлении можно сниматьнепосредственно с выхода одного иэ управляемых кварцевых генераторов 14 или 15,В отличие от иэвестног устройства уело. вне (3) в предлагаемом датчике выполняется не при одном единственном значении давления Р, а во всем диапазоне его изменений. Это достигается за счет того, что введение системы в режим синхронизма происходит не ю-за перестройки частоты основных автогенерато. ров 4 и 5, как известном устройстве, а путем вариации частот дополнительных генераторов 14 и 15, которые фактически выполняют роли двух гетеродинов, нагруженных на смеси- тели 6 и 7, на первые входы которых поступают сигналы с частотами с выходов основных автогенераторов 4 и 5, являющихся, как видно из системы уравнений (1), функциями юмеряемых царамегров Р и Т. В.результате этого удается избежать присущих известному устройству деформаций температурно-частотных харак. теристик пьезорезонаторов 2 и ." и тем самым добиться повышения точности измерения и диапазона измеряемых давлений.