Дифференциальный измеритель давлений

Союз Советских Социалистических РеспубликО П И С А Н И Е п 1 во 15 взИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 61) Дополнительное к авт, свид-ву(53) М, Кл.6 О 1 1. 1 З/О присоединением заявки Государственный иомитет Совета Министров СССР по делам иаооретений н открытнй(53) УДК 531.787(088.8 ублнковано 05 ата опубликования опнсания 14,С 3.7 72) Автор изобретени А. Соломоник(71) Заявител НЦИЛЛ ЬН Ы Й ИЗМЕ РИТЕЛ ЬД 3 В 1 Е НИИ 4) ДИффЕ Изобретение о предназначенным давлений, и може носитсяля реги быть исполь оиствам,и перепадоовано при к уст страц к 1, Сочетание прчмого пъезоэлектричес ого и электрострикционного эффектов вызывает значительную нелинейность преобразования разности давлений в электрический сигнал, так как в электрострикционном преобразователе поляризация пропорциональна квадрату приложенного механического 25 напряжения. гаиболе И ис вуюших ус ехнической ьный измер ности является олизким дилере на мето лений с основанныи разности да рных пьезсте цта Ту е пр ния ямого изб п щью двухх датчико электричес испытаниях двигателей внутреннего сгоранияс разделенной камерой сгорания.Известны устройства для измерения разности быстроменчющихся давлечий, содержащие два пьезокварцевых датчика давленияодинаковой чувствительности с кварцевымистолбиками противоположной поля".ности 11Общим недостатком подобных устройствявляется то, что, во-первых, выравниваниечувствительноси датчиков согряжено созчачительными трудностями и, во-вторых,датчики с противополярными кварцевымистолбиками должны быть изготовцень 1 поособому заказу только для производстваэтого вида измерений,Зтот измеритель содержит два пьезокварцевых дат:ика с одинаковой полярностью чувствительных элементов, воспринимающих подводимые давления два электрострикционных преобразователя, преобразующих сигналы датчиков давления в механические импульсы, пропорциональные разности давления; выходной преобразователь механических импульсов в электрический сигнал, выполнен10 ный в различных модификациях в виде пьезоэлектрического, магнитострикционного или пьезорезистивного преобразователя,Измеритель разности давлений, описанный в этом патенте 2, обладает следую шими основными недостатками;2. Хотя этот измеритель и позволяет использовать датчики давления и вторичные (регистрирующие) приборы типовой конструкции, между ними должно быть применено дополнительное опециальное устройство (эдектрострикционный и выходной преобразователи), изготовление которого сопряжено со значительными трудностями конструктивного и технологического характера.Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции, повышение точности и расширение функциональных возможностей измерителя. 10 Работает устройство следующим образомПод воздействием абсолютных давлений Р 1иР пьезодатчики генерируют электрические заряды Яи Я 2, полностью поступающиесоответственно в конденсаторы 6 и 7, есликоэффициент усиления электрометрическогоусилителя 3 велик, Если принять следующие обозначения;Ь, и Б, - чувствительности по заряду датчиков 1 и 2,ь и С, - емкости конденсаторов 6 и 7,2К - коэффициент усиления разомкну-И 1о 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 давления30 содержит два пьезодатчика 1 и 2, электро- метрический операционный усилитель 3 постоянного тока, делитель 4 напряжения, инвертируюший усилитель 2 и конденсаторы би 7.Датчики давления 1 и 2 подключены ко входам электрометрического усилителя 3, выходной сигнал которого через делитель 4 напряжения подведен ко входу инвертируюшего усилителя 5. Выход усилителя 5 яв 40 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 - коэффициент передачи делителя4 напряжения,К - коэффициент усиления усилите 2ля 2 с обратной связью,то:при Р = О выходное напряжение измери 2теляО = - . - при К1,Вых СК 1о при Р = О выходное напряжение измеригеляО-- пРи КоФ2 К 2ВЫХ С 0 Кучитывая, что 7 = 5 Ц2 2 2получаем выражение для выходного напряжения измерителя при одновременном воздействии давлений Р 1О и Р 2О:дкгОВых С КОтсюда следует, что удовлетворив легко выполнимые условия - = 1, равновесие изККмерителя при применении датчик.в с неодинаковой чувствительностью Ь Ь 2), подвергнутых воздействию одинаковых давлений (Р =Р ) обеспечивается приЯ 7=А52 С 2где А - некоторое число.Зто означает, что путем изменения глубины той или иной ветвей емкостной обратной связи можно осуществить балансировку измерителя при любых соотношениях чувствительности примененных датчиков давления.Для сбалансированного измерителя в режиме измерения перепада давлений РР РО, Р 2 Ф О выражение (1) принимает вид:ЗЫх ( 2 (2)Таким образом, выходное напряжение пропорционально искомой разности давлений. Как видно из фиг. 2, выполнение условий К ъ) 1 и К =К, при котррых должна2осуществляться балансировка измерителя, легко обеспечивается, так как К 10Я +3 34Х =Я 2 2 ЯЗИспользование операционного усилителя постоянного тока с электрометрическими входами, делителя напряжения, инверти601583 ПИ Заказ 1651/6 Тираж 1112 Подписное илиал ППП "Патент, г. Ужгород, уп. Проектная рующего усилителя и двух ветвей емкостной отрицательной обратной связи отличает предлагаемый дифференциальный измеритель давления от прототипа и позволяетреализовать дифференциальный метод измерения применительно к электрической, ане к механической величине. Благодаряэтому конструкция измерителя существенно упрощается; погрешности, вносимыевходной цепью снижаются; номенклатуравыполняемых измерителем измерений давления расширяется, так как он сохраняетработоспособность прй переходе от дифференциального режима измерения перепадов быстроменяющихся давлений к измерению абсолютных давлений, подводимыхк любому из двух датчиков,формула изобретенияДифференциальный измеритель давлений,содержащий два пьезокварцевых датчикадавления, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерения упрощения конструкции и расширения г.,ункциональных возможностей, он содержитэлектрометрический операционный усилительпостоянного тока с инвертируюшим и неинвертирующим входами, делитель напряжения,инвертируюший выходной усилитель и двецепи емкостной обратной связи, причем пьезодатчики подключены к соответствую 1 цимвходам электрометрического усилителя, выход его через делитель напряжения подключен ко входу выходного усилителя, а цепиобратной связи включены соответственномежду инвертируюшим входом и выходомэлектрометрического усилителя и между егонеинвертирующим входом и выходом выходного усилителя.Источники информации, принятые во вимание при экспертизе:1. Волчек П, Я. Методы измерений вдвигателях внутреннего сгорания, М.,1955. с. 141.2. Патент США М 3299711,кл. 73-398, 1967.