Способ измерения физической величины частотным датчиком

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоаетскикСоциалистйческикРеслублкк(22) Заявлено 06.01. 78 (21) 2589512/18-10МКЯ.з с присоединением заявки й 9 С 0111/00 Государственный комитет С.СС Р ио делам изобретений и открытийДата опубликования описания 070233 И.А.Горенштейн, В.Г.Кравцов, И.В.Корольков и В .ЗогеВф-.,тт(71) Заявитель 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ ЧАСТОТНЫМДАТЧИКОМ Изобретение относится к,измерительной технике и может быть использовано при создании частотных датчиков, различных физических величин давлений, температур и массовых плотностей жидких и газообразных сред и др. с измерительными преобразователями в виде упругих колебательных систем с распределенными параметрами 10 (струны, пластины, оболочки и т,д.).Известны способы уменьшения погрешностей (например, температурных) частотных датчиков физических величин, требующие использования дополнительных датчиков 1 ,.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 частотных измерительных сигнала: один - соответствующий собственной частотеизгибнрхколебаний тонкостенного цилиндрического резонатора, которая зависит преимущественно от измеряемого давления, а другой - соответствующий собственной частоте Е колебани 1 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 заданную функцию сигналов Е и Г3=(К Е),причем функции 1 подбирается таким образом, что в выходном сигнала исключаются температурные ошибки, связанные с изменением температуры резонатора 2 .Однако известный способ уменьшения погрешностей частотных датчиков требует встраивания в конструкцию основного датчика давления вспомогательного датчика температуры, что приводит к существенному усложнению конструкции измерительного устройства.о 1Ь р Формула изобретения Целью изобретения является увеличение точности измерений частотныхдатчиков физических величин с измерительными преобразованиями в виде упругих колебательных систем с распределенными параметрами без существенного усложнения конструкции этих датчиковПоставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения физической величины частотным датчикомпутем возбуждения колебаний в измерительном преобразователе, выполненном в виде упругой колебательной,системы с распределенными параметрами, и регистрации частоты этихколебаний, в упругой колебательнойсистеме .помимо колебания основнойФормы возбуждают колебаний нескольких различных дополнительных Форм,число которых равно числу влияющихФакторов, регистрируют собственныечастоты каждой из возбуждаемых формколебаний, и по отклонению квадратовэтих частот от их номинальных значений судят дб истинном значении измеряемой Физической величины. 25Рассмотрим гипотетический струнный датчик давления, в котором измеряемое давление преобразуется сначала в силу натяжения струны, а затемв частоту низшей формы ее изгибных 30колебаний,Считаем, что помимо низшей формыизгибных колебаний в струне возбуждают также и одну из форм колебанийрастяжения сжатия. Тогда для частот 35и Я 2 указанных форм колебанийсправедливы следующие форьулы 2= Е 2 +С 2 Р+а 224 Т, (2 2 2 2 20 21 измеряемое давление,отклонение фактической температуры Т датчика от его 45 номинальной температуры То йТ= Т Тном)частота низшей Формы изгибных колебаний струны при Р 10 и Т 4 Тно , 50 частота низшей формы изгибных колебаний струны при Р=О и Т=Тно.постоянный безразмерный коэффициент, 60 начальное механическое напряжение в материале струны т,е. напряжение при Р=О и Т=Тв);длина струны, 65 р 1 - массовая плотность материала струны,а 11 - постоянный коэффициент,ау 2) К 14 = = 1 411 а О.,2р, Б площадь поперечного сечения струны,а - постоянный коэффициент Е 2 - частота избранной формы колебаний растяжения-сжатияструны при РФО и ТТощ, .Г - частота избранной формыколебаний растяжения-сжатияструны при Р=О и Т=ТНОМ г 2 220 2Р 2К 2 - постоянный коэффициент, р - приведенная массовая плотность колебательной системып 12 - приведенная масса колебйтель ной си стемы,Ясли используется лишь одна частота, то измеряемое давление опре- ,деляется с ошибкой а 2 дТ. Если жедля определения давлейия Р использовать обе частоты, то давление Р определяется следующей формулой, вытекающей Фз уравнений б 1 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 -Заказ 628/26 . Тираж 871 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва ЖРаушская наб., д,4/5Филиал ППП фПатентф, г.ужгород, ул.Проектная, 4 щ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешностей, вызванных неизмеряемыми влияющими факторами, в упру-.гой колебательной системе помимо колебания основной Формы возбуждают колебания нескольких различных дополнительных Форм, число которых равночислу влияющих факторов, регистрируют собственные частоты от каждой иэвозбуждаемых форм колебаний, и по отклонениям квадратов этих частот от их,номинальных значений судят от истинном значении измеряемой Физическойвеличины. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Туричин А.М. Электрические измерения неэлектрических величин.ПЗнергияф, 1975, с. 35-39.2. Проспект фирмы "5 о 1 айгоп",Англия, 1977,