Емкостный цифровой преобразователь давления

2 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения(56) 1. Авторское свидетельство СССР й 751226, кл.( 01 й 27/00.2, Авторское свидетельство СССР по заявке 1" 2842835/18-10, кл . С, 019/12, 1979 (прототип) . (54)(57) ЕМКОСТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий дифференциальный емкостный чувствительный элемент, две схемы с управляемы" ми аналоговыми ключами, компаратор и последовательно соединенные двоичный счетчик, источник опорного"напряжения, интегратор, схему выделения импульса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности путем повышения уровня дискретизации, в него введен частотно-вре" менной преобразователь., в частотно- зависимую цепь которого через управляемые аналоговые ключи включен дифференциальный чувствительный элемент, причем две схемы выполнены в виде последовательно соединенных двух логических схем И-НЕ, один из входов,.- которых соединен с выходом предыдуще- а го .разряда двоичного счетчика, а дру; гой - соответственно с прямым и ин версным выходами последующего разряда двоичного счетчика.С:1 1030Изобретение относится к измери,тельной технике, а именно к устройствам контроля давления с использованием цифровых преобразователей емкостного типа5Известно устройство для измерениядавления, содержащее дифференциальный чувствительный элемент и схемупреобразования в сигнал постоянноготока 1 1,10Недостатком этого устройства является невозможность передачи выходного сигнала на значительные расстояния, а также невозможность подключения датчика непосредственно к ЦВМ . 1Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является устройство, содержащее дифференциальный емкостный чувствительный элемент,генератор высокой частоты, интегратор, двоичный счетчик с И количеством разрядных выходов., два аналоговых управляемых ключа, две схемы управления аналоговыми ключами, источник опорных напряжений, реверсивныйсчетчик, схему выделения импульса,регистр, компаратор и схему И, причем входы аналоговых управляемыхключей соединены с соответствующимивьходами емкостного чувствительного30э.пемента, управляющие входы аналоговых управляемых ключей соединены свыходами соответствующих схем управления аналоговыми кпючами, разрядныевыходы реверсивного счетчика соединены с информационными входами регистра, а выход интегратора соединенс входом компаратора 2 1,Недостатком известного устройстваявляется недостаточно высокая точность вследствие значительного влияния входных параметров интегратора,выполненного в аиде операционногоусилителя,Целью устройства является повышение точности измерения за счет повышения уровня дискретизации.Указанная цель достигается тем,что в устройство для измерения давления, содержащее дифференциальньй емкостный чувствительный элемент, двесхемы с управляемыми аналоговыми ключами, компаратор и последовательносоединенные двоичный счетчик, источник опорного напряжения, интегратор,схему выделения импульса, введен 55частотно-временйой преобразовательв частотно-зависимую цепь которогочерез управляемые аналоговые ключи включен дифференциальный чувствительный элемент, причем две схемыуправления выполнены в аиде последовательно соединенньх двух логическихсхем И-НЕ, один иэ входов которыхсоединен с выходом предыдущего разряда двоичного счетчика, а другой - соответственно с прямым и инверснымвыходами последующего разряда двоичного счетчика,На чержете изображен емкостныйцифровой преобразователь давления,Устройство, содержит дифференциальный емкостный чувствительный элемент1, два аналоговых управляемых ключа2 и 3, частотно-временной преобразователь , двоичный счетчик 5, двесхемы 6 и 7 управления аналоговымиключами, источник 8 опорных напряжений, интегратор 9, компаратор 10,схему И 11, реверсивный двоичныйсчетчик 12, регистр 13, устройствовыделения одиночного импульса.Дифференциальный емкостный чувствительный элемент 1 содержит двегерметичные секции, связанные каждая со своим источником давления,а электрически он представляет собойдва конденсатора С и С , имеющиеотдельные неподвижные электроды и общий подвижный,Неподвижные электроды чувствительного элемента 1 подключены к входамключей 2 и 3, выходы которых соединены с частотно-временным преобразователем 4, Управляющие электродыключей 2 и 3 соединены соответственно с выходами схем 6 и 7 управлениячастотно-временного преобразователяч и подключены к входу счетчика 5.Выход предыдущего (М)-го разрядасчетчика 5 соединен с входом источника 8 опорных сигналов. Выход источника 8 соединен с входом интегратора 9, который своим выходом соединен с входом компаратора 10. СхемаИ 11 имеет три входа: один из нихсоединен с выходом частотно-временного преобразователя 1, второй - свыходом (й)-го разряда счетчика 5,а третий - с выходом компаратора 10,Выход схемы 11 соединен со счетнымвходом реверсивного счетчика 12.Управляющий вход счетчика 12 соединенс инверсным выходом последующегой-го разряда счетчика 5, Информационные входы регистра 13 соединеныс выходами соответствующих разрядовсчетчика 12, а вход разрешения запи з 10306 си подключен к выходу устройства 14 выделения импульса. Один вход устройства 14 соединен с выходом частотно-временного преобразователя 4, второй - со старшим й разрядом счетчика 5, а третий - с выходом компаратора 10.Емкости чувствительного элемента ; 1 определяются выражениями/где Е - диэлектрическая проницаемосткжидкости, заполняющей чувствительный элемент;площадь электродов; 15д - расстояние между подвижнымиэлектродами .при давлениях1 2х - величина перемещения диафрагмы. 2 ОУстройство работает следующим образом.В исходный момент времени к частотно-временному преобразователю 4подключен конденсатор С , т.е, ключ 25 2 замкнут, а ключ 3 разомкнут, тогда длительность импульсов на исходе преобразователя 4 будет пропорциональная емкости С 1.Т =1 С(3), где 1 - коэФфициент, учитывающий параметры схемы генератора. На выходе (М)-го разряда счетчика, 5 потенциал, близкий к нулю, а на выходЪ источника опорных сигналов З 5 соответственно будет положительное напряжение. С интегратора 9 на вход компаратора 10 будет поступать линейно изменяющееся напряжение. Этот процесс будет продолжаться до тех 40 пор, пока потенциал на выходе (И)-го разряда не изменится на более высокий, При этом на выходе источника 8 напряжение становится отрицательным и процесс интегрирования меняет свое направление, Одновременно с этим на выходе устройства 7 управления появится высокий потенциал, ключ 3 замкнется и конденсатор С 2 тоже окажется подключенным к частот но-временному преобразователю 4, на счетный вход реверсивного счетчика 12 начинают поступать импульсы, На управляющем входе реверсивного счетчика 12 будет высокий потенциал с ин версного выхода й-го разряда счетчика 5, так что реверсивный счетчик 12 будет работать в суммирующем режиме,82 4Этот процесс будет продолжаться дотех пор, пока напряжение на выходеинтегратора 9 не сравняется с нулем.При этом компаратор 10 срабатывает,уровень сигнала на его выходе становится низким, схема И 11 закрывается и счетные импульсы перестают поступать на вход реверсивного счетчика 12. Число импульсов, поступившихв реверсивный счетчик, определяетсявыражениемгде И - число, соответствующее нали 1чию линейнопадающего напряжения на интеграторе,Как только на выходе счетчика 5появится высокий потенциал, на выходе Й-го разряда ключ 2 размыкается,а на выходе интегратора 9 снова появится линейнопадающее напряжениеи весь процесс повторится. Посколькуна инверсном выходе й-го разрядасчетчика 5 потенциал станет близкимк нулю, реверсивный счетчик 12 припоступлении на него счетных импульсов будет работать в режиме вычитания, Число импульсов, соответствующее интервалу времени вычитания,определяется выражениемя 2На выходе реверсивного счетчикак моменту срабатывания компараторабудет записано числоС,-С, м-.1 (6)С +С1 2В момент срабатывания компараторас устройства 14 выделяется импульс,который разрешает запись в регистр13После полного заполнения счетчика 5 процесс повторяется.Учитывая, что величина Х пропорциональна дифференциальному давлению д Р=Р- Р 1, и решая совместно выражения (1), (2) и (6), получимдМ = 2(7)Таким образом, число, хранящеесяв регистре, будет линейно зависетьот величины перемещения диафрагмы,т.е.величины дифференциаль ного давления Ь .В предложенном устройстве отсутствуют ограничения для получения высокой точности измерения дифференциального давления, так как отсутствуют ограничения на разрядность выходной информации за счет исключениявлияния входных параметров интегратора,