Датчик давления и температуры

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) И 1) 51) 001 Ь ЗОБРЕТЕНИ ИОАН ЕЛЬСТ АВТОРСКОМ,Ф С.85. Бюл. 4олпаков, Е,А,и В.А.Писарев овский ордена й институт им Милькевич енина(5 з гвны в Жает СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 53) 531 .787(088 .8)56) 1.Авторское свидетельство СССР 1068750, кл. С 01 1 9/08, 1984.4)(57) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАУРЫ по авт.св.1068750, о т л и- а ю щ и й с я тем, что, с целью овышения точности и расширения инамических диапазонов измерений а счет введения силовой компенсаии и устранения гистерезиса, в нео введены арифметическое устройсто, два преобразователя частота-код ва компаратора, входами подключене к выходу фильтра низкой частоты последовательно соединенные реерсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, управляемый источник тока и расположенный центросимметрично по отношениюк первичномупреобразователю электромагнитныйпреобразователь тока в силу, содержащий соленоид, соединенный с управляемым источником тока, и размещенный в нем ферромагнитный сердечникс металлическим штоком, механическисвязанный с упругим элементом первичного преобразователя, причемвход первого преобразователя частота-код связан с восходом одного иэсмесителей, а первый вход второгопреобразователя частота-код - с выходом одного из управляемых кварцевых генераторов, выход арифметического устройства подключен к второму входу второго преобразователячастота-код, а суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчикаподключены каждый одновременно квыходу соответствующего компарато-.ра и раздельным входам арифметического устройства.Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначается для одновременного измерения давления и температуры.По основному авт.св. 9 1068750 известен датчик давления и температуры, содержащий первичный преобразователь с двумя пьезорезонаторами, расположенными на упругом элементе и подключенными к двум авто- генераторам, смеситель и фазовый 10 детектор, подключенный к входам двух усилителей через фильтр низкой час" тоты. С целью повышенияточности измерений и расширения диапазона измерений давления и температуры в 15 1 датчик введены два управляемых кварцевых.генератора и второй смеситель, при этом выход каждого иэ автогенераторов через соответствующий смеситель подключен к фазовому детектору, а вторые входы смесителей через управляемые кварцевые генераторы подключены,к выходам усилителей, причем в него дополнительно введены два Фильтра низкой частоты, .подключенные соответственно на выходы смесителей 11.Цель изобретения - повышение точности и расширение динамических диапазонов измерений за счет введения силовой компенсации и устранения гистерезиса. Поставленная цель достигается тем, что в датчик давления и температуры введены арифметическое устройство, два преобразователя частота-код,два компаратора, входами подключенные к выходу фильтра низкой частоты, и последовательно соединенные реверсивный счетчик, 4 О преобразователь код-напряжение, управляемый источник тока и расположенный центросимметрично по отношению к первичному преобразователю электромагнитный преобраэова тель тока в силу, содержащий соленоид, соединенный с управляемым источником тока, и размещенный в нем ферромагнитный сердечник с металлическим штоком, механически свя О занный с упругим элементом первичного преобразователя, причем вход первого преобразователя частота-код связан с выходом одного иэ смесителей, а первый вход второго преобразователя частота-код - с выходом одного из управляемых кварцевых генераторов, выход арифметического устройства подключен к второму входу второго преобразователя частотакод, а суммирующий и вычитающий ф входы реверсивного счетчика подключены каждый одновременно к выходу соответствующего компаратора и раздельным входам арифметического устройства. 65 На фиг,1 представлена функциональная схема датчика; на фиг.2пример реализации первичного преобразователя; на фиг.3 - поясняетсяпринцип формирования в датчике характеристики преобразования по дав-.лению,Датчик содержит первичный преобразователь 1 с двумя пьезорезонаторами2 и 3, расположенныки на упругомэлементе, выполненном в виде,мембраны с жестким центром. Пьезорезонаторы 2 и 3 подключены к автогенераторам 4 и 5, нагруженным на первыевходы смесителей 6 и 7 соответственно, выходы которых подключены кфазовому детектору 8. Выход фазового детектора 8 через Фильтр 9 низкой частоты подключен к управляемымкварцевым генераторам 10 и 11 черезусилители 12 и 13. Выходы кварцевыхгенераторов 10 и 11 подключены соответственно ко вторым входам смесителей 10 и 11, образуя тем самымдвухкольцевую схему автоматическойподстройки частоты пьезорезонаторов 2 и 3, являющейся системой обработки двумерных информационныхчастотных сигналов на,выходах автогенераторов 4 и 5., К выходу смесите=.ля 6 подключен преобразователь 14.частота-код, второй преобразователь15 частота-код первым входом подключен к выхоцу управляемого кварцевого генератора 10, а вторым входомсоединен с последовательно включенными арифметическим устройством 16,подключенным к суммирующим и вычитающим входам реверсивного счетчика17, преобразователем 18 код-напряжение, управляемым источником 19тока, электромагнитным преобразователем 20 тока в силу, содержащемсоленоид 21 ферромагнитный сердечник с металлическим штоком 22, механически связанный с упругим зле.ментом. Компараторы 23 и 24 входами подключены к выходу фильтра 9низкой частоты, а выходами - к суммирующему и вычитающему входамреверсивного счетчика 17 соответственно.Датчик давления и температуры работает следующим образом.Пьезорезонаторы 2 и 3, размещенные на упругом элементе первичногопреобразователя 1, воспринимаютодновременное воздействие давленияи температуры. Двухконтурной схемойобработки сигналов пьезорезонаторовобществляется преобразование ихсигналов в пропорциональное изменение частоты. Информация о температуре снимается с выхода смесителя 6и преобразователем 14 частота-кодпредставляется в кодовой формевР) Информация о давлении снимается с выхода управляемого кварцевого генератора 10 и преобразователем 15 частота-код представляется в кодовой форме.Уровень срабатывания компаратора23 верхнего уровня выбирается соответствующим такому приращению выходного сигнала фильтра 9 низкойчастоты, которое может быть вызванодавлением воздействующим на пьезорезонаторы 2 и 3 по величине в 34 раза меньшим уровня их механической прочности, причем это давлениесоответствует величине измеряемогодавления, равного Р (фиг.З), Уровень срабатывания компаратора 24нижнего уровня соответствует напряжению на выходе фильтра 9 низкойчастоты при .нулевом давлении на входе датчика. Поэтому в диапазонеизмеряемых давлений О-Р, цепь силовой ком-сенсации не работает. 2При достижении величины измеряемого давления Р большей величины Р .срабатывает компаратор 23 верхнего1 уровня, единичный импульс с которого заносится в реверсивный счетчик 17 в виде двоичной единицы,суммируемой с имеющимся в счетчике17 значением выходного кода п(Р),который при работе датчика в диапазоне О-Р равен нулю. Изменение З(выходногО кода счетчика 17 преобразователем 18 код-напряжение преобразуется в соответствующее приращение напряжения, а затем управляемымисточником 19 тока - в ток. Протекание тока по соленоиду вызывает.35перемещение сердечника со штоком 22,который, воздействуя на мембранупреобразователя 1, возвращает егов исходное состояние, соответствующего отсутствию измеряемого давления 4 О(фиг,За) . В этом случае для обеспечения на выходе второго преобразо.вателя 15 частота-код показаний кода,соответствующих не нулевому давлению, а фактическому - Р, (фиг.Зб), 45выходной импульс компаратора 23 верхнего уровня параллельно,с записьюв реверсивный счетчик 17 поступаетна первый вход арифметического устройства 16, обеспечивающего в памяти второго преобразователя 15 частота-код значения кодаН(Р, ), атакже суммирование с этим постоянньмкодом текущего кода Й (Р) при работедатчика в диапазоне давлений Р 1-Р1 2 фгде для выходного кода получаютй(Р) =Я(Р )+В (Р) . При дальнейшемповышении измеряемого давления аналогично происходит переход в следующий подциапазон характеристики преобразования, соответствующий диапазону измеряемых давлений от Рдо Рз(фиг.Зб), где для выходного кода имеют И(Р) =.М(Р, )+М(Р )+И,(Р) и т,д.Необходимое число поддиапаэонсв определяется требуемым динамическим диапазоном датчика по давлению и характеристикам преобразователя 20 тока в силу. При обратном движении по характеристике преобразования (фиг.З), т.е. при уменьшении измеряемого давления от Р=Р до Р = О, при прохождении точек характеристики преобразования датчика, соответстВующих давлениям Р Рз,Р,Р происходит срабатывание уже компаратора 24 нижнего уровня, импульсы с.:выхода которого поступают на вычйтающий вход реверсивного счетчика 17 и уменьшают значение двоичного кода на выходе счетчика. В соответствии с этим уменьшается уровень постоянного напряжения на выходе преобразователя 18 код-напряжение а гакже уменьшается ток управляемого источника 19 тока, питающего электромагнитный преобразователь 20 тока в.силу. Это приводит к снижению кфапенсирующего усилия, передаваембго посредством штока на мембрану. Кроме того, выходные импульсы компаратора 24 нижнего уровня поступают на второй вход арифметического устройства 16, вследствие чего зтс устройство производит посЛедовательное вычитание из выходного кода И(Р), имеющегося во втором преобразователе 15 частота-код постоянных значений кода И(Р),Б(Р ),И(Р) соответствующих уровням измеряемого давления Р, РР .Импульс, получаемый на выходе компаратора 24 нижнего уровня при достижении давлением Р нулевого значения, не оказывает влияния на работу устройства, поскольку и код И(Р) на выходе второго преобразователя 16 частота-код и код на выходе реверсивного счетчика в этом случае имеют нулевые значения,Введение цепи силовой компесации с соответствующими поддиапазонами преобразования давления(фиг.З) позволяет задавать на апре" деленном уровне величины максимальных упругих напряжений в местах крепления пьезорезонаторов, снижаятем самым влияние гистерезисныхявлений в первичном преобразователе. Это, в свою очередь, дает воз"можность повысить точностьизмерения не только давления, но и температуры, поскольку в датчике инФормация об этих параметрах получается путем обработки двумерныхчастотных сигналов.11373 б 1 Составитель Н.КизиловН,Киштулинец ТехредТ.Дубинчак. Корректор М.Максимишине а писное наб., д,4/5 фил л ППП ,Патент, г,Ужгород, ул.Проектная Заказ 10513/31 ВНИИПИ Гос по делам 113035