Измеритель давления

(51) 4 С 01 12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЦИБд. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Турчин А.М. и др. Электрические измерения неэлектрических величин. Л.:Энергия, 1975, с.297.Авторское свидетельство СССР У 521483, кл. С 01 Ь 9/12, 1978. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений за счет повыше" ния быстродействия. При воздействии давления на внешнюю поверхность мембраны преобразователя происходит изменение его емкости между электродом и корпусом, что приводит к нарушению. балансировки цепи и появлению тока в цепи нагрузки диодов, величина напряжения в которых определяется изменением импульса зарядного тока в цепи преобразователя, при дей-, ствии давления относительно состоя" ния начального равновесия. Напряжение с выходов диодов после фильтрации несущей частоты поступает на вход усилителя. Оно пропорционально измеряемому давлению. 2 з.п.ф-лы. а 1 илюФИзобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения давления, и можетбыть использовано в гидродинамике,медицине, при моделировании теченийжидкостей,Целью изобретения является повышение точности измерений за счет повышения быстродействия.На чертеже изображена блок-схемаизмерителя давления.Измеритель давления содержит емкостный преобразователь 1 давления,состоящий из электрода 2, выполненного в виде сФерического сегмента,,и мембраны 3, закрепленных в корпусе4, первый и второй диоды 5 и 6, параллельно соединенные первые резистор 7 и конденсатор 8, параллельносоединенные вторые резистор 9 и конденсатор 1 О, источник 11 переменногонапряжения и усилитель 12, выход которого является выходом 13 измерителя давления. Измеритель давления содержит параллельно соединеннше третьирезистор 14 и конденсатор 15, причемэлектрод 2 преобразователя 1 давления через последовательно соединенные первый и второй диоды 5 и 6 соединен с одними выводами соединенныхмежду собой вторых резистора 9 и1конденсатора 10, подключенных вторыми выводами к корпусу 4, подсоединенному через первые резистор 7 и конденсатор 8 к электроду 2 преобразователя 1, подключенному также черезпоследовательно соединенные первыйдиод 5 и источник 1 переменного напряжения к соединенным между собойвходу усилителя 12 и одним выводамтретьих резистора 14 и конденсатора15, подсоединенных вторыми выводамик корпусу 4, при этом первый конденсатор 8 выполнен в виде емкости:электрод 2-корпус 4 преобразователя1., второй конденсатор 10 выполненв виде конденсатора с переменной емкостью, третий резистор 14 выполненв виде входного сопротивления усили. теля 12, величина которого связанас реактивным сопротивлением третьегоконденсатора 15 следующим соотношением:(где Х, - реактивное сопротивлениетретьего конденсатора 15на частоте Е источника 11переменного напряжения; К, - сопротивление третьего резистора 14,Х- реактивное сопротивлениетретьего конденсатора 155 на частоте Р-сигнала источникапеременного напряжения,а величины сопротивлений К первого,ги второго резисторов 7 и 1 О выбраны1 0 рав ными и связаны с величиной сопротивления К третьего резистора 1 4 ,часто той . Г сигнала источника 1 1 переменно го напряжения , радиусом г сф еры сегмента , высотой Ь сФерич е ско го1 5 сегмента поверхности неподвижногоэлектрода 2, толщиной й и ди элек триче ской проницаемо с тью Е материаламембраны 3 со о тношением :К с к120 " 2 О, 9 211 гЬЕ АГдКроме того, в измерителе, давления источник 1 переменного напряжения содержит последовательно соеди 25 ненныегенератор 16, триггер 1 митта17, счетный триггер 18 и ключевойэлемент 19, подключенный к шинам 20питания, трансФорматор 21, соединенный выводами первой обмотки через30 конденсатор 22 и непосредственно свыходами ключевого элемента 19, причем выводы второй обмотки трансформатора 21 являются выходами источника 11 переменного напряжения.Ключевой элемент 19 содержит первый 23 и в горой 24 транзисторы, подключенные базовыми выводами черезпервые резисторы 25 к выходам счет 1ного триггера 18, эмиттерными выво 40 дами - к одной из шин 20 питания иколлекторными выводами - к выходамключевого элемента 19 через первыедиоды 26, причем ключевой элемент19 подключен выходами через вторые45 диоды 27 к коллекторным выводамтретьего 28 и четвертого 29 транзисторов непосредственно и черезвторые резисторы 28 к базовым выводам четвертого 29 и третьего 2850 транзисторов соответственно, приэтом эмиттерные выводы третьего 28и четвертого 29 транзисторов подсоединены к второй шине 20 питания.При отсутствии избыточного давле 55 ния на поверхность мембраны 3 преоГразователя 1 баланс схемы измерителя давления осуществляется следующимобразом. На схему диодного детекто 1267181ра, содержащую мембрану 3, электрод 2, корпус 4 преобразователя 1 давления, диоды 5 и 6, резисторы 7 и 9, балансирующий конденсатор 10, конден сатор 15 и резистор 14, с выходавторичной обмотки трансформатора 21 поступает знакопеременное напряжение от шин 20 питания через открытые транзисторы 23, 29 (24, 28) ключевого элемента 19, При равновесии детек- тора в составе тока нагрузки отсутствуют постоянная составляющая и на,пряжение на выходе измерителя давления, что обеспечивается выполнением равенства абсолютных значений вольтсекундныхинтегралов положительного и отрицательногополупериодов напряжения источника и равенства полных сопротивлений: в положительный полупериод напряжения источника - диода 5, параллельной цепи из резистораи преобразователя 1, в отрицательный полупериод - диода 6, параллельной цепи иэ резистора 9 и балансировочного конденсатора 1 О.Устройство работает следующим образом.При воздействии давления на внешнюю поверхность мембраны 3 преобразователяпроисходит изменение его емкости между электродом 2 и корпусом 4, что приводит к нарушению балансировки цепи и появлению тока в цепи нагрузки диодов 5 и 6, величина напряжения в которых определяется изменением импульса зарядного тока в цепи преобразователя 1 давления, при действии давления относи- тельно состояния начального равновесия. Напряжение с выходов диодов 5 и 6 после фильтрации несущей частоты поступает на вход усилителя 12. Оно пропорционально измеряемому давпению.Формула изобретения1, Измеритель давления, содержащий емкостный преобразователь давления, состоящий иэ электрода, выполненного в виде сферического сегмента, и мембраны, закрепленных в корпусе, первый и второй диоды, параллельно соединенные первые резистор и конденсатор, параллельно соединенные вторые резистор и конденсатор, источник переменного напряжения и усилитель, выход которого является выходом измерителя давления, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности. измеренияза счет повышения быстродействия,в него введены параллельно соединенные третьи резистор и конденсатор,причем электрод преобразователя давления через последовательно соединенные первый и второй диоды соединены с одними выводами соединенных 10 между собой вторых резистора и конденсатора, подключенных вторыми выводами к корпусу, подсоединенномучерез первые резистор и конденсаторк электроду преобразователя, подклю ченному также через последовательносоединенные первый диод и источникпеременного напряжения к соединенным между собой входу усилителя иодним выводам третьих резистора и 20 конденсатора, подсоединенных вторыми выводами к корпусу, прц этом первый конденсатор выполнен в виде ем"кости: электрод - корпус преобразователя, второй конденсатор выполнен 25 в виде конденсатора с переменной емкостью, третий резистор выполнен ввиде входного сопротивления усилителя, велцчцца которого связана среактивным сопротивлением третьего З 0 конденсатора следующим соотношением 3Хс 1з Хс 1где Х - реактивное сопротивлениетретьего конденсатора начастоте Х сигнала источни" ка переменного напряжения, сопротивление третьего резистора;- реактивное сопротивлениетретьего конденсатора на частоте Г сигнала источниХ 40 ка переменного напряжения,а величины сопротивлений Впервогои второго резисторов выбраны равнымии связаны с величиной третьего резистора К,частотой К сигнала источникапеременного напряжепия, радиусом гсферы сегмента, высотой 11 сферического сегмента поверхности неподвижногоэлектрода, толщиной д ц диэлектричес-150 кой проницаемостью Ь материаламембраны следующцм соотношением:1Л Ь2 Х О 089йй 55 2. Измеритель давления по п.1,отличающийся тем, чтоисточник переменного напряжения содержит последовательно соединенныеО 7 1 В Ю 9 Составитель В,ДобровольскийРедактор Э,Слиган Техред Л.СердюковаКорректор Л.Пилипенко 753/Зб Тираж 778 ВНИИПИ Государственного крми по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушскак Поета СССРрытийя наб.,н оизводственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4 5 1 генератор, триггер Шмитта, счетный триггер и ключевой элемент, подключенный к шинам питания, трансформатор, соединенный выводами первой обмотки через конденсатор и непосредственно с выходами ключевого элемента, причем выводы второй обмотки трансформатора являются выходами источника переменного напряжения.3, Измеритель давления по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что ключевой элемент содержит первый и второй транзисторы, подключенные базовыми выводами через первые ре 267181 Ьзисторы к выходам счетного триггера,эмиттерными выводами - к одной иэшин питания и коллекторными выводами - к выходам ключевого элемента через первые диоды, причем ключевойэлемент подключен выходами через вторые диоды к коллекторным выводамтретьего и четвертого транзисторовнепосредственно и через вторые резис О торы к базовым выводам четвертого итретьего транзисторов соответственно,при этом эмиттерные выводы третьегои четвертого транзисторов подсоединены ко второй из шин питания.