Устройство для измерения давления

(57 бретени технике е относится к и позволяет п ь измерения да я крутизны хар ания. При отсуколебаний на 1 и 2 равны.2 работают в р м ельной увстви утем у рыси лени ельно еличени бразов ктер стви тик авления частот х о автогенераторо генераторы 1 и чт ил е ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР Н А ВТОРСНОМУ СНИДЕТЕЛЬСТ(71) Харьковский авиационный инсттут им. Н.Е.Жуковского(56) Авторское свидетельство СССРВ 741078, кл. С 01 1. 9/08, 1978.Авторское свидетельство СССРУ 983474, кл. С 01 1. 9/08, 1981.Авторское свидетельство СССРУ 1170298, кл. С 01 1 9/08, 1983. взаимной синхронизации. Синхронизирующие колебания с выхода автогенератора 1 через четырехполюсник 5 подаются на вход автогенератора 2, выходные колебания с которого через четырехполюсник б подаются на вход автогенератора 1. Фазовый сдвиг между колебаниями автогенераторов 1,2, подаваемыми через буферные усилителии 8 на смесители 9 и 10, равен пос" тоянной величине. Смесители 9, 10 и усилитель 11 образуют автоколебательную систему, частота которой зависит от сдвига фаз между колебаниями, подаваемьпя на вторые входы смесителей 9 и 10. При изменении давления меняется усилие на кварцевых резонаторах 3 и 4, что влечет за собой изменение сдвига фаз между колебаниями, поступающими на входы смесителей 9 и 10. Это вызывает изменение частоты автоколебаний системы, состоящей из смесителей 9, 10 и усилителя 11, о фиксируется частотомером 12. 1Изобретение относится к измерительной технике, и может быть исполь-зовано в приборостроении.Целью изобретения является повы 5шение чувствительности при измерении давления путем увеличения крутизны характеристики преобразования.На чертеже представлена функциональная схема устройства. 10Устройство содержит высокостабильные кварцевые генераторы 1 и 2, вчастотозадающие цепи которых включены кварцевые резонаторы 3 и 4, Выходавтогенератора 1 через невзаимныйчетырехполюсник 5 подключен к входуавтогенератора 2, а выход автогенератора 2 через невзаимный четырехполюсник 6 соединен с входом автогенератора 1. Выходы автогенераторов1 и 2,кроме того, соединены черезбуферные усилители 7 и 8 с входамиавтогенераторного Фазочастотного преобразователя, который представляетсобой включенные в кольцевое соединение однополосные смесители 9 и 10и широкополосный усилитель 11, Выделение одной полосы на выходе смесителей осуществляется фильтрами нижних частот, Измерение частоты колебаний автогенераторного Фазочастотногопреобразователя Фиксируется частотомером 12.Устройство работает следующим образом,При отсутствии давления частоты 35колебаний на выходах автогенераторов1 и 2 равны вследствие того, что механическое усилие, приложенное к резонаторам 3 и 4, равно нулю, а ихрезонансные частоты одинаковы. Авто 40генераторы 1 и 2 работают в режимевзаимной синхронизации. Синхронизирующее колебание с выхода первогоавтогенератора 1 через невзаимныйетырехполюсник 5 поступает на вход45второго автогенератора 2, выходноеколебание с которого подается черезвторой невзаимный четырехполюсник 6на вход первого автогенератора 1,Фазовый сдвиг между колебаниями 50генерируемыми автогенераторами 1 и Г,равен некоторой постоянной величине.Колебания с выходов автогенераторови 2 через буферные усилители 7 и 8поступают на вторые входы смесителей 559 и 10, которые вместе с усилителем11 образуют автоколебательную систему. Прйчем частота колебаний, возни Ад =(5) уда и фазы автоЧюГ (Х,Х,де А ( - амплиФколебции Рсвязаением а функ соотно кающих в ней, зависит от фазового сдвига между сигналами, поступающими на вторые входы смесителей 9 и 10 с выходов буферных усилителей 7 и 8 соответственно, и, в данном случае, равна постоянной величине. Фиксируя ее с помощью частотомера 12, можно судить о величине номинального давления, При отсутствии давления механическое усилие Р, приложенное к резонаторам 3 и 4, равно нулю, а их резонансные частоты Соответственно 63 р и ы Р 4 у причем ур = ы р 4 =з= ыр,. Автогенераторы 1 и 2 работают в режиме взаимной синхронизации, генерируя колебания соответственноБ 1(с) = Асов( со, с) , (1);П И) = А ( + Ч(Ю,(2)Для нахождения фазового сдвига М(Г) рассмотрим дифференциальные уравнения системы, состоящей из автогенераторов 1 и 2 и невзаимных четырехполюсников 5 и 6, Они имеют вид(напряжение или ток) соответственно в первом и втором автогенераторах;К- коэффициент передачи соответственно четырехполюсников 5 и 6;р - малый параметр;, (Х,Х) - определяется характеромнелинейности активного элемента и потерями в колебательной системе.Система слабо нелинейна и содержит в правых частях малые члены (Р К1), Для решения этой системы используем псдстановку Боголюбова-МитропольскогоХ = А,соз=сит +(4)С учетом членов первого приближения система приводится к виду46501 4генераторов 1 и 2 поступают на входы буферных усилителей 7 и 8, колебания на выходах которых соответственно(6) х выл Йп 5 1 7 (с) = А,созз с + ЦБу)у ( 10) У(с) = А,срз(ир й + 5 + -), (11) 10 где Ц Бу- фазовый СДВигполУчаемыйсигналом при прохождении через буферные усилители 7 и 8.В свою очередь эти сигналы поступают на вторые входы смесителей 9 и 15 10, которые вместе с усилителем 11образуют автоколебательную системув которой при выполнении условиябаланса амплитуд (коэффициент передачи по контуру, образованному блока ми 9-11, больше единицы) и условиябаланса фаз (суммарный сдвиг по фазелсигнала в данном контуре равен 29 К,где К - целое число) возникают незатухающие колебания с частотой ы . При 25 этом значение частоты зависит от величины сдвига фаз д между сигналами, поступающими на входы фаэочастот"ного преобразователя, и определяетсяиз выражения30 дсинхргдер =ДЫ отношение полуширины полосы синхронизации дногде д= -- О = до, ф 6- фазовый сдвиг в четырехполюсниках. о( к( д 5 + 2"к) (12) крутизна характеристики пр -образования фаэочастотного преобразователя, состоящего из включенных в кольцевое соединение блоков 9-11, под которой мы будем понимать зависимость значения частоты о 7 от величины фазового сдвига д . В данном случае из выражений (10) и (11) сле дует, что в стационарном состояниид: -2(13)и, следовательно, при давлении, равном номинальному, частотомер 12 фик сирует частоту К созда К 5В предположении о малости изменения амплитуд А, под влиянием взаимодействия автогенераторов и внешних воздействий фазовые уравнения можно решать независимо от амплитудных. Характер решения определяется параметрами уравнения р9, - ц = - дм 1 + р совсф, (7) 1 сдт К д - О 1 К 51 ,МК к (1-Л)до 3ЮСЦНхР 2 2 к расстройке между частотами резонаторов до 3, С учетом сказанного(К 3 К 4, СОНЕ) КД(1 Л) 2 д 2 д К 6 создПараметр Л = - =- -- определяетК 5амплитудные и фазовые соотношения . синхрониэирующих воздействий, которыми "обмениваются" связанные авто- генераторы. С учетом различия ампли- туд Решение уравнения (7) при 1 р1: 1 = -2 агсс 8 хЯ+1 ехо(- Жо/р 2-1 с) + 1 Грехр(- ды рс) - 1 Разлагая полученное выражениев ряд и пренебрегая малыми членами,получим При отсутствии давления до 3= 0и фазовый сдвиг в соответствии с (9)равен Т/2. Сигналы с выходов автоы,= к (-" + гйк), (14)В динамическом режиме на резонаторы 3 и 4 воздействует усилие Р, вызывающее расстройку резонаторов в противоположные стороны. При этом р = р (1 + 5 Р)рр ро (16)где Я - коэффициент силочувствительности,Из выражений (15) и (16) следует,что5 1446501Лье: ьр - ы =28 Р, (17) Формула тогда, подставляя (17) и (9) и пренебрегая членами высших порядков, Устройство получим содержащее д из обретения 48Ч(Р) -"-+Р2 К . (1-а)т.е. приращение частоты Л(1 пропорционально приложенному усилию Р, а следовательно, и отклонению давления от номинального К 4 8вы = со - ы,= ----- Р. (22)фф К (1-а)6 Составитель В.УльяновТехред М.Моргентал Корректор И,Муска Редактор С.Пекарь Заказ 6740/47 Тираж 847 Подписное фНИИПИ Государственного комитета по,изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 При этом сигналы на выходах буферных усилителей 7 и 8 будут иметь вид соответственноП, (г) А сов( юр + Чц), ( ) для измерения давления,ва смесителя и усилитель,образующие автоколебательную систему, автогенератор, два кварцевых резонатора, буферный усилитель и измеритель частоты, причем первый резонатор включен в частотно-задающуюцепь автогенератора к выходу которого подключен буферный усилитель,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения чувствительности,16 оно дополнительно содержит второйавтогенератор, второй буферный усилитель и два четырехполюсника, причемвыход первого автогенератора черезпервый четырехполюсник подключен к20 входу второго автогенератора, в частотно-задающую цепь которого включенвторой кварцевый резонатор, а еговыход через второй четырехполюсниксоединен с входом первого автогенера 25 тора и через второй буферный усилитель - с вторым входом второго смесителя, а выход первого буферногоусилителя соединен с вторым входомпервого смесителя,