Устройство для измерения давления

(9) ( 1)5 6 01 (. 9/ ИЕ ИЗОБРЕТЕ ВТО и 4, два пьезоэлектрических преобразователя 6 и 7, прикрепленных к консольной балке 5, которая штоком 8 соединена с мембраной 2, При воздействии давления на мембрану 2 сигналы с преобразователей 3 и 4 поступают на вхо,;, схемы 14 преобразования. Сигналы с пьезоэлектрических преобразователей 6 и 7 подаются на вход генераторов 10 и 11, с выхода которых через смеситель и компаратор они поступают на вход схемы 14, В схеме преобразования посредством двух переключателей, усилителя заряда, синхронного детектора, дискретного интегратора, компаратора и блока синхронизации происходит перемножение разностного сигнала пьезоэлектрических преобразователей и отношения емкостных преобразователей 4 и 3, что обеспечивает повышение чувствительности. 2 ил,иг ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР М СВКДЕТЕЯ(СТВ(71) Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики при Ленинградском политехническом институте им, М.И.Калинина(56) Авторское свидетельство СССР М. 593674, кл, С 01 ( 9/12, 1974.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относитсно- измерительной технике и и высить чувстьительность во содержит два емкостных пр я 3 1 б 19881 Д 15 10 15 20 Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к датчикам давления с емкостными преобразователями.Цель изобретения - повышение чувствительности,На фиг,1 представлена конструкция устройства; на фиг.2 - схема вторичного преобразователя устройства.Устройство для измерения давления состоит из корпуса 1 (фиг.1), мембраны 2, герметично соединенных между собой. На зеркально-симметрично расположенных поверхностях мембраны 2 и корпуса 1 нанесены электропроводящие покрытия 3 и 4, Покрытия 3 образуют конденсатор С, а покрытия 4 - конденсатор С, В корпусе выполнена консольная гибкая балка 5, к которой прикреплены силочувствительные пьезорезонаторы 6 и 7. Свободный конец балки штоком 8 жестко прикреплен к мембране 2.Внутренняя полость корпуса вакуумирована; Электрические выводы от емкостей С, С, и пьезорезонаторов 6 и 7 подключены к гермовводам 9. Сигнал от пьезорезонатора 6 подается на вход генератора 10, а от пьезорезонатора 7 - на вход генератора 11, Выходы генераторов 10 и 11 подключены к входам смесителя 12, выход которого подключен к входу компаратора 13, Общая обработка электрических сигналов производится схемой 14 преобразования, причем С подключен к входам 2 и 3 схемы 14 преобразования, С - к входам 1 и 2 схемы 14, а выход компаратора 13 - к, входу 4 схемы 14,Общая обработка электрических сигналов производится устройством 14 преобразования (фиг.2). Измеряемый конденсатор датчика с емкостью С подключен к входам 2 и 3 устройства 14 преобразования, а конденсатор с образцовой емкостью датчика Сэ - к входам 1 и 2 устройства 14 преобразования. Выход компаратора 13 соединен с входом 4 схемы 14 преобразования. Выход устройства 14 преобразования является выходом устройства.Устройство 14 преобразования представляет собой преобразователь емкости в частоту, который содержит источник 15 опорного напряжения, выход которого соединен с первым неподвижным контактом первого переключателя 16 и вторым неподвижным контактом второго переключателя 17, Второй неподвижный контакт первого 16 и первый неподвижный контакт второго 17 переключателей соединены с общей шиной, Подвижный контакт первого переключателя 16 является входом 3 устройства 14 25 30 35 40 45 50 55 преобразования, подвижный контакт второго переключателя 17 - входом 1 устройства 14 преобразования, Вход усилителя 18 заряда является входом 2 устройства 14 преобразования,Выход усилителя 18 заряда соединен с последовательно включенными синхронным детектором 19, дискретным интегратором 20, компаратором 21 и вторым входом блока 22 синхронизации, Первый вход блока 2 синхронизации является входом 4 устройства 14 преобразования, а первый выход блока 22 синхронизации соединен с входами управления синхронного детектора 19 и первого переключателя 16, Второй выход блока 22 синхронизации соединен с входом управления второго переключателя 17 и является выходом 5 устройства 14 преобразования,Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии при Р = 0 измерительная мембрана 2 находится в крайнем верхнем положении и в ненапряженном состоянии, балка 5 с резонаторами 6 и 7 также находится. в исходном состоянии, На выходе генератора 10 частота равна 2 о, на выходе генератора 11 - 1 о, а на выходе смесителя 12 1 х = 10 20Схема преобразования 14 реализуетсфункцию 1 =.Мд 1 хсэПри подаче давления измерительная мембрана 2 прогибается, что приводит к уменьшению зазора а 2 между электродами 4 конденсатора С и к увеличению значения этой емкости. Одновременно шток 8, перемещаясь вниз, изгибает консольную балку 5 на величину. равную прогибу мембраны 2. В пьезорезонаторе 6 возникают усилия растяжения, а в пьезорезонаторе 7 - усилие сжатия. Сигнал с выхода смесителя 12 через компаратор 13 подается на схему 14 преобразования.Схема 14 преобразования работает в режиме управляемого делителя частоты. коэффициент деления которого определяется соотношением измеряемой С и образцовой Сз емкостей.На первый вход блока 22 синхронизации подается частота, величина которой пропорциональна измеряемому давлению. Частота коммутации второго переключателя 17 является выходным сигналом устройства.В процессе преобразования отношения емкостей в частоту первый переключатель 16 работает в течение всего цикла. При этом за каждый период дискретизации выходноенапряжение интегратора 20 получает приращение ОоСиК. Переключатель 17 работает только при превышении выходным напряжением интегратора порогового уровня срабатывания ком паратора 21. При этом приращения напряжения интегратора 20 составляют значение Оо (Си - Сэ)К и при СэСи имеют отрицательный знак. В установившемся режиме сумма зарядов, полученных интегратором 20 за время цикла преобразования ТцТо, и, следовательно, изменение его выходного напряжения примерно равно нулю, т.е,ОоСип 1 К ОоСэп 2 К = 0 (1) где п 1, п 2 - соответственно числа срабатываний за время Тц переключателей 16 и 17 соответственно;К - коэффициент передачи усилителя заряда и интегратораС 19.1 С 18.1 Сго 1 Количества суммируемых зарядов иликоличество срабатываний п 1 и пг можно выразить через частоты срабатываний переключателей 16 и 17п 1= Тц 1 х Кд,пг=-Тц 1, (2)1кд=. -2где 1 х - опорная частота, снимаемая с выхода смесителя первого преобразователя.блока 22 синхронизации;- среднее значение частоты срабатывания переключателя 17 за Тц,С учетом соотношений (2) и равенства(1) можно получить функцию преобразования в следующем видеСиДискретный характер суммируемых зарядов является причиной приближенного выполнения равенства (1). При этом отличие от нуля суммы приращений выходного напряжения интегратора составляет значениеЛ О = -ОоСиК ОоСэК, (3) где знаки . указывают на случайный характер данного отклонения,С учетом формулы (3) функция ПЕ 4 принимает видСи 1С 42 С 7 Т, - С,ТцС 4 2 Сэ 22 Сэ хСиТц хТц Составляющая 1 Лц в уравнении (4) естьни что иное как погрешность дискретности,Сиа составляющая - . выражает увеличе 5 ние этой погрешности при синхронизацлиформирования зарядов и приращений выходного напряжения интегратора тактовой частотой. Максимальное значение погрешности дискретизации при Си = Сэ составляет 10 2 Лц. Физическое проявление втсрой составляющей погрешности заключается в неравномерности расстановки во времени выходных импульсов.15 Формула изобретенияУстройство для измерения давления,содержащее герметичную,.амеру, образованную двумя диэлектричес,.ими элемента ми, имеющими стенки, являющиесямембранами, воспринимающими давление, на которых друг против друга нанесены электроды двух емкостных преобразователей, причем электроды первого преобразо вателя размещены на центральных, авторого - на периферийных частях стенок, при этом электроды емкостных преобразователей подключены к входам вторичного преобразователя, выход которого является 30 выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения чувствительности, оно дополнительно снабжено двумя пьезоэлектрическими преобразователями, а вторичный преобразователь включает в 35 себя два генератора, смеситель, два компаратора, источник опорного напряжения, два переключателя, усилитель заряда, синхронный детектор, дискретный интегратор и блок синхронизации, при этом второй эле мент, образующий герметичную камеру, выполнен в виде корпуса. в котором закреплены консольная балка с расположенными на ней двумя пьезоэлементами с возможностью их деформации с противопо ложными знаками при изгибе балки, причемсвободный конец балки посредством штока соединен с центром стенки первого элемента камеры, при этом первый электрод первого емкостного преобразователя подключен к 50 входу первого переключателя, его второйэлектрод вместе с первым электродом второго преобразователя - к входу усилителя заряда. а второй электрод второго преобразователя подключен к первому вхо ду второго переключателя, причем к вторымвходам переключателей подсоединен источник опорного напряжения. а управляющие входы первого и второго переключателей соединены соответственно с первым и вторым1619081 10 Составитель В,УльяновРедактор В.Данко Техред М.Моргентал - Карре Беск зводственно-издательский комбинат Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 выходами блока синхронизации, при этом выход усилителя заряда через синхронный детектор, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока синхронизации, через дискретный интегратор и первый компаратор подключен к первому входу блока синхронизации, при этом электроды каэ 39 Тираж ВНИИГ 1 И Государственного комите 113035, Москвапьезоэлементов соединены с первыми и вторыми входами соответственно первого и второго генераторов, выходы которых через смеситель и второй компаратар подключе ны к второму входу блока синхранизаци,третий выход которого является выходом устройства,Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35. Раушская наб., 4/5