Устройство для измерения давления

(5)5 6 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетелМ 263229, кл. 6 01 1. 9/ во ССС1966. 4 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИР(51) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления. Цель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит датчик давления с упругим чувствительным элементом 1 и дифференциальным трансформатором 2, последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, программируемое запоминающее устройство (ПЗУ) 8, цифроаналоговый преобразователь(ЦАП) 9 с двухполярным источником 10 напряжения, компаратор 12,двухпозиционный управляемый переключатель 11 и суммирующий усилитель б, при этом вход усилителя б присоединен к выходу выпрямителя 5 и через делитель 13 напряжения к выходу ЦАП 9, в цепи двухполярного источника 10 напряжения которого установлен двухпозиционный управляемый переключатель 11, цепь управления которого присоединена к выходу компаратора 12, вход которого соединен с выходом выпрямителя 5. Вход АЦП 1 также подключен к выпрямителю 5. Линеаризация выходной характеристики датчика осуществляется в соответствии со следующей зависимостью: 0,(Р) = ОР(Р) + Л ОР(Р), где Ол(Р) - вычисляемая линейная характеристика датчика, ОР (Р) - нелинейная выходная характеристика датчика, Л ОР(Р) - функциональные зависимости, реализуемые ПЗУ, зависящие от нелинейностей выходных характеристик датчика, 3 ил.50 55 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления.Целью изобретения является повышение точности измерения давления.На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 а-г - типы нелинейностей выходных характеристик; на фиг.3 а-г - функциональные зависимости, реализуемые программируемым запоминающи м устройством (П ЗУ).Устройство содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциальный трансформатор 2, якорь 3 которого жестко связан с чувствительным элементом 1, генератор 4, предназначенный для питания дифференциального трансформатора 2, выпрямитель 5, предназначенный для преобразования выходного напряжения дифференциального трансформатора 2 в напряжение постоянного тока, суммирующий усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7 (АЦП), ПЗУ 8, цифроаналоговый преобразователь 9 (ЦАП). двухполярный источник 10 напряжения, предназначенный для создания опорного напряжения ЦАП, двухпозиционный управляемый переключатечь 11, компаратор 12, делители 13 и 14 напряжения и регистратор (не показан), Суммирующий усилитель б, АЦП 7 и вход компаратора 12 присоединены к выходу выпрямителя 5. АЦП, ПЗУ и ЦАП соединены последовательно между собой, Средняя точка делителя 13 напряжения, включенного на выходе ЦАП, присоединена к суммирующему входу усилителя б,Делитель 14 напряжения предназначен для создания опорного напряжения на компараторе 12 и запитывается от двухполярного источника 10 напряжения,Перекидной ключ через клемму 1 соединен с цепью опорного напряжения ЦАП, а через клеммы 2 и 3 соответственно с клеммами положительной (+Ооп) и отрицательной (-Ооч) полярностями напряжения источника 10 питания.Цепь управления переключателя 11 соединена с выходом компаратора 12,Модуль напряжения (О 0 п), больше, чем максимальное значение напряжения на выходе выпрямителя 5 (Ормакс).Устройство работает следующим образом.При подаче давления Р упругий чувствительный элемент 1 (фиг,1) прогибается и перемещает якорь 3 дифференциального трансформатора 2, питаемого переменным током от генератора 4, При этом на выходе дифференциального трансформатора 2 появится напряжение переменно;о тока, кото 5 10 15 20 25 30 35 40 рое поступает на вход выпрямителя 5, где оно преобразуется в напряжение постоянного тока (Ор).Из-за нелинейности характеристик упругого чувствительного элемента 1 и дифференциального трансформатора 2 зависимость напряжения на выходе выпрямителя от давления Ор (Р) имеет нелинейный характер (фиг.2), Из-за технологических разбросов нелинейности характеристик чувствительного элемента и дифференциального трансформатора нелинейность характеристики Ор(Р) может иметь различный хаоактер: монотонно затухающий (фиг.2 а), монотонно восходящий (фиг, 2 б) или знакопеременный характер (фиг.2 в,г),Линеаризация (фиг.2) характеристик осуществляется следующим образом.Напряжение Ор поступает на входы суммирующего усилителя б, АЦП 7 и компаратора 12.В АЦП напряжение Ор преобразуется в пропорциональный двоичный код, который поступает на вход ПЗУ 8. В ПЗУ 8 осуществляется функциональное преобразование кода Ор в код, пропорциональный функции ЛО(Р), приведенной на фиг. 3 а - г, при этом функция Л О(Р) зависит от вида функции Ор(Р), приведенной соответственно на фиг.2 а-г, и равна Л О(Р) = ЩР) - Ор(Р), где ЩР 1 - линейная характеристика датчика. Код, пропорциональный Л О(Р), поступает на вход УЦАП 9, где осуществляется преобразование кода Л О(Р) в напряжение постоянного тока, пропорциональное К ЛО(Р), где К - постоянный коэффициент, который зависит от величины опорного напряжения Ооп. С помощью делителя 14 напряжения напряжение К Л О(Р) уменьшается в К раз и поступает на вход суммирующего усилителя 6, Одновременно на суммирующий вход усилителя б поступает напряжение Ор(Р), В результате на выходе усилителя б будет напряжение О(Р) = Ор(Р) + ЛО(Р), т,е. характеристика датчика будет линейной,Формирование требуемой зависимости ЛО(Р) осуществляется следующим образом,Если характеристика датчика давления Ор(Р) монотонно затухающая (фиг. 2 а), то ще 1 ка делителя 14 напряжения устанавливается в крайнее верхнее положение. При этом на выходе компаратора 12 при всех значениях Ор, будет напряжение, соответствующее уровню логической единицы, при этом переключатель 11 будет находиться во втором положении и напряжение Л О(Р) будет иметь положительный знак, 1622787Если характеристика датчика давления Ор(Р) монотонно восходящая (фиг.2 б), то щетка делителя 14 напряжения устанавливается в крайнее нижнее положение. При этом на выходе компэраторэ 12 при всех значениях Ор будет напряжение, соответствующее логическому нулю, при этом переключатель 11 будет находиться в третьем положении и напряжение Л О(Р) будет иметь отрицательный знак.Если характеристика датчика давления энакопеременная(фиг, 2 в), то щетка делителя 14 нэпряжения устанавливается в положение, когда Од = Ор(Р;), где Р 1 - давление, при котором характеристика датчика изменяет знак, При ОрОл нз выходе колпарэтора будет логическая единица, переключатель 11 будет находиться во втором положении и напряжение Л О(Р) будет иметь положительный знак. При ОрОд на выходе компаратора 12 будет логический нуль, переключатель 11 буде", во отаром положении и напряжение ЛО(Р) будет иметь отрицательный знак,Если характеристика датчика давления имеет вид, приведенный нэ фиг,2 г, то первый вход компаратора (вх.1) подключается к щетке делителя 14 напряжения, э второй вход (вх,2) - к выходу датчика давления, щетка делителя 14 напряжения устанавливается в положение, при котором ЛОд = Ор(Р 1). При значениях ОрОд на оыходе компаратора 12 будет логический нуль, переключатель 11 будет в третьем положении и напряжение ЛО(Р) будет иметь отрицательный знак, При Ор Од на выходе компаратора 12 будет логическая единица, переключатель 11 будет находиться во входном положении и напряжение ЛО(Р) будет иметь положительный знак,В предлагаемом устройстве достигается упрощение конструкции зэ счет уменьшения количества и габаритов корпусов микросборок (в 4 - 5 рэз), необходимых для 5 10 15 20 25 30 35 40 45 реализации ПЗ/. АЦП и ЦАП, а также уменьшения более, чем в 10 раз количества соязей между элементами.Влияние нестабильности АЦП и ЦАП на точность датчика в предлагаемом устройстве уменьшена о раз (при Л О =ОрмаксЖмакс1,5% Ормакс в 66 рэз), т,е, в предлагаемом устройстве существенно повышается точность измерений,Формула изобретения устройство для измерения давления, содержащее датчик давления с упругим чувствительным элементом, связанным с якорем дифференциального трансформаторного преобразователя, первичная обмотка которого подключена к генератору переменного тока, а вторичная - к выпрямителю, измерительную схему и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышсния точности, в нем изме-. рительная схема содержит суммирующий усилитель, последовательно включенные аналогоцифровой преобразователь, программируемое запоминающее устройство и цифроаналоговый преобразователь с первым делителем напряжения на выходе. э также двухполярньй источник напряжения, двухпозиционный управляющий переключатель и компаратор, один из входов которого через второй делитель напряжения подключен к двухполярному источнику напряжения. при этом вход суммирующего усилителя присоединен к выходу выпрямителя и через делитель напряжения - к выходу цифроаналогового и реобраэователя, а оыход усилителя соединен с регистрзтором, причем доухполярный источник напряжения через двухпозиционный управляемый переключатель подсоединен к цифроаналгговому преобразователю, э выход выпрямителя подсоединен к входу аналогоцифрового преобразователя и второму входу компараторз, выход которого связан с цепью управления двухпозиционного переключателя.1622787 Р, Ргр Рр фиа Составитель Е.Шва дактор Л,Гратилло Техред М.Моргентал Корректор М,Ш Подписноезобретениям и открытиРаушская наб., 4/5 аказ 107 ВНИИПИ 1 и ГКНТ СССР рственнао к,митета и 113035, Москва, Жельскии комбинат "Патент", г. од, ул, Гагарина, 10 сненн рои фсм. 2д Фу гЮ