Способ определения давления жидкости и устройство для его осуществления

,.БЫ 601 11/ БРЕТЕН САНИ ЕТЕ." ЬСТБ АВТОРСКОМУ б У 5 ГОСУДАРСТВЕ ННэИ КОМИ ЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР . М 842334, кл, 6 01 9/10, 1981.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛ Е Н ИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точнос 1 и измерения давления за счет исключения влияния нестабильности упругих характеристик чувствительного элемента датчика на результат измерения и расширение функциональных возможностей измерительного устройства путем одновременного измерения температуры.Сущность изобретения заключается в трехтактном измерении перемещения упругого чувствительного элемента 1 при одновременном воздействии нэ него на первом такте - давления измеряемой среды и давления газа е опорнои полости атлка давления и рэорциоал ьного 1 смпературе измерям.- ойй среды, на втором такте - калиброванного усилия на третьем такте калийр. ванного усилия, отличного от первого, а также в последующем преобразовании выходных сигналов датчика, соотвптс геующих трем тактам измерения, в два электри ческих сигнала, пропооциснал ных давлению и гемперэтуре измеряемой среды, Устройство для осуществления способа содер.кит датчик с упругим чувствительным элементом 1, разме.ценньм в герметичной заполненной газом опорной полости, воспринимающий непосредственно давление ,эмеряемсй средь, В иоргусе датчика 5 дополнительно размещен электромагнит 9 для создания на чувствительном элементе калиброванных усилий. Управление устройством в "оответствии с алгоритмом способа производится с помощью блока 23 управления и логических элементов 11-16, 20-22 и 24-26, а определение температуры и давления - с помощью ЭВМ,ил.Изобретение относится к измерительной технике.Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей путем одновременного измерения 5 давления и температуры.На чертеже представлена структурная схема устройства.Устройство состоит из датчика с чувствительным элементом в виде нежесткого 10 сильфона 1, внутренняя полость которого через штуцер 2 непосредственно сообщена с измеряемой средой. Центр сильфона соединен штоком с плунжером 3, являющимся подвижным элементом магнитопровода ин дуктивного преобразователя 4 и размещенным в приваренном к корпусу 5 немагнитном стакане 6, образующем с полостью 7 герметичную, заполненную газом термометрическую систему датчика, 20На штоке плунжера размещен сердечник 8 электромагнита 9, катушка которого охватывает стакан 6, Выход индуктивного преобразователя 4 подключен к входу электронного преобразователя 10, выходной 25 сигнал которого подается на входы электронных ключей 11-13, Выходы ключей 11 и 12 соединены с входами запоминающего усройства 14, выходы которого через электронные ключи 15 и 16, а выход ключа 13 30 непосредственно, соединены с входами ЭВМ 17. Выходы ЭВМ 17 соединены с входами показывающих приборов давления 18 и температуры 19 соответственно. Черед электронные ключи 20 и 21 выходы источни ка 22 стабилизированного тока соединены с обмоткой электромагнита.Блок 23 управления обеспечивает подачу сигналов управления с выхода 1 на ключ 11, с выхода 3 на влюч 20 непосредственно, 40 через блок 24 запаздывания на ключ 13, с выхода 2 на ключ 21 непосредственно, через блок 25 запаздывания на ключ 12 и через блок 26 запаздывания на ключи 15 и 16,Электронные ключи, источник стабили зированного тока, блоки запаздывания, запоминающее устройство представляют собой стандартные устройства, применяемые в электронике.Блок 23 управления представляет со бой стандартный трехфазный мультивибратор, обеспечивающий циклическое формирование импульсов прямоугольной формы последовательно на выходах 1-3 и применяемый в устройствах управления 55 электромеханическими исполнительными устройствами.Способ определения давления реализуют в алгоритме действия устройства. Устройство работает следующим образом,Измерение производится в три такта.На первом такте измерения на выходе 1 блока 23 управления формируется управляющий сигнал, открывающий ключ 11, Сильфон 1 под действием измеряемого давления Р и давления газа в термометрической системе датчика Рг 1, пропорционального измеряемой температуры т, перемещается на величину 1, преобразуемую в электронном преобразователе 10 в электрический сигнал 11, соответствующий первому равновесному положению сильфона, описыьаемому следующим выражением3 Р - Я Р 1= С 1, (1) где Р - величина измеряемого давления;Рг - величина давления газа в термометрической системе датчика на первом такте измерения;Я - эффективная площадь сильфона; С - коэффициент упругости сильфона; 1 - перемещение сильфона на первом такте измерения.Тогда, с учетом пропорциональности электрического сигнала Ь величине перемещения сильфона , принимая коэффициент пропорциональности равным единице, получают следующее выражениеЯР - Я Рг 1= СЬ 1, (2) где Ь 1 - выходной сигнал электронного преобразователя на первом такте измерения,Затем сигнал Ь с выхода электронного преобразователя 10 через ключ 11 поступает на вход 1 запоминающего устройства 14 и запоминается.На втором такте измерения на первом входе блока 23 управления управляющий сигнал становится равным нулю и формируется сигнал на втором выходе блока 23 управления, При этом ключ 11 закрывается и открывается ключ 21, через который от источника 22 стабилизированного тока запитывается током 1 катушка электромагнита 9, Последний создает калиброванное усилие 01, перемещающее сильфон 1 во второе равновесное положение, и на выходе электронного преобразователя 10 формируется выходной сигнал Ьз, При этом третье равновесное положение датчика описывается выражениемЯ Р - 5 Ргз= СЬз, (4) где Ьз - выходной сигнал электронного преобразователя на третьем такте измерения;Ргз - давление газа на третьем такте измерения.После перехода чувствительного элемента датчика в третье положение равновесия срабатывают блоки 24 и 2630 55 запаздывания и управляющим сигналомблока 23 управления открываются ключи 13,15, 16, через которые сигналы г)1 и Ь 2 с выходов 3 и 4 запоминающего устройства 14,а сигнал Ьз с выхода электронного преобразователя 10 одновременно поступают навходы ЭВМ,С учетом того, что давление газа Р,) вопорной полости датчика описывается следующим выражением 10Р= - ( +Р 1)Р(5)Н - Ьгде Ро - величина начального давлечиягаза в опорной полости при= 0 С, Р ==О, кгс/см; 15Н - высота опорной полости датчика,приведенная к эффективной (лощади сильфона (высота Н определяетс из соотношения Н = Ч/Я, где Ч - объем опорной полости7 при Р-О,кгс/см,1=0 С, Я - эффективная 20площадь сильфона);Р - коэффициент температурного расширения газа;1 - величина измеряемой температуры;Ь 1 - выходной сигнал электронного преобразователя на 1-том такте измерения,выражения (2), (3), (4) после соответствующих преобразований могут быть записаныследующим образомЯ(Н-Ь 1)Р - РоНЯ т - Ь 1(Н-ЬС == РоНЯ+(Н-Ь 2) О, (7)Я(Н-Ь 2)Р-РоНЯ -Ьз(Н-)з)(С =РоНЯ ( (Н пз) % (8) 35Выражения (6), (7), (8) образуют системууравнений, имеющую единственное реше-.ние относительно неизвестных Р, т и С, чтопозволяет, с одной стороны, определять текущее значение коэффициента упругости 40сильфона С, изменяющееся в процессе старения, а с другой стороны, - значения давления Р и температуры , не зависящие откоэффициента упругости, обеспечивая высокую точность измерения даже при существенном произвольном измененииупругости чувствительного элемента.Решение системы уравнений (6), (7), (8)относительно неизвестных Р и т описывается следующими выражениями50Бн-чДлз-лБдн - (л 1-лБд)Я, . (н л 1(л лБ)Г н (ц л,Б(Н )и н Ь 2 н ьзлэ-ь 1)д - (л 2- ьЩ 1 а - 1 л-ье:%1 Р Таким образом, измерительное устройство позволяет реализовать способ определения давления, обеспечивающий расширение функционал,ых )озмо.(.настей путем одновременного измер;ния;емпературы и по: ыше) гие точности измарс них давления и температуры за счет иск як чения влияния нестабильности характеристик .иругого чувствительного элемента нл .езультат измерений. Формула изобретения 1. Способ определения давления жид. кости, основанный на преобразова ии в электрический сигнал перемещения упругого чувствительного элеме) тз датчика д. аления, происхэдящего;:од де)старцем дэвленя и регистрации элек гричес) ого сиг)(ала, отл и ч а ю ц и й с я тем, что, с целыз повь.шения точности и гасширения функциональных возможностей );утем одновремен- (ого определения температ) ры, производят преобразование пе реме(цения у Б) ругого чувстви) ельного элемента в электрический сигнал э три этапа, при этом на первом этапе г,роизводят преобразование перемещения упругого элемента в электрический сигнал при действии на не; о разноси давления контролируемой реды и давления газа в опоной полости датчика, на вто).ом этапе создаютдополнительное силовое воздействие первой величины на чувствитг;льный элемент, на третьем этапе создают дополнительное силовое воздействие второй величины на чувствительный;.леент. при этом электри еские сигналы регистрируют в запоминающем устройстве, а затем определяют давление Р и тем )ературу пс следующим зависимостям Б Н . Б,БГБ, ,Б,Н Н . Р, . ББ Б :Н . Н БСН . Б Ц М У: Л. Б,БББ 5 (лр - л Б) (и .:.;) (ьз - л Б 1 Б. Й Ш 1 Н НББН.БНГББ).Б Б, БН.5 Во, н 5 Бцл 1:ьтьз- лБ)где Н - постоянная величина, пропорциональная объему опооной полоси датчика давления;Ь, Ьг, Ьз - электрические сигналы. пропорциональные перемещечию чувств. ельного элемента на первом, втором и третьем этапах преобразования;О) и- постоянные величины, пропорциональные первому и второму силовым воздействиям на чувств и тел ьн ый элемент;Я - постоянная величина, пропорциональная эффективной площади чувстви тельного элемента;Ро - постоянная ве,изина, пропорциональная начальному давлению газэ в опорной полостдатчика;1624292 Составитель А. ЗосимовТехред М,Моргентал Корректор Л, Бескид Редактор И. Касарда Заказ 182 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Г 1 роилнодственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 3 - постоянная величина, пропорциональная коэффициенту темпаературного расширения газа в опорной полости датчика,2. Устройство для определения давления жидкости, содержащее датчик давления, в опорной полости которого размещен упругий чувствительный элемент с жестким центром, соединенным при помощи штока с плунжером индуктивного преобразователя, который соединен с входом электронной измерительной схемы, и первый измерительный прибор, при этом опорная полость датчика герметизирована, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей путем одновременного определения температуры, в него дополнительно введены первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, второй измерительный прибор, запоминающее устройство, микропроцессор, блок управления, источник постоянного тока, первый, второй и третий блоки задержки, и электромагнит с сердечником и катушкой, при этом опорная полость датчика заполнена газом, причем сердечник электромагнита установлен на штоке плунжера, а катушка электромагнита размещена неподвижно в корпусе датчика и подключена через первый и второй ключи к источнику постоянного тока, 5 выход электронной измерительной схемычерез третий и четвертый ключи соединен соответственно с первым и вторым входами запоминающего устройства, а через пятый ключ - с третьим входом микропроцессора, 10 первый и второй входы которого через шестой и седьмой ключ. соответственно подключены к первому и второму выходам запоминающего устройства, первый и второй выходы микропроцессора подключены 15 к первому и второму измерительным приборам, причем первый выход блока управления подключен к управляющему входу третьего ключа, второй выход подключен к управляющему входу второго ключа непос редственно, а к управляющему входу четвертого ключа - через первый блок задержки, третий выход блока управления подключен к управляющему входу первого ключа непосредственно, а к управляющему 25 вход 1 пятого ключа - через второй блок задержки, и к управляющим входам шестого и седьмого ключей - через третий блок задержки,