Устройство для измерения давления

( 9) я)5 6 01 1 11/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ерительные претомиздат, 1983,ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕКИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерениядавления. Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей путем обеспечения одновременного измерения температуры и влажности. Устройство содержитдатчик, выполненный в виде корпуса 1 с мембраной 2, в котором установлен пьезоэлемент 3 из пористой пьезокерамики, токосьемник 6, узел 7 поджатия пьезоэлемента, Блок измерения содержит два компаратора, три нормирующих усилителя, мостовую измерительную схему, генератор, усилитель переменного тока, выпрямитель, аналогоцифровой преобразователь, цифровой индикатор и таймер, При измерении давления мембрана 2 деформируется, вызывая появление заряда на пьезоэлементе 3. Влага сорбируется пьезоэлементом 3. вызывая изменения его диэлектрических свойств. В качестве термометрического параметра при измерении температуры используется зависимость активного сопротивления пьезоэ. лемента 3 от температуры, Блок измерения осуществляет временное разделение каналов измерения и выделение информационных сигналов. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения давления,Известно устройство для измерения давления, содержащее корпус с мембраной, между мембраной и корпусом установлены пьезоэлектрические элементы с предварительным напряжением.Однако это устройство имеет невысокую точность измерения.Известно устройство, содержащее датчик, выполненный в виде рабочего и компенсирующего стабилитронов, блок измерения давления и температуры, компаратор и индикатор.Однако указанное устройство имеет невысокую точность, так как подбор стабилитронов с одинаковыми характеристиками практически невозможен, кроме того, на погрешность измерения оказывает влияние измерительный ток, который вызывает нагрев рабочего стабилитрона,Наиболее близко к предлагаемому является устройство, содеркащее датчик, выполненный в виде пологоэлектропроводного корпуса с мембраной и установленными в нем пьезоэлементом, токосъемником и узлом поджатия пьезоэлемента, и измерительный блок, причем пьезоэлемент выполнен плоским с двумя токопроводящими электродами, один из которых имеет механическую и электрическую связь с мембраной, а другой - с токосъемником.Известное устройство имеет ограниченные функциональные возможности и низкую надежность. В устройстве предусмотрены пять электрических выводов и, соответственно, пять электрических соединений с чувствительными элементами датчика. Это понижает надежность датчика при эксплуатации и усложняет его конструкцию. Устройство имеет малую чувствительность при измерении температуры, так как в нем использована термопара. Необходимость 5 10 15 20 25 30 35 40 изготовления на пьезоэлементе специаль 50 55 ного влагочувствительного слоя ухудшаетего частотные свойства при измерении давления,Цель изобретения - повышение надежности и расширение функциональных возможностей устройства,Цель достигается за счет того, что в устройстве, содержащем датчик, выполненный в виде полого электропроводногокорпуса с мембраной и установленными внем пьезоэлементом, токосъемником и узлом поджатия пьезоэлемента, и измерительный блок, причем пьезоэлементвыполнен плоским с двумя токопроводящими электродами, один из которых имеет механическую и электрическую связь с мембраной, а другой - с токосьемником, пьезоэлемент выполнен из пористой пьезокерамики, а в измерительный блок введены первый, второй и третий нормирующие усилители, выпрямитель. аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифровой индикатор и таймер, первый вход которого соединен с управляющим входом первого электронного коммутатора, второй выход подключен к управляющему входу второго электронного коммутатора, третий выход соединен с установочным входом АЦП, информационный вход которого через второй электронный коммутатор подключен к выходам первого, второго и третьего нормирующих усилителей, а выход соединен с входом цифрового индикатора, причем пьезоэлемент через первый электронный коммутатор подключен к входу первого нормирующего усилителя, выходу генератора переменного тока, к плечу мостовой измерительной схемы, выход которой соединен с входом второго нормирующего усилителя, при этом выход генератора переменного тока подключен через последовательно соединенные усилитель переменного тока и выпрямитель к входу третьего нормирующего усилителя.На фиг, 1 приведена конструкция датчика; на фиг. 2 - структурная схема устройства для измерения давления.Датчик содержит корпус 1 с мембраной 2, пьезоэлемент 3 с первым 4 и вторым 5 токопроводящими электродами, токосъемник 6, узел 7 поджатия пьезоэлемента, хвостовик 8, изоляционнуютрубку 9 и электрический вывод 10,Эквивалентная схема пьезоэлемента представлена в виде статического звена - емкость 11 и сопротивление 12, и динамо- метрического звена - источник 13 пьезо- ЭДС и сопротивление 14,Измерительный блок 15 содержит первый электронный коммутатор 16 с ключевыми элементами 17 - 19, второй электронный коммутатор 20 с ключевыми элементами 21 - 23, первый 24, второй 25 и третий 26 нормирующие усилители, мостовую измерительную схему 27 с резисторами 28 - 30 и источник 31 питающего напряжения 31, генератор 32 переменного тока АЦП 36 и цифровой индикатор 37,Корпус 1 выполнен из электропроводного материала и имеет внутреннюю резьбу для установки узла крепления и поджатия пьезоэлемента 7, который выполнен в виде полой резьбовой втулки из электроизоляционного материала и имеет три сопряженных внутренних отверстия с разными диаметра 1758456ми, В одном из них выполнена резьба, вкоторую вворачивается хвостовик 8, Токосъемник 6 выполнен в виде двухступенчатого цилиндра из электропроводногоматериала. Пьезоэлемент 3 выполнен в виде плоского диска из пористой пьезокерамики, на поверхности которой нанесенысеребряные токопроводящие электроды 4и 5,Входы ключевых элементов 17-19 перваго коммутатора 16 соединены между собой и подключены к электрическому выводу10. Выход ключевого элемента 17 первогокоммутатора 16 соединен с одним из выходов генератора 32 переменного напряжения и с одним из входов усилителя ЗЗпеременного тока, другой вход которогоподключен к точке с нулевым потенциалом,с которой соединены корпус 1, другой выходгенератора 32 переменного напряжения и 20один из выводов резистора 30 мостовой измерительной схемы 27, Выход ключевогоэлемента 18 первого коммутатора 16 подключен к одному из входов первого нормирующего усилителя 24, другой вход которого 25соединен с точкой нулевого потенциала, авыход подключен через ключевой элемент21 второго коммутатора 20 к информационному входу АЦП Зб. Выход ключевого элемента 19 соединен с одним их выводов 30резистора 28 мостово." измерительной схемы 27 и с одним из входов второго нормирующего усилителя 25, другой вход которогоподключен к другому выводу резистора 30 иодному из выводов резистора 29 мостовой 35измерительной схемы 27, Другой вывод резистора 29 соединен с клеммой источника31 питания и другим выводсм резистора 28мостовой измерительной схемы 27,Выход усилителя 33 переменного напряжения через последовательно соединенные выпрямитель 34, третий нормирующийусилитель 26 и ключевой элемент 22 второгокоммутатора 20 подключен к информационному входу АЦП 36, выход которого соединен с входом цифрового индикатора 37,Выход второго нормирующего усилителя25 через ключевой элемент 23 второго коммутатора 20 подключен к информационномувходу АЦП 36, установочный вход которого 50соединен с третьим выходом таймера 35,первый и второй выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого и второго коммутаторов,Устройство работает слдующим образом,Пьезоэлемент 3 обладьет как пьезоэлектрическими свойствами, так и сорбционными при выполнении его из пористойпьезокерамики, При сорбции паров в пьезоэлементе 3 его диэлектри ческие свойсва меняются, а именно меняется емкость 11 Кроме того, меняется активнее споравл- ние пьезоэлемента 3, Зависимость диэлек 1 рической проницаемости от влажности используется для измерения влажности, а зависимость активного сопротивления - дл измерения температуры,При измерении давления мембрана 2 прогибается и вызывает появление заряда на пьезоэлементе 3. Таймер 35 устанавливает в исходное состояние АЦП 36 и замыкает ключевой элемент 18 перво о коммутатора 20, Таким образом, пьезоэлемент подключается к входу первого усилителя 24, который выполняет функцию усилителя заряда: Выходной сигнал с усилителя 24 поступает через ключевой элемент 21 второго коммутатора 20 на вход АЦП Зб, который преобразует его в цифровой код, и инфор. мация о давлении отображается на цифровом индикаторе 37.При измерении о 1 носительной влажности таймер 35 устанавливает в исходное положение АЦП 36, замькает ключевой элемент 17 и ключевой элемент 22, Остальные ключевые элементы остаются в разомкнутом положении, В результате на пьезоэлемент 3 с генератора 32 подается переменное напряжение, Вследствие измерения диэлектрических свойств пьезокерамики при воздействии влажности падение напряжения на пьезоэлементе меняется, Этот сигнал усиливается усилителем 33, преобразуется в постоянное напряжение выпрямителем 34 и через нормирующий усилитель 26 и ключевой элемент 22 подается на вход АЦП Зб. Информация о влажности отображается на цифровом индикаторе 37,При измерении температуры таймер устанавливает в исходное состояние АЦП 36, замыкает ключевой элемент 19 первого коммутатора 16 и ключевой элемент 23 второго коммутатора 20 и, соответственно, устанавливает в разомкнутое состояние остальные ключевые элементы. При этом в плечо мостовой измерительной схемы включается пьезоэлемент 3, При изменениитемпературы активное сопротивление элемента 3 меняется, возникает сигнал в мостовой измерительной схеме 27, который усиливается, нормируется и подается на вход АЦП 36, затем информация о температуре отображается на цифровом индикаторе 37.Формула изобретенияУстройство для измерения давления, содержащее датчик, выполненный в виде полого электропроводного корпуса с мембаказ 2991 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, РаушПодписноеениям и открытиая наб 4/5 ГКНТ ССС изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 раной и установленными в нем пьезоэлементом, токосьемником и узлом поджатия пьезоэлемента, и измерительный блок, причем пьезоэлемент выполнен плоским с двумя токопроводящими электродами, один из которых имеет механическую и электричФ- скую связь с мембраной, а другой - с токосьемником, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения надежности, пьезоэлемент выполнен.иэ пористой керамики, а в измерительный блок введены первый и второй электронные коммутаторы, мостовая измерительная схема, первый, второй и третий нормирующие.усилители постоянного тока, генератор переменного тока, усилитель переменного тока, выпрямитель, аналого-цифровой преобразователь, цифровой индикатор и таймер, первый выход которого соединен с управляющим входом первого, электронного коммутатора, второй выход подключен к управляющему входу второго электронного коммутатора, третий выход соединен с установочным входом аналого-цифрового преобразователя, ин формационный вход которого через второйэлектронный коммутатор подключен к выходам первого, второго и третьего нормирующих усилителей постоянного тока, а выход соединен с входом цифрового индикатора.10 причем пьезоэлемент через первый электронный коммутатор подключен к входу первого нормирующего усилителя постоянного тока, к выходу генератора переменного тока и к плечу мостовой измерительной схе мы, выход которой соединен с входомвторого нормирующего усилителя постоянного тока, а выход генератора переменного тока подключен через последовательно соединенные усилитель переменного тока и 20 выпрямитель к входу третьего нормирующего усилителя постоянного тока,