Устройство для измерения давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 183047 1 1 9/12 ПИСАНИ ЗОБ ТЕНИЯ ВИДЕТЕЛЬС К АВТОРСКО)Ф 1144010, кл. 6 01 ия: устроиство соатор, два иэмеристочник опорного озиционных перетабных преобразонсатор, генератор нных усилителя со ной связи. вычитаизобретен й конденс нсатора, емь двухп ыре масш ный конде операцио ой обрат тельский институт ф Г.Жега В.А.Зи льство 9/12, 1 н, Евье 3. ч в ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано вустройствах, применяемых для измерениядавления в различных областях народногохозяйства,Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей устройства за счет измерения избыточногодавления и разности давлений.Общими признаками прототипа и заявляемого устройства являются емкостныйдатчик с двумя конденсаторами, имеющимиобщий вывод, источник опорного напряжения, подключенный к первому выводу первого двухпоэиционного переключателя ипервому масштабному преобразователю,выход которого соединен с первым выводомвторого двухпоэицион ного переключателя,второй вывод первого двухпозиционногопереключателя соединен с общей шиной, атретий вывод - с выводом опорного конденсатора емкостного датчика, первый усилитель с емкостной обратной связью, входкоторого подключен к общему выводу кон денсаторов емкостного датчика, а выход -врез переходный конденсатор, с первымыводом третьего двухпоэиционного первВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВключателя, второй операционныи усилитель с емкостной обратной связью, выход кото)ого через второй масштабный преобразовательсоединен со вторым выводом второго двухпозиционного переключателя, генератор, подключенный к управляющим входам двухпозиционных переключателей,Устройство отличается тем, что, с целью расширения функциональных возможностей. в него введены второй измерительной конденсатор емкостного датчика, третий и четвертый масштабные преобразователи, четвертый, пятый, шестой и седьмойдвухпозиционные переключатели, третий операционный усилитель с емкостной обратной связью, вычитающее устройство, при этом вход третьего масштабного преобразователя подключен к выходу источника опорного напряжения, а выход - к первому выводу седьмого двухпозиционного переключателя, второй вывод которого через пятый двух- позиционный переключатель подключен к выводу второго измерительного конденсатора. второй вывод которого соединен с входом первого операционного усилителя, выход третьего операционного усилителя соединен через четвертый масштабный пре-,1830471 5 10 15 ОоКмп 1 и 01Кмп 2,50 55 01Кмо 2Сх 1) = 0; обраэователь с третьим выводом двухпозиционного переключателя и с первым входом вычитающего устройства, второй вход которого соединен с выходом второго операционного усилителя, входы второго и третьего операционных усилителей соединены с выводами шестого двухпозиционного переключателя, третий вывод которого подключен ко второму выводу третьего двухпозиционного переключателя.На фиг.1 представлена функциональная схема емкостного преобразователя давления; на фиг.2 - диаграммы работы устройства,Преобразователь содержит опорный 1 и первый измерительный 2 конденсаторы емкостного датчика, источник опорного напряжения 3, первый двухпозиционный переключатель 4, первый масштабный преобразователь 5, второй двухпозиционный 20 переключатель 6, первый операционный усилитель 7 с конденсатором 8 в цепи обратной связи, переходный конденсатор 9, третий двухпозиционный переключатель 10, второй операционный усилитель 11 с кон дЬнсатором 12 в цепи обратной связи, второй масштабный преобразователь 13, генератор импульсов 14, второй измерительный конденсатор 15 датчика, третий масштабный преобразователь 16, четвер тый масштабный преобразователь 17, четвертый 18, пятый 19, шестой 20 и седьмой 21 двухпозиционные переключатели, третий операционный усилитель 22 с конденсатором 23 в цепи обратной связи и 35 вычитающее устройство 24.Генератор импульсов 14 управляет работой семи двухпозиционных переключателей. Вход первого двухпозиционного переключателя 4 подключен к источнику 40 опорного напряжения 3 и первому масштаб-ному преобразователю 5, выход которого соединен с вторым двухпоэиционным переключателем 6. Второй вход первого двухпозиционного переключателя 4 соединен с 45 общей шиной, а выход с опорным конденсатором 1, емкостного датчика. Вход первого . операционного усилителя 7 с емкостной обратной связью 8 подключен к общему выводу конденсаторов емкостного датчика, а выход через переходный конденсатор 9 - к входу третьего двухпозиционного переключателя 10. Выход второго операционного усилителя 11 с емкостной обратной связью 12: через второй масштабный преобразователь 13 соединен со входом второго двухпозиционного переключателя 6. Выход пятого двухпоэиционного переключателя 19 соединен с вторым измерительным конденсатором 15 емкостного датчика. Входы пятого двухпозиционного переключателя 19 соединены соответственно с общей шиной и с выходом седьмого двухпозиционного переключателя 21, первый вход которого соединен с .выходом третьего масштабного преобразователя 16, а второй через четвертый масштабный преобразователь 17 с выходом третьего операционного усилите,я 22 с емкостной обратной связью 23. Вход третьего масштабного преобразователя 16 подключен к источнику опорного напряжения, Вход шестого двухпозиционного переключателя 20 подключен к выходу двухпозиционного переключателя 10, а выходные контакты - ко входам третьего 22 и второго 11 операционных усилителей соответственно. Выходы второго 11 и третьего 22 операционных усилителей подключены к соответствующим входам вычитающего устройства 24,Принцип действия преобразователя основан на периодическом поочередном уравновешивании зарядов на опорном 1 и измерительных 2 или 15 конденсаторах. Генератор импульсов 14 управляет работой всех двухпозиционных ключей. По сигналу с генератора импульсов (фиг.2 е) включаются в схему уравновешивания первый масштабный преобразователь 5. опорный конденсатор 1, первый измерительный конденсатор 2, второй операционный усилитель 11, второй масштабный преобразователь 13 или третий масштабный преобразователь 16, опорный конденсатор 1, второй измерительный конденсатор 15, третий операционный усилитель 22, четвертый масштабный преобразователь 17. Конденсатор Со периодически заряжается до напряжения Оо и накапливает заряд. равный оо = ОоСо (фиг,2 б). Если по сигналу с генератора импульсов подключен первый измерительный конденсатор 2, то его заряд формируется от разности двух напряжений: гДе Кмп 1, Кмп 2 - козффиЦиенты ДелениЯ масштабных преобразователей 5 и 13 соответственно,Напряжение на выходе второго опера- . ционного усилителя 11.при каждом такте уравновешивания будет изменяться до тех пор, пока заряды на опорном и первом измерительных конденсаторах не будут равны фиг.2 б), т.е,ОоСо (ОоКмп 1Сх 1которое получается на вычитающем устройстве 24 (фиг.2 д),Коэффициенты А и В устанавливаются взависимости от диапазона измеряемых давлений.Таким образом, технико-экономическим преимуществом предлагаемого изобретения, по сравнению с прототипом,является снижение в.два раза потребностидатчиков для измерения избыточного давления и разности давлений,Формула и зоб р е те н ияУстройство для измерения давления,содержащее первый измерительный конденсатор, переходный и опорный конденсаторы, первый операционный усилитель созвеном емкостной обратной связи, генератор импульсов, первый двухпозиционный 5переключатель, второй вывод которого подключен к общей шине, и последовательносоединенные источник опорного напряжения, первый масштабный преобразователь 45 50 где Со - емкость опорного конденсатора 1;Сх 1 - емкость первого измерительного 2 конденсатора;01 - выходное напряжение второго операционного усилителя 11.Выражая из вышеприведенного уравнения 01, получим: Следовательно, 01 обратно пропорционально Сх 1 (фиг.2 г),Поскольку изменение Сх 1 также обратно .:ропорционально изменению измеряемо о абсолютного давления, то в результате получаем линейную зависимость 01 от измеряемого давления.При подключении по сигналу от генератора импульсов 14 в цепь преобразования второго измерительного конденсатора 15 аналогично получаем на выходе третьего операционного усилителя 22 напряжение Где Кмпз,Кмп 4 - коэффициенты деления мас штабных преобразователей 16 и 17 соответственно.Напряжение 02 будет пропорциональновторому абсолютному давлению (фиг.2 г).Выходным сигналом преобразователяявляется напряжение, равное: 03 = Овых = (АО 1 - В02),5 10 15 20 25 30 35 и второй двухпозиционный переключатель, к управляющему входу которого и к управляющемувходу первого двухпозиционного переключателя подключены выходы генератора импульсов, причем переходный конденсатор соединен с выходом первого операционного усилителя, инверсный вход которого подключен к общему выводу первого измерительного и опорного конденсаторов, а прямой вход первого операционного усилителя подключен к обшей шине, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения избыточного давления и разности давлений, в него .верены второй измерительный конденсатор, вы;:од которого соединен с общим выводом первого измерительного и опорного конденсаторов, второй и третий операционные усилители со звеньями емкостной обратной связи, прямые входы которых подключены к общей шине, второй, третий и четвертый масштабные преобразователи, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой двухпозиционные преобразователи, управляющие входы которых соединены с выходами генератора импульсов, и вычитающее устройство, к входам которого и входам второго и четвертого масштабных преобразователей подключены выходы соответственно второго и третьего операционных усилителей, инверсные входы которых соединены соответственно с вторым и первым выводами шестого двухпозиционного переключателя, третий вывод которого подключен к первому выводу, третьего двухпозиционного переключателя, третий вывод которого и третьи выводы первого, второго, четвертого, пятого и седьмогодвухпозиционных переключателей соединены соответственно с выводом переходного конденсатора, выводом опорного конденсатора, первым выводом четвертого двухпоэиционного переключателя, выводом первогоизмерительного конденсатора. выводом второго измерительного конденсатора и первым выводом пятого двухпозиционного переключателя, второй вывод которого и вторые выводы четвертого и второго двухпозиционныхпереключателей подключены к общей шине, при этом выходы второго и четвертого масштабных преобразователей соединены свторыми выводами соответственно двухпозиционного переключателя и седьмого двухпозиционного переключателя, первый выводкоторого подключен к выходу третьего масштабного преобразователя, вход которого и первый вывод первого двухпоэиционного переключателя соединены с выходом источника опорного напряжения,Производственн аказ 2519ВНИИПИ Г Тираж, Подписное .твенного комитета по изобретениям и открытиям при ГК113035. Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4 Уб эдвтельский комбинат "Патент", г; Чжгород, ул,Гагарина, 10