Устройство для измерения давления в широком диапазоне

Союз СоветскихСоциапнстнческкхРеспублик ОПИСАНИЕ 855415ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл з6 01 1. 21/00 д 01 1. 11/00 Гооударстеенный комитет Опубликовано 15.08.81. Бюллетень30Дата опубликования описания 25.08.81по делам изобретений н открытий(71) Заявнтел евский институт автоматики им. Х ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДИАПАЗОНЕ ВО ДЛ ИРОК 4), УСТР 10 Изобретение относится к измерительнойтехнике, а именно к технике измерения низкого вакуума, и может быть использованопри измерении абсолютного давления в системах управления, регулирования и контролятур бокомп рессорных и турбоэксгаустерныхагрегатов,5Известен широкодиапазонный вакууметр,содержащий датчики давления, ограничители напряжения и измерительный прибор 1 .Недостатком этого вакууметра являетсянизкая точность измерений,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является вакууметр, содержащийманометрические датчики, подключенные кучасткам делителя напряжения с переменным коэффициентом деления, источники цопорных напряжений, многопозиционный переключатель цепей и измеритель напряжения 2.Недостаток этого вакууметра - малыйдиапазон измерений давления.Цель изобретения - увеличение диапазона измеряемых давлений.Поставленная цель достигается тем, чтов устройство для измерения давления в широком диапазоне, содержащее группу датчиков давления с различными диапазонами измерения и группу соответствующих им источников опорных токов, подключенных ко входам двухканального коммутатора, измерительный прибор и схему управления, выход которой присоединен к управляющему входу коммутатора, введены логарифмический функциональный преобразователь и масштабирующий усилитель, причем вход преобразователя соединен с выходом первого канала коммутатора, выход преобразователя соединен с выходом второго канала коммутатора и входом усилителя, а выход усилителя соединен с измерительным прибором и входом схемы управления.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, где: датчики давления 1 - 4, образующие группу 5, источники 6 - 9 опорных токов, образующие группу 10, двухканальный коммутатор 11, логарифмический функциональный преобразователь 12, масштабирующий усилитель 13, измерительный прибор 14, схема управления.15.На фиг. 2 представлена схема одного из возможных вариантов конкретного исполнения предлагаемого устройства для измере 85541515 20 канала коммутатора 11. Выход масштабирующего усилителя 13 соединен с измЕритель ным прибором 14 и входом схемы 15 управ-. 50 55 ния давления в широком диапазоне, где: датчики 1 - 4 давления, образующие группу 5, группа 10 источников опорных токов; двухканальный коммутатор 11, логарифмический функциональный преобразователь 12, масштабирующий усилитель 13, измерительный прибор 14, схема 15 управления, подстроечные резисторы 16 - 19 датчиков давления; источник 20 стабильного напряжения; резисторы 21 - 24, которые совместно с 20 образуют группу источников опорных токов; конденсатор 25 в цепи обратной связи операционного усилителя 27, резистор 26 в цепи обратной связи операционного усилителя 27, операционный усилитель 2, который совместно с конденсатором 25 и резистором 26 образует масштабирующий усилитель 13, резисторы 28-31 на входе компараторов; компараторы 32 и 33, логические схемы И 34 и 35, выходные устройства 36 - 39, источник 40 стабильного напряжения, элементы 28 - 40 образуют схему 15 управления. На фиг. 3 изображены характеристики датчиков, напряжение на логарифмическом функциональном преобразователе и напряжение на выходе устройства. Сплошной линией изображены характеристики с учетом ограничений по. датчикам и по логарифмическому функциональному преобразователю.Устройство содержит датчики 1 - 4 с различными диапазонами измеряемых давлений. Номинальное давление датчика 1 выбирается примерно в 2 - 3 раза большим, чем номинальное давление датчика 1-1. Датчики давления допускают значительные пере. грузки по давлению. Выходы датчиков 1 - 4 подключены к соответствующим входам первого канала коммутатора 11. Выход первого канала коммутатора 11 присоединен ко входу логарифмического функционального преобразователя 12, выход которого соединен с выходом второго канала коммутатор и входом масштабирующего усилителя 13. Выходы источников 6 - 9 опорных токов соедииены с соответствующими входами второго ления. Выход схемы 15 управления соединенс управляющим входом коммутатора 11. Напряжение на выходе устройства 1.1 вьк,пропорционально логарифму измеряемогодавления Р 11 ьых = ЯЯ РР,(1) где А коэффициент пропорциональности;р, - давление, принятое за единицу, например, 1 кгс/см.При давлении на входе датчиков, равном Р, напряжение на выходе датчика 1 определится по формуле р р, (г) где 0; напряжение на выходе датчика ФР;- номинальное давление датчика 1) 25 30 35 40 Цн - номинальное напряжение датчика1, соответствующее номинальному давлению на входе датчика.Подставив в (1) значение Р из (2), получимО 1 Ц Р 1 и д,а 1.+ р, йЙВ, 13)К Мн Ргде о - напряжение, принятое за базисное.Первое слагаемое определяется напряжением, снимаемым с выхода датчика, Оно не зависит от номинального давления датчика и его коэффициента преобразования.Второе слагаемое определяется номинальными параметрами датчика и не зависит от величины измеряемого давления. Устройство работает следующим образом.При включении устройства схема управления устанавливает коммутатор в положение, соответствующее работе наиболее чувствительного датчика, Это происходи независимо от величины давления на входах датчиков,Если измеряемое давление превышаетдиапазон первого датчика, происходит автоматическое переключение на следующийдатчик, и так до тех пор, пока не будет выбран датчик давления, диапазон которого наилучшим образом соответствует измеряемомудавлению. Выбор датчика осуществляется врезультате взаимодействия логарифмического функционального преобразователя коммутатора, задатчиков опорных токов, датчикови схемы управления.Схема управления действует так, чтообеспечивается включение одного и толькоодного датчика давления, причем номер датчика определяется по величине напряженияна выходе усилителя 13. Для выбора датчиканапряжение с выхода усилителя 13 подается на входы компараторов, входящих в схему 15 управления. Компараторы сравниваютсигнал, поступающий с выхода усилителя13 с эталонными сигналами, определяющими уровни срабатывания компараторов. Благодаря положительной обратной связи, охватывающей каждый компаратор, имеет место гистерезис, т.е. напряжение, при которомпроисходит переключение компаратора изсостояния О в состояние 1 несколькобольше напряжения, при котором компаратор переключается из состояния 1 в состояние О. Компараторы настраиваютсятак, чтобы они последовательно переключались из состояния О в состояние 1 принапряжениях на выходе усилителя 13, соответствующих по статической логарифмической характеристике давлениям гп Рщ, гп Р,гп Ъ)н,Здесь через Р 1 и обозначено номинальноедавление 1 - датчика, а через гп - коэффициент запаса равный 0,9 - 0,95.На время переключения коммутатора 11вход операционного усилителя 27 оказыва855415 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР273493, кл, 6 01 1. 21/00, 1969. формула изобретения 2. Авторское свидетельство СССР Устройство для измерения давления и193125, кл. б 01 1. 21/00, 1965 (протошироком диапазоне, содержащее группу дат- тип). 5ется отключенным от выходов датчиков давления и источников опорных токов.Для того, чтобы процесс переключения не вызвал существенного изменения напряжения на выходе операционного усилителя 27 и не привел к сбою работы схемы управления в цепь обратной связи усилителя включен конденсатор 25, Емкость конденсатора 25 выбирается так, чтобы за время переключения коммутатора изменение напряжения на выходе усилителя было в несколько раз меньше величины петли гистерезиса компа раторов.Наличие петли гистерезиса у компараторов полезно еще и потому, что исключает многократные переключения коммутатора при незначительных колебаниях давления вокруг значения, соответствующего срабатывнию одного из компараторов. В результате предлагаемое устройство работает весьма устойчиво и обеспечивает высокую точность измерения давления в широком диапазоне. 20 6чиков давления с различными диапазонами измерения и группу соответствующих им источников опорных токов, подключенных ко входам двухканального коммутатора, измерительный прибор и схему управления, выход которой присоединен к управляющему входу коммутатора, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измерения, в устройство введены логарифмический функциональный преобразователь и масштабирующий усилитель, причем вход преобразователя соединен с выходом первого канала коммутатора, выход преобразователя соединен с выходом второго канала коммутатора и входом усилителя, а выход усилителя соединен с измерительным прибором и входом схемы управления.855415 иг.2 ьА.ойка Составител Техред А. Б Тираж 907 И Государственно делам изобретени осква, Ж - 35, Р Патент, г, Ужемци Редактор И. КасардаЗаказ 6888/57ВНИИПпо113035, МФилиал ППП Зражевскиис Корректор МПодписноео комитета СССРй и открытийушская наб., д. 4/5ород ул Проектная 4