Устройство для измерения давления

(прототип) . Бюл. Юник,В.И,2 А лкин дотов 8.8) ческие рамкова . 433 свидет 01 1. 9 змерения. И., нВысш во ССС 12. 12,ь 8 ОСУДАРСТ 8 ЕКНЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИ ЕР ЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, содержащее датчик давления с упругим элементом из пьезоэлектри. ческой пластины с электродами и наклеенными тензорезисторами, включенными в мостовую измерительную схему с источником питания, выход которой через усилитель соединен с входом регистратора, мультивибратор, подклю ченный к входам управления фазоцувст вительного выпрямителя и первого ключа, соединенного с потенциальным электродом пьезоэлектрической пластины, и фильтры низкой и высокой частоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с цел ью повышения чувст ви тель- ности и точности измерения давления за сцет введения положительной обрат. ной связи и самокалибровки датчика, в него дополнительно введены второй фазочувствительный выпрямитель, связанный с источником питания, второй управляемый мультивибратором ключ, зашунтированный резистором и соединенный с первым ключом и выходом второго фазочувствительного выпрямителя, разделительный конденсатор между потенциальным электродом и первым ключом, зашунтированный емкостью, и избирательный усилитель, причем последовательно соединенные второй фазоЯ чувствительный выпрямитель и второй ключ подключены между выходом усилителя, выполненного управляемым, и входом регистратора, связанного также церез последовательно соединенные фильтр высокой частоты, избирательный усилитель, фазочувствительный выпрямитель и фильтр низкой частоты с управляющим входом усилителя, а управляющие входы ключей подключены кпротивофазным выходам мультивибра10Изобретение относится к приборостроению, в цастностик устройствам,измерения давления, и может быть использовано для .непрерывного контролямеханических усилий с повышенной точност ью,Известны датчики давления, в которых выходной электрический сигнал спомощью обратного преобразователяпреобразуется в механическое усилие,компенсирующее входное давление. Благодаря охвату датчика отрицательнойобратной связью через высокостабильный обратный преобразователь исключается влияние нестабильности параметров датчика и элементов измерительной схемы 1 1 1.Недостатком таких устройств является низкая чувствительность из-за противодействия отрицательной обратной связи, что ограничивает возможность измерения малых давлений.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения давления, содержащее датчик давления с упругимэлементом из пьезоэлектрической пластины с электродами и наклеенными тензорезисторами, включенными в мостовую измерительную схему с источником питания, вьход которой через усилитель соединен с входом регистратора, мультивибратор, подключенный к входам управления фазочувствительного выпрямителя и первого ключа, соединенного с потенциальным электродом пьезоэлектрической пластины, фильтры низкой и высокой, частоты 2 1,Недостатком известного устройства является низкая цувствительность датчика в области малых давлений вспедствие незначительных деформаций пьезоэлектрической пластины. Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерения давления за счет введения положительной обратной связи и самокалибровки датчика,Указанная цель достигается тем,что в устройство для измерения давления, содержащее датчик -давления супругим элементом из пьезоэлектрической пластины с электродами и наклеенными тензорезисторами, включенными в мостовую измерительную схемус источником питания, выход которойчерез усилитель соединен с входомрегистратора, мультивибратор, под 30681 2ключенный к входам управления фазоцувствительного выпрямителя и перво.го ключа, соединенного с потенциальным электродом пьезоэлектрическойпластины, и фил ьтры низкой и высокойцастоты, дополнительно введены второй фазоцувствительный выпрямитель,связанный с источником питания, вто,рой управляемый мультивибратором 10 ключ, зашунтированный резисторами исоединенный с первым ключом и выходом второго фазочувствительного выпрямителя, разделительный конденсатор между потенциальным электродоми первым ключом, зашунтированныйемкостью, и избирательный усилитель,причем последовательно соединенныевторой фазоцувствительный выпрямитель и второй ключ подключены междувыходом усилителя, выполненного управляемым, и входом регистратора,связанного также через последовательно соединенные фильтр высокой частоты, избирательный усилитель, фазочувствительный выпрямитель и фильтрнизкой частоты с управляющим входомусилителя, а управляющие входы ключей подклюцены к противофазным выходам мультивибратора.ЗОНа чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройствадля измерения давления.Упругий элемент датчика выполнениз пьезоэлектрической пластинына которой нанесены пленочные тензорезисторы Г и К 2, образующие с внешними резисторами РЗ и Р, схему измерительного моста 2. Пьезоэлектрическая пластина 1 охвачена электродами 403, из которых один - потенциальный,а другой - заземлен. Мостовая схема 2питается от источникапеременногонапряжения частоты о 1-5 кГц) . Квыходу мостовой схемы подключены последовательно соединенный регулируечмый усилительи фазоцувствительныивыпрямитель 6, управляемый источником 11 переменного напряжения, Выходфазочувствительного выпрямителя 6церез добавочный конденсатор С, иконденсатор С 2 положительной обратнойсвязи соединен с потенциальным электродом пьезоэлектрицеской пластины 1,К выходу фазочувствительйого выпрямителя 6 через добавочный резистор Рподключен регистратор .Добавочный конденсатор С и резистор Р зашунтированы клюцами 8 и с,управляющие входы которых подключены3 10306 ,к противоположным плечам мультивибратора 10, переключающегося с низкой частотой я (20-30 Гц) .К входу регистраторачерез . Фильтр 11 верхних частот подключены 5 последовательно соединенные избирательный усилитель 12, настроенный на частоту переключения Й, и второй фазочувствительный выпрямитель 13, управляемый мультивибратором 10. Вы О ход фазочувствительного выпрямителя 13 через фильтр 14 нижних частот соединен с управляющим входом регулируе мого усилителя 5.Устройство работает следующим об разом.Под действием давления Р пьезоэлектрическая пластина 1 с нанесенными на нее тензорезисторами й и Й 2 деформируется . Напряжение разба ланса моста 2 частоты ы усиливается регулируемым усилителем 5 и выпрямляется фазочувствительным выпрямителем б . Пьезоэлектрическая пластина 1 с электродами 3 представляет собой 25 конденсатор СЗ, который совместно с конденсаторами С 2 и С образует элеткрическую цепь обратнцй связи (емкостный делитель напряжения) . Под действием части выпрямленного напряжения, которое поступает на электроды 3 через емкостной делитель напряжения С -С, возникают дополнительные деформации (обратный пьезоэффект) суммирующиеся с деформациями от измеряемого давления Рх . В результате действия положительной обратнойсвязи возрастает напряжение небаланса моста 2, что приводит к увеличению чувствительности датчика. 40 Напряжение, фиксируемое регистрирующим прибором 7, определяется измеряемым давлением Рх, коэффициентом прямого преобразованйя давления в выходное электрическое напряжение сС, коэффициентом передачи цепи положительной обратной связи Ь и коэффициентом передачи входной цепи. регистратора у501 сКоэффициент прямого преобразованияЫ, = К 151525300(23где К - коэффицйент, учитывающийупругие свойства пьезоэлектрическоЙ пластиныкрутизна преобразования Рв деформацию, определяемая геометрическими размерамипластины;5 - крутизна преобразования де 2формации пьезоэлектрическойпластины в приращении сопротивлений тензорезисторовВ 1 и5 - чувствительность мостовойизмерительной схемы, зависящая от соотношения резисторов Й у В 2 у Й 3 у Вс 3Оо - напряжение питания моста;К - коэффициент усиления регу 2лируемого усилителя;К - коэффициент выпрямления Фазочувствительного выпрямителя,Коэффициент передачи цепи положительной обратной связиК.где С, С 2, С - емкости соответственно конденсаторовС, С 2 и пьезоэлектрической пластины;К - коэффициент, учиты 4.вающий обратный пьезоэффект пластины;Коэффициент передачи входной цепи регистрирующего прибораоО 5где В - входное сопротивление региОратора;Й - сопротивление добавочногорезистора й;.Добавочные конденсатор С 1 и резистор В поочередно шунтируются ключами 8 и 9 с частотой переключения Я мультивибратора 10. которая выбирается в 50-100 раз меньше частоты мз напря" . жения питани 4 моста 2. В результате этого через регулируемый усилитель 5 проходят пакеты переменных напряжений, амплитуды которых определяются соотношением (1) и положениями ключей 8 и 9. При этом напряжение на регистратор 7 поступает соответственно то через резистор Р 5, то непосредственно с выхода фазочувствительного выпрямителя 6. Когда шунтируется конденсатор С (ключ 9 замкнут), увеличивается напряжение, приложенное к пьезоэлектрической пластине, Соответственно возрастает выходное напряжение на выходе фазочувствительного выпрямителя 6, но одновременно уменьшается напряжение, фиксируемое реги 7 1030681 В жение, (1 ) питания моста не влияют лений, Возрастание при этом .роли дес-;Она результат измерения давления, хо-. табилиэирующего фактора на результат тя датчик и охвачен положительной -об" измерения устраняется ситемой само- ратной связью. В то же время поло- калибровки коэффициента усиления жительная обратная связь способствует 5 регулируемого усилителя, входящего значительному повышению чувствитель"в прямую цепь преобразования ности датчика, что позволяет исполь- .давления в электрическое напрязовать его для измерения малых дав- жение,Ре ак аз 520/ 3 Тираж 73 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва 3- 5 Раушская наб. , 1/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель Н. Кизилов тор Л. Гратилло Техре И,Коштура Корректор:. игор Зак