Устройство для измерения давления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУВЛИН 51 й 01 Ь ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТЕВЬСТВУ АВТОРСКОМ,К Д у(56) 1. Авторское св Р 345347, кл. ( 01 В 2. Карандеев К.Б. электронные комп ые приборы. И.,с. 01 (прототип), етельство СССР /08, 1972.ыстродействую- сационно-мосергия", 1970,щие тов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГТИИ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯДАВЛЕНИЯ, содержащее емкостный датчик давления с двумя электрическимивыводами, источник опорного напряжения, подключенный к входу генератораимпульсов, выход которого черезопорный конденсатор. соединен с первым входом первого операционногоусилителя с емкостной обратной связью и первым электрическим выводомемкостного датчика давления, причем второй вход первого операционного усилителя соединен с общей шиной,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с 80114401 целью повьппения точности измерения., в него введены масштабный преобразователь, первый и второй двухпозиционные переключатели, переходный конденсатор и второй операционный усилитель с емкостной обратной связью, при этом вход масштабного преобразователя соединен с выходом ис" точника опорного напряжения, а его выход - с первым контактом первого двухпозиционного переключателя, выход которого подключен к второму электрическому выводу емкостного датчика давления, а второй контакт первого двухпозиционного переключателя соединен с выходом второго опе- ф рационного усилителя, выход первого операционного усилителя соединен через перехсЦный конденсатор с вхо- Сф дом второго двухпозиционного переключателя, первый контакт которого подсоединен к входу второго операционного усилителя, а второй контакт - к общей шине, причем управляющие входы первого и второго двухпозиционных переключателей со- ЬРф единены с выходом генератора им- Дав пульсов. СР11440 1 О 15 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее емкостный датчик давления с двумя электрическими выводами, источник опорного на 20 пряженпя, подключенный к входу генератора импульсов, выход которого через опорньй конденсатор соединен с первым входом первого операционного25 усилителя с емкостной обратной связью и первым электрическим выво,цом емкостного датчика давления, причем второй вход первого операционного усилителя соединен с общей шиной 12 .30 Целью изобретения является повышение точности измерения.Цель достигается тем, что вустройство введены масгдтабный пре образователь, первый и второй,цвухпозиционные переключатели, переходпьй конденсатор и второй операциониьй усилитель с емкостной обратной связью,.при этом вход масштабного 40 преобразователя соединен с выходом источника опорного напряжения, а его выход - с первым контактомпервого двухпозиционного переключателя, вьгход которого подключен к 45 второму электрическому выводуемкостного датчика давления, а второй контакт первого двухпозиционного переключателя соединен с выходом второго операционного усилителя, 50 выход первого операционного усилителя соединен через переходный конденсатор с входом второго двухпозиционного переключателя, первый контакт которого подсоединен к входу второго 55 операционного усилителя, а второй контакт - к общей шине, причем управляющие входы первого и второго двухИзобретенйе относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления с помощью емкостных датчиков.Известен измерительный преобразо 5 ватель для емкостного датчика, содержащий два конденсатора, подключенных через диодные ключевые элементы к генератору переменного напряжепия Я .Устройство имеет низкую точность .преобразования, обусловленную нестабильностью элементов зарядноразрядной цепи и существенным влиянием паразитных емкостей 1 . ф 10 3позиционных переключателей соединены с выходом генератора импульсов.На чертеже представлена функциональная схема емкостного преобразователя давления.Преобразователь содержит емкостный датчик 1, источник 2 опорного напряжения постоянного тока, генератор 3 импульсов, опорный конденсатор 4, первый операционный усилитель 5 с конденсатором 6 в цепи обратной связи, дискретный интегратор 7, масш" табный преобразователь 8, первый двухпозиционный переключатель 9. Дискретньй интегратор содержит второй операционный усилитель 10 с накопительным конденсатором 11 в цепи обратной связи, второй двухпозиционный переключатель 12, переходной конденсатор 13, линии 14 и 15 связи.От источника 2 опорного напряжения задается амплитуда выходных импульсов генератора 3, выход которого соединен с управляющими входами переключателей 9 и 12 и через опорный конденсатор 4 - с входом первого операционного усилителя 5, который через емкостный датчик 1 соединен с выходом первого переключателя 9. Входы первого переключателя 9 соединены соответственно с выходом дискретного интегратора 7 и выходом масштабного преобразователя 8, вход которого соединен с источником 2 опорного напряжения. Выходом дискретного интегратора 7 является выход второго операционного усилителя 10; в цепь обратной связи которого включен накопительный конденсатор 11. Выходы второго переключателя 12 соединены соответственно с входом второго операционного усилителя 10 и общим проводом. Вход переключателя 12 через переходный конденсатор 13 соединен с выходом первого операционного усилителя 5.Принцип действия преобразователя основан на уравновешивании токов, протекающих через емкостный датчик 1 и опорный конденсатор 4. Импульсы напряжения амплитудой Цо с выхода генератора 3 поступают на опорный конденсатор 4. Синхронно с этими импульсами срабатывают переключатели 9 и 12, причем при наличии нулевого потенциала на выходе генератора 3 переключатели 8 и 10 занимают положение, показанное на чертеже, а при3 114 высоком потенциале - положение противоположное, При этом изменение заряда на опорном конденсаторе определяется его емкостью (С ) и напряжением Ц, т.е. ЬРО = Ц Со; Изменение заряда на емкостном датчике 1 определяется его емкостью. (С) и разностью напряжений на входах переключателя 9, т.е. 68 = Р 8 ых о где ц 8 ШХ - выходное напряжение диск- щ ретного интегратора 7, К - коэффициент преобразования масштабного преобразователя 8. Изменение зарядов иа конденсаторах 1 и 4 приводит к изменению напряжения на выходе усилителя 5 4010 1где Ко - коэффициент усйления операционного усилителя 10."ВыВыражение -- определяет по"отенциал входа операционного усилите.ля 10. Знак минус в этом выраженииопределяется инвертирующей схемойвключения операционного усилителя 10.С учетом значений 63 о и 6 Яравенство (1) преобразуется к виду О,.с. (,ц,- кч,1 ЕО, С 1 Ь 1 Коц откуда"вц"б" с, со й Р)СКОПри выполнении условия СКО ) С, которое обеспечивается большим значением К , статическое уравнение преобразования устройства имеет вид яоЧ С(1+8) О,-ОО К-,Широко .используемый датчик давления мембранного типа с изменяемым под действием измеряемого давления Р; зазором между электродами имеет уравнение преобразования вида. Еб С=в З, - Бхили с учетом зависимости о "х Е 54 где 6 - площадь перекрытия электродов датчика;Е - диэлектрическая проницаемость среды между электродами;3 - начальный зазор между электродами,8 - перемещение мембраны поддействием давления,К - коэффициент, определяемыйконструкцией датчика.С учетом уравнения преобразования датчика зависимость выходного напряжения устройства от измеряемого давления имеет вид где С - емкость конденсатора 6 вцепи обратной связи усилителя 5,оо - статическая погрешность усилителя 5.В момент изменения выходного 25напряжения генератора 3 до 0 соответствующее.изменение напряжения йа выходе усилителя 5 преобразуется в приращение напряжения на выходе диск,ретного интегратора 7. Происходит это следующим образом. При подключе- ;нии переходного конденсатора 13 через второй переключатель 12 к входу :операционного усилителя 1 О происхо-дящее при этом изменение напряженияЭ 5 .,на выходе усилителя 5 приводит к изменению напряжения на переходном конденсаторе 13, что, в свою очередь, приводит к приращению зарядана накопительном конденсаторе 11. 4. 40Изменение напряжения на выходе дискретного интегратора 7 происходит до тех пор, пока изменение напряжения на выходе усилителя 5 не станет равным значению напряжения на входе операционного усилителя 10. Тогда приподключении переходного .конденсатора 13 к входу. операционного усилителя 10 передача заряда в накопительный конденсатор 11 не происходит и, 5следовательно, напряжение на выходедискретного интегратора 7 не изменяется.Таким образом, в установившемся режиме выполняется соотношениеЗаказ 896/35 Тираж 897 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 3-35,. Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 7 11440 дбвательно, изменение заряда на емкостном датчике практически независит от емкости линии 15 связи.Влияние этой емкости в предлагаемом устройстве имеет один порядок с известным. Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается высокая точность измерения за счет расширениядиапазона изменения выходного напряжения и уменьшения влияния параметров прямой цепи преобразованияи емкости линии связи. Это позволяетпроизводить дистанционные измерениядавления при значительном удаленииемкостного датчика, имеющего малоезначение рабочей емкости.