Устройство для измерения давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 1 11/ БРЕТЕНИ ТВУ ИОАН ИЕ нститут радиотехи автоматики Ю.Л.Спирин посту яюА,И, Припреобратических ст ое СССР1980. ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ВТОРСКОМУ СВИДЕ(56) Минаев И.Г., Трофимовменение пьезоэлектрическихзователей для измерения стдавлений. Изв. ВУЗов, Прибние, 1972, У 6, с. 32-34.Авторское свидетельствоМ 777494, кл, С 01 Е 1/16,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДйВЛЕИЯ57) Изобретение относится к измери тельнои технике и позволяет повыситьнадежность и точность измерений.Синхронизацию работы устройства осуществляет задатчик 20 управляющихимпульсов, импульсы с которогопают на вход запуска генератораударного воздействия, на управлщий вход схемы 21 сравнения и навход счетчика 1, Обнуление счетчика18 интервалов производят включениеммежду выходом выпрямителя 15 и входом обнуления счетчика 18 интерваловэлемента НЕ 16. Таймер 13 вырабатывает управляющие импульсы, поступающие на вход разрешения записи адресного регистра 8 в моменты выработкиударных импульсов генератором 12 иблокируют работу адресного регистра8. 2 ил,55 1 12968Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляизмерения давлений.Цель изобретения - повышение надежности и точности измерений.На фиг.1 представлено устройстводля измерения давлений; на фиг,2 -пьезоэлектрический трансформатор.Устройство содержит первый счетчик 1, первый цифро-аналоговый преоб" Оразователь 2, генератор 3 возбуждения колебаний, пьезоэлектрическийтрансформатор 4, первый фильтр 5,первый выпрямитель б, пороговый элемент 7, адресный регистр 8, постоянное запоминающее устройство 9, блок10 регистрации, блок 11 индикации,импульсный генератор 12, таймер 13,второй фильтр 14, второй выпрямитель15, элемент НЕ 16, генератор 17 20опорной частоты, счетчик 18 интервалов, блок 19 памяти кодовых слов,задатчик 20 управляющих импульсов,схема 21 сравнения, второй счетчик22, второй цифро-аналоговый преобра3зователь 23,На фиг,2 приняты следующие обозначения: входная секция 24 пьезоэлектрического трансформатора, вектор25 поляризации входной секции пьезо электрического трансформатора, первый сигнальный электрод 26 второйсигнальный электрод 27, первый управляющий электрод 28, второй управляющий электрод 29, выходная секция 30пьезоэлектрического трансформатора30, вектор 31 поляризации выходнойсекции пьезоэлектрического трансформатора, выходной электрод 32 пьезоэлектрического трансформатора 32. 40Выход первого счетчика 1 соединенс информационным входом адресногорегистра 8 и с входом первого цифроаналогового преобразователя 2, выход. которого соединен с входом генератора возбуждения колебаний 3, выход которого соединен с первым сигнальным электродом 26 пьезоэлектрического трансформатора 4, а второйсигнальный электрод 27 эаземлен, 50выходной электрод 32 соединен с входом первого фильтра 5, выход первогофильтра 5 соединен с входом первоговыпрямителя б, выход которого соединен со входом порогового элемента.7, выход порогового элемента 7 соединен с синхровходом адресного регистра 8 и с входом обнуления перво 72 2го счетчика 1, выход адресного регистра 8 соединен с входом постоянного запоминающего устройства 9, выход которого соединен с входом блока 11 индикации и блока 10 регистрации, выход импульсного генератора 12 соединен с входом таймера 13 и входом генератора 3 синусоидальных колебаний, выход таймера 13 соединен с входом разрешения записи адресного регистра 8, выходной электрод 32 соединен с входом втррого выпрямителя 15, выход второго выпрямителя 15 соединен с входом разрешения счета счетчика 18 интервалов и с входом элемента НЕ 16, выход элемента НЕ 16 соединен с входом обнуления счетчика 18 интервалов, выход генератора опорной частоты 17 соединен с синхровходом счетчика 18 интервалов и с входом задатчика 20 управляющих импульсов, выход счетчика 18 интервалов соединен с первым входом схемы 2 сравнения, выход блока 19 памяти кодовых слов соединен с вторым входом схемы 21 сравнения, первый выход задатчика 20 управляющих импульсов соединен с входом запуска импульсного генератора, второй выход задатчика 20 управляющих импульсов соединен с управляющим входом схемы 21 сравнения, третий выход задатчика управляющих импульсов соединен с входом первого счетчика 1, первый выход схемы сравнения соединен с входом прямого счета второго счетчика 22, второй выход схемы 21 сравнения соединен с входом обратного счета второго счетчика 22, выход второго счетчика22 соединен с. входом второго цифроаналогового преобразователя 23, выход второго цифро-аналогового преобразователя 23 соединен с первым управляющим электродом 28 пьезоэлектрического трансформатора 4, а второй управляющий электрод 29 пьезоэлектрического трансформатора 4 заземлен,.Информация между первым счетчиком 1 и цифро-аналоговым преобразователем 2, между первым счетчиком1 и адресным регистром 8, между адресным регистром 8 и постоянным запоминающим устройством 9, между постоянным запоминающим устройством 9, блоком 1 О,регистрации и блоком 11 индикации, между счетчиком 18 ин 3 12968 тервалов и схемой 21 сравнения, между блоком памяти кодовых слов 19 и схемой сравнения 21, вторым счетчиком 22 и вторым цифро-аналоговым преобразователем 23 передается в параллельном коде. Разрядность кода определяется разрядностью соответствующего блока.В предлагаемом устройстве используют чувствительный элемент в виде 10 пьезоэлектрического трансформатора поперечно-продольного типа, который работает в режиме параметрической генерации низкочастотных колебаний,Режим параметрической генерации осуществляют следующим образом.На первый и второй сигнальные электроды 26 и 27 (второй сигнальный электрод заземпен) подают гармоничес" кое напряжение с частотой, кратной 20 основной моде резонансных колебаний по длине пьезоэлектрического трансформатора 4, При этом в случае, если амплитуда гармонического напряжения превышает пороговое значение 25 (пороговое значение амплитуды определяется геометрическими .размерами и материалом пьезоэлектрического трансформатора), пьезоэлектрический трансформатор возбуждается на одной 30 из низкочастотных мод резонансных колебаний по длине (в случае, если частота сигнала, подаваемого на сигнальные электроды, в четыре раза больше частоты основной моды резонан са по длине, то происходит возбужде-ние пьезоэлектрического трансформатора на частоте второй моды резонанса по длине). Явление параметрического возбуждения связано с обра зованием нестационарной границы между входной 24 и выходной 30 секциями, которая возникает здесь вследствие того, что ширина выходной секции 30 меньше ширины входной секции 45 24 пьезоэлектрического трансформатора 4, Наличие скачка в поперечном сечении пьезоэлектрического трансформатора является причиной того, что в области границы между секциями возникают сильные механические деформации, которые стимулируют движение. доменной стенки в области границы между секциями. Подстройку резонансной частоты пьезоэлектрического : 55 трансформатора 4 осуществляют путем приложения постоянного смещения к первому управляющему электроду 28 72 4относительно второго управляющего электрода 29.Устройство работает следующим образом.Первый счетчикпоследовательно меняет свое состояние от нулевого до единичного. Кодовая последовательность с выхода первого счетчика 1 поступает на вход первого цифро-аналогового преобразователя 2 и приводит к появлению на выходе последнегоступенчатого нарастающего напряжения, которое меняет амплитуду выходного сигнала генератора возбуждения колебаний 3, поступающего на первый и второй сигнальные электроды 26 и 27и пьезоэлектрического трансформатора4, Частота сигнала, поступающего на сигнальные электроды с выхода генератора 3 возбуждения колебаний, соответствует четвертой моде резонансных колебаний по длине пьезоэлектрического трансформатора 4. Пороговое значение амплитуды сигнала, подаваемого на сигнальные электроды 26 и 27, при котором происходит возбуждение пьезоэлектрического трансформатора4, определяется величиной приложенного к пьезоэлектрическому трансформатору статического давления. Код первого счетчика 1, при которомимеет место возбуждения низкочастотных колебаний, записывается в момент возбуждения этих колебаний в адрес-.ный регистр 8, Строб записи на синхровход адресного регистра 8 поступает с выхода порогового элемента 7, на вход которого сигнал поступает с выхода первого выпрямителя 6. Первый выпрямитель 6 осуществляет выпрямление сигнала, поступающего с выхода первого фильтра 5, который настроен на частоту второй моды резонансных колебаний по длине пьезоэлектрического трансформатора, и который фильтрует сигнал, поступающий на вход второго фильтра с выходного электрода 32 пьезоэлектрического трансформатора 4Согласно адресной информации; записанной в адресный регистр 8, производится считывание о величине приложенного усилия из постоянного запоминающего устройства 9, в котором закодированы нормировочные таблицы датчика. Информация о величине приложенного усилия поступает из постоянного запоминающего устройства 9 в блок 1 О регист 129 б 872рации и блок 11 индикации. Сигналобнуления поступает на первый счетчик 1 с выхода порогового элемента7, Импульсный генератор 12 вырабатывает корбткие высоковольтные импульсы (с длительностью 1 мкс дляисключения возбуждения паразитныхколебаний и с амплитудой, равной70-8 В). Длительность уединеннойволны, распространяющейся при этомв пьезоэлектрическом трансформаторе,определяет резонансную частоту пьезоэлектрического трансформатора понаиболее энергетически выгодной длясолитона. (уединенной волны) первойгармонике резонансных колебаний подлине. Напряжение, индицируемоена выходном электроде 32, выделяетсяфильтром 14, выпрямляется вторымвыпрямителем 15. Длительность уединеннойволныопределяется путем подсчета импульсов опорной частоты, вырабатываемыхгенератором 17 опорной частоты счетчиком 18 интервалов и сравниваетсяс эталонным значением, которое закодировано в блоке 19 памяти кодовыхслов. При равенстве измеренной длительности с эталонным значением впределах некоторого доверительногоинтервала сигнала рассогласованиясхемой 21 сравнения не вырабатывается, на вход второго цифро-аналогового преобразователя 23 поступаеткод с выхода второго счетчика 22,соответствующий предыдущему циклуавтоподстройки и постоянное смещение,поданное на первый управляющий электрод 28, имеет значение, соответствующее предыдущему циклу автоподстройки. Отклонение измеренной длительности уединенной волны за пределы допустимого доверительного интервала, в зависимости от знака от ".клонения, приводит к появлению навыходе схемы 21 сравнения сигналов,поступающих на вход прямого или обратного счета второго счетчика 22(зависит от знака отклонения), чтов свою очередь приводит к изменениюсостояния второго счетчика 22. Кодовая последовательность, поступающаяс выхода второго счетчика 22 на входвторого цифро-аналогового преобразователя 23, меняет напряжение смещения, подаваемое на управляющие электроды пьезоэлектрического трансформатора 4. Автоподотройка осуществляется до тех пор, пока измеренная длительность не станет равной эталонной,Синхронизацию работы устройства осуществляет задатчик 20 управляющихимпульсов, который вырабатывает уп .равляющие импульсы, поступающие навход запуска генератора 12 ударноговоздействия, .на управляющий входсхемы 2 сравнения, на вход первогосчетчика 1. Обнуление счетчика ин тервалов 18 производят включениеммежду выходом второго выпрямителя1 5 и входом обнуления счетчика 18интервалов элемента НЕ 16. Таймер13 вырабатывает управляющие импульсы, 15 которые поступают на вход разрешениязаписи адресного регистра 8 в моменты выработки ударных импульсов импульсным генератором 12 и блокируютработу адресного регистра 8.20 В качестве чувствительного элемента устройства используют пьезоэлектрический трансформатор поперечнопродольного типа из керамики ЦТБС.Отношение ширины выходной секции к 25 ширине входной секции равно 0,8.Сигнальные и управляющие электродыв пьезоэлектрическом трансформаторерасполагаются симметрично на обеихплоскостях входной секции, ортого нальных вектору поляризации. Сигналь"ный и управляющий электроды, площадикоторых равны, на каждой из плоскостей разделяет неметализованная полоса шириной 1 мм.35Формула изобретения Устройство для измерения давления, содержащее пьезоэлектрический 40 трансформатор, подключенный к генератору возбуждения колебаний, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения надежности и точности измерений, в него введены первый счет чик, первый цифро-аналоговый преобразователь, таймер, первый фильтр,импульсный генератор, первый выпрямитель, пороговый элемент, адресныйрегистр, постоянное запоминающее 50 устройство, блок индикации и блокрегистрации, второй фильтр, второйвыпрямитель, элемент НЕ, счетчик интервалов, генератор опорной частоты,блок памяти кодовых слов, задатчик 55 управляющих импульсов, схему сравнения, второй счетчик и второй цифро-аналоговый преобразователь, приэтом пьезоэлектрический трансформа1296872 Составитель А.Зосимов Редактор М.Недолуженко Техред И.Попович Корректор С,Черни Заказ 767/43 Тираж 777ВНИИПИ осударственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 тор выполнен из пьезокерамики в ви-де пластины и имеющей две части,первая из которых имеетширину, боль"шую чем ширина второй части, перваяширокая часть пластины поляризованаперпендикулярно боковым граням и об-,разует входную секцию трансформатора, вторая узкая часть поляризованавдоль боковых граней и образуетвыходную секцию трансформатора, в 10входной секции перпендикулярно вектору поляризации нанесены две парыэлектродов - сигнальная и управляющая, а на торце выходной секциитрансформатора перпендикулярно вектору поляризации нанесен выходнойэлектрод, при этом выход первогосчетчика соединен с информационнымвходом адресного регистра и с входом .первого цифро-аналогового преобразователя, выход которого соединен свходом генератора возбуждения колебаний, связанного с первым сигнальнымвходом пьезоэлектрического трансформатора, выходной электрод которогосоединен с входами первого и второгофильтров, выход первого фильтра подключен к синхровходу адресного регистра через последовательно соединенные первый выпрямитель и пороговый элемент и к входу обнуления первого счетчика, выход адресного регистра подключен к индикатору и регистратору через постоянное запоминающее устройство, выход импульсногогенератора соединен с входом генератора возбуждения колебаний и с входом таймера, выход которого соединенс входом разрешения записи ацресногорегистра, выход второго фильтра соединен с входом разрешения счетасчетчика интервалов и с входом элемента НЕ, выход которого подключенк входу обнуления счетчика интервалов, выход генератора опорной частоты соодинен с синхровходом счетчика интервалов и с входом задатчикауправляющих импульсов, выход счетчика интервалов подключен к первомувходу схемы сравнения,.с вторым входом которой соединен выход блокакодовых слов, первый выход задатчикауправляющих импульсов соединен с входом запуска импульсного генератора,второй его выход - с управляющимвходом схем сравнения, а третийс входом первого счетчика, первыйвыход схемы сравнения подсоединенк входу прямого счета второго счетчика, а второй ее выход - к входуобратного счета второго счетчика,выход которого соединен с входомвторого цифро-аналогового преобразователя, выходом подключенного куправляющему входу пьезоэлектрического трансформатора.