Манометр

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Сотоз Советских Соцмалмстммеских Республик(11657285 ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Кл.1 Ь 7/О Гооударстаоииый котепет СССР ио долам изобрвтвиий и открытий23) Приоритет " Опубликован 5,04,79.БюллетеньУЙК 531.791 (088. 8) ликованкя описанкя 19,04,7 Дат 2) Автори изобретения И, И н, В. С. Моисейченко и Евдо енинградский ордена Ленина политехнический инстиг им. М. И. Калинина(54 МЕТ 2Наиболее близким решением к предлагаемому изобретению является манометр; содержащий в качестве чувствительного элеменга заполненный рабочей жидкостью сильфон, соединенный с источником давления нерегулируемым дросселем.Снльфон жестко соединен с коротким плечом рычага. На длинном конце рычага установлен каркас с катушками мвгнитоэлектрического преобразователя (МЭП)На конце рычага установлены двв контакта положения дискриминатора перемещения (датчика положения), подключенного к схеме управления, выход которой управляет коммувтором тока. Последний коммутирует ток стабилизатора тока в катушках мвгнитоэлектрического преобразователя,МЭП наряду с силовой катушкой имеет две катушки компенсации жесткости, установленные на краях рабочего зазора магнитной системы и включенные встречно в цепь стабилизатора тока последовательно с силовой катушкой, При двухгакгном интегрировании давления осушеосится к области ингельной техники и мо-применение дпя преобтх и медленно меняювремя-импульсный вы-строения цифровых ма- Э Изобретение от формационно-измер жег найти широкое разования постоянн шихся давлений во ходной сигнал и по номе гров время-импуль-,построенныетегрирования, твтвительного к Известны манометр оными выходным сигналпо мего в котор двухтактного и в качестве чув элемента используютшень, и характеризуюстатической ошибкиейфа нуля чувствит уплогийся огдавлению ненный и сутс твием рещо тз по ности от др элемента. Однако тельной .пр го вертик рироввниесть врвшеншневой парьжение порш ия, т ходим итирки порвльное половесового от,д. значии помехоуст, центента с рного эл о сн поршнем чи о чивос дежность и сужают пасть их применениясгвляегся время-импульсное преобразование давления, а для получения цифрового огсчега в манометр введены такие узлы, как цифровой хрономегр для преобразования длигельносги выходных импульсов в 5 код, преобразовагель код-код для осущесгвления операций над кодами (деление кодов, умножение на масштабный коэффициенг), огсчегное усгройсгво.Введение кагушек компенсации жест косги позволяег исключить лишь влияние жесгкосги сильфона на линейности интегрирования давления, однако не снижает погрешности линейности, связанной с зависимосгью постоянной интегрирования ог 1 З измеряемого давления, в часгносги из-за наличия зависимости вязкосги рабочей жидкости ог давления.Кроме гого, при больших перемещениях кагушек компенсации жесгкосги величина 0 отрицательной жесткости не осгаегся поссгоянной, а поэгому не удается обеспечигь полную компенсацию жесгкосги снльфона во всем его рабочем диапазоне и получить линейный интегратор. Кроме гого, величина огрицагельной жесгкосги, создаваемой кагушками, сравнигепьно невелика и приходится применягь сильфон с малой жесгкосгью и рычаг с большим огно 30 шением плеч.Целью изобретения является повышение точности измерения давления.Указанная цель достигается гем, чго маномегр, содержащий сильфон, соединенЗй ный с источником давления через нерегулируемый дроссель, магнигоэлекгрический преобразовагель с подвижной силовой кагушкой, включенной через коммугагор в цепь сгабилизагора тока и соединенные40 последовательно датчик перемещения рычага со схемой управления коммугагором, цифровой хронометр, преобразователькод-код и огсчегное усгройсгво, снабжен преобразователем код-напряжение вход43 когорого соединен с преобразователем код-код, а вход - со стабилизатором гока, и клапанный распределительный блок, установленный перед нерегулируемым дросселем и подключенный к схеме управ 50 ления коммутатором.Введение клапанного распределительного блока на входе маномегра позволяет в режиме двухгакгного ингегрирования осущесгвигь алгоритм коммугации давлений, при котором в случае выполнения условия равенсгва опорного давления измеряемому давлению независимо ог значения жесгкосги полностью исключается погрешносгь инг .грирования одновременно ог жесгкосги, и изменения вязкости жидкости с давлением.Для выполнения упомянугого условия, г.е. усгановления равенсгва давлений, введен преобразовагель код-напряжение, выходное напряжение которого определяется кодом преобразовагеля код-код, получаемым последовательно на каждом шаге бысгросходяшего ингеграционного процесса, и эадаег значение стабилизированного гока управляемого сгабилизагора гока.На фиг. 1 показана схема предлагаемого манометра; на фиг. 2 диаграмма его работы.Манометр сосгоиг из нерегулируемого дросселя 1, который с одной сгороны соединяегся либо с исгочником давления через клапан 2, либо с атмосферой через клапан 3, распределигельного блока 4, а с другой стороны - с сильфоном 5, внутренняя камера 6 которого заполнена рабочей жидкостью. Подвижное дно сйльфона 5 жесгко соединено с коротким плечом рычага 7 (гочка О). На длинном конце рычага (гочка д) усгановлен каркас с .силовой катушкой 8 магнигоэлекгрического преобразователя (МЭП), содержащего постоянный магнит 9 и магнигопровод 10. На конце рычага установлены два конгакга положения 11, включенные на вход дагчика перемещения 12, соединенного. со схемой управления 13, Выходы схемы управления 13 соединены с коммутатором 14, клапанным распределигельным блоком 4, а также с цифровым хронометром 15. Через коммугагор 14 в выходную цепь стабилизатора гока 16 включена силовая кагушка 8 МЭП, Цифровой хрономегр 15 подключен ко входу преобраэовагеля кодкод 17, выходы когорого с одной сгороны соединеныс преобразователем коднапряжение 18, связанным со входом управляемого сгабилизагора тока 16, а с другой стороны с цифровым огсчегным усгройсгвом 19.Маномегр.рабогаег следующим образом.В исходном состоянии клапан 2 распределигельного блока 4 эакрыг, а клапан 3 открыт. Ко входу дросселя 1 с гидравлическим сопротивлением К образующего вместе с емкосгью С сильфонной камеры 6 гидравлический ингеграгор давления, приложено атмосферное давление. Огсчегное устройство 19 индицируег нуль. (вначале работы прибора) или предыдущее значение давления в паскалях и огключено ог счетчика преобразователя код-код 17) 657 В счетчике преобразователя код-код 17 исходно записан код, соответствующий, например, половине верхнего предела измерения прибора. Этот код преобразован преобразователем код-напряжение 18 в со ответствующее напряжение. Установившее значение гока стабилизатора тока 16, с помопью магнитоэлектрического преобразователя преобразуется в образцовое дав ление, величина Ро которого равна поло вине верхнего предела измерения прибора (Р, =0,5 Р, ). Коммутатор 14 сигналом"пахсо схемы управления 13 установлен в состояние, при котором катушка 8 МЭП оказывается обесточенной, при этом стабили затор тока 16 работает на эквивалентную нагрузку (нв фиг. 1 не показано). Гидравлическая емкость С считается взреженной, дно сильфона 5 занимает крайнее верхнее положение, а точка Ь длиНноГО 20 плеча рычага замкнута с нижним контактом 11Измерение давления Р отличается от метода двухтвктного интегрирования введением дополнительных тактов интегриро дания и представляет собой быстро сходящийся интеграционный пропесс, при котором результат измерения находится путем исследоватейьных приближений (фиг.2) В первом такте в течение измерительного Е интервала времени 1 интегрируется измеряемое давление Р до заданной перемещениями Х, и Х величины интегралаЧ 2объема М, а во втором такте то же ,значение интеграла (т.е, обьем Ч Ч ) и описывается интегрированием образцового Ивввееии Р -Вввев-в течеиие втор Птах,2рого измерительного интервала 1 . Вро менные интервалы 1 и 1 цифровым хронометром 15 преобразуются в соотвеъ- ю ствуюшие коды М и Мг т которые в преобразователе код-код 17 делятся и умножаются иа масштабный коэффициент, а результат преобразования (код )ч)12+1 записывается в счетчик преобразователя 45 код-код 17. Таким образом, после двух тактов интегрирования получается значение дввленияРх и " кв по формуле: Рх =ЯПолученный результат РХ(код Мпринимается эа грубую опенку измеряемо- О го давления Р, процесс измерения продолжается и вводятся дополнительные такты интегрирования, Код ) хпреобразователем код-напряжение 18 преобраэу -Я ется в напряжение Ок и управляет токиком стабилизатора тока 16 устанавливая его значение 1 О, которое развивает в МЭП приведенное к сильфону давление 285оР, равное давлению Рк, с погрешноКвстью ), определяющейся нелинейностьюинтегрирующего устройства.Это новое значение Рх образцовогоКАдавления, близкое к измеряемому, интегрируется в третьем такте в течение измерительного интервала Ф, до той же величиныинтеграла Уз =Ч = Ь и далее преобрв- гзоввтелем код-код 1 7 вычисляется новоезначенце йх и Р=Р палУчаемое Из1 д2 2Сравнения первого и третьего интегралов.Новое значение РХ оказывается ближе2к измеряемому Р., причем погрешностьснижается на каждом шаге примернонв порядок и, кроме гого, изменяет знак.Интегрируя несколько рвз и вычисляяР= Р=Р, можСдт" Ак( -1)но получить значение измеряемого давления Р практически с любой степеньюточности.Цикл измерения начинается подачей импульса "пуск" со схемы управпения 13, сприходом которого открывается клапан 2и закрывается клапан 3. При этом входдросселя 1 соединяется с источником давления, и через дроссель в сильфон жидкоокость перетекает под действием измеряемого давления Рх . Сильфон растягивается, в его дно перемешается вниз на расстояние Х . При этом, точка 8 длинногоплеча рычага уеремешвется вверх на расстояние ХХ и Где. Х задановрасстоянием между контактами 11. Навыходе дискриминатора перемещения 12,формируется импульс напряжения Ц длительностью и 1 . Конец импульса (касаниеточки В рычага верхнего контакта 11)означает конец первого такта интегрирования, и схема управления 13 закрывает клапан 2 и открывает клапан 3, а затем с некоторой задержкой (для установления нулевыхначальных условий в каждом такте интегрирования) переключает коммутатор 14 всостояние, при котором выход стабилизагора тока подключается к силовой катушке 8 МЭП. При этом стабилизированныйток 1 о проходит по силовой катушке 8и создает опорное усилие Го = Во 1 о огде 1 - длина витков катушки 8. В этомослучае в сильфонной камере с учетом плечей рычага 1 исоздается образцовое:одавление Р , и через дросселье,осуществляется обратное перетеканиежидкости под действием перепада давления Р, на его концах. Сильфон сжимается, его дно перемещается вверх на тоже расстояние Х , а длинное плечо переемешается вниз на Х: Хс и наС 13выходе дискриминатора перемещения формируется импульс О дпительностьюДалее, при продолжении никла иэмеренИя в третьем и четвертом. тактах интегрированйя клапан 3 остается открытымклапан 2 закрытым, выход стабилиза. тора гока 16 подключенным к катушке8 МЭП. В третьем такте по сигналу сосхемы управления коммутатор 14 переключается, изменяя направление токастабилизатора 16 в катушке 8 так, чтоНОВОЕ ЗкаЧЕНИЕ тОКа 1 о 4 УСтаНОВЛЕННОЕпосле вычисления Рх (кода: Йх), создает усилие (давление Ру, ) растягиваюшее сильфон, как это было в первом тм:2 Оге интегрирования. После окончания третьего такта в счетчике преобразователякод-код записывается код. В четвертомтакте сильфон вновь сжимается под действием образцового давления Р, фор юмируется импу льс 04 длительностью 1цикл измерении заканчивается, и устройство после подключения выхода стабилизатора тока 16 к эквивалентной нагрузкеоказывается в исходном состоянии. В кон- щце цикла измерения в счетчике преобразователя код-код записывается код,который принимается эа окончательный результат измерения и индицируется цифровым огсчетным устройством 19, 3Быстрая сходимость интеграционногопроцесса не требует большого числа дополнительных шагов. Так, приведеннаяпогрешность от жесткости сильфона ужепри двух дополнительных тактах уменьшается до величины порядка (О,ОЬ 0,005)%,погрешность для текущего значения РХостается гого же порядка при условииХ СС ",во возрастает с умещ- РхО Ю 1454 пением величины Р и нарушением данного соотношения,Величина погрешности в дополнительных тактах может быть снижена, так каког шага к шагу интеграционного процесса знак погрешности изменяется и двасмежных приближенных значения будутпоследовательно больше и меньше значения измеряемого давления,Данные о сходимости интеграционного процесса для различных значений ХЪ/, Рх, а также для различного выбора исходного образцового давлениярх РР =в Р = - ;Р =Р )были полуо 2о 5о хвоях чены расчетом на ЦВМ и согласуются с экспериментальными данными, полученными при исследовании макета манометра,Сравнение интегралов давления, получаемых в отдельных тактах интегрирования, позволяет исключить погрешность ог дрейфа нуля сильфона, и снизить погрешность, вызванную гистерезисом.Применение интеграционного метода измерения давления позволяет практически полностью исключить погрешность нелинейности интегрирующего устройства, роль которого выполняют нерегулируемый дроссель и сильфон, без введения дополнительных конструктивных элементов, усложняющнх манометр, в частности, погрешность из-за наличия высокой жесткости сильфона, погрешность, вызванную зависимостью вязкости рабочей жидкости от давления, и по сравнению с прототипом повысить точность измерения давления, доведя ее до величины порядка 0,2%.формула изобре генияМанометр, содержащий сильфон, соединенный с источником давления через нерегулируемый дроссель, магнитоэлекгрический преобразователь с подвижной сильвой катушкой, включенной через коммутатор в цепь стабилизатора тока и соединенные последовательно датчик перемещения рычага со схемой управления коммутатором, цифровой хронометр, преобразовавгель код-код и отсчетное устройство, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения, в неговведены преобразователь код-напряжение,вход которого соединен с преобразователемкод-код, а выход - со стабилизатором гока, и клапанный распределительный блок,установленный перед нерегулируемым дрооселем и подключенный к схеме управлениякоммутатором,. 1 Пуби еда Тираж 1089 Государственного к по делам изобрете уосква, Ж, бауш аказ 1781/40ИН 11 ИП Подписомитета СССРний и открытийокая наб., д. 4 11303 жал 1111 П "1 атент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4