Устройство для измерения разности давлений

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик. саид-в 2) Заявлено 080179 (21) 2710979 исоединением заявки Нов сударственный комите СССР о делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения брагимов, Л. В. Малейко, В. В. Малов, Ю. П. Сенин А. П, Шабанов и Е. И, Юревич Т Особое конструкторское бюро технической кибернетик Ленийградского политехнического института им, М. И. Калинина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТ ДАВЛЕНИЯ тчи ост ь и Изобретение относится к облас техники измерения неэлектрически величин, в частности к пьезорезо нансным дачикам разности данлений. Известны пьезорезонансные да ки разности давлений, в которых кварцевые пьезорезонаторы закреплены н упругом кольцевом элементе, а преобразователь измеряемых давлений 1 О в усилие выполнен в виде двухмембранного блока 11.Известно устройство, содержащее камеру с двумя входными отверстиями для подачи измеряемого давления, преобразонатель разности давлений, соединенные с ним через силопередающие элементы преобразователи усилия в частоту в виде кварцевых резонаторов и дифференциальную схему измерения, 20 подключенную к резонаторам 2).Недостатком указанного решения является наличие погрешн ей вследствие старения материало гистерезиса. 25Цель изобретения - повышение тоЧ- ности путем контроля нулевых показаний в процессе измерения.Указанная цель достигается тем, что н устройство введен логичес- ЗО кий блок контроля, подключенный к выходу дифференциальной схемы измерения, при этом преобразователь разности давлений в усилие ныполнен н виде трух мембран, центры которых связаны между собой, причем одна из мембран разделяет камеру на две одинаковые полости, а дне боковые мембраны вместе со стенками камеры образуют герметичные полости, в которых размещены резонаторы.Логический блок контроля выполнен в виде двух идентичных логических схем, каждая из которых состоит из порогового устройства, запоминающего устройства и ключевого элемента, причем в каждой логической схеме вход запоминающего устройства сое динен со входом порогового устройства, один из входов ключевого элемента подключен к соотве=ствующему выходу дифференциальной схемы измерения, а второй вход ключевого элемента подсоединен к выходу порогового устройства другой логической схемы.Выполнение преобразователя разнос ти давлений н усилие в виде трех мем бран, жестко соединенных центрами между собой, н сонокупности с логическими блоком и электронным бло 775640ком измерения состоящим из двух идентичных измерительных схем, позволяет повысить точность измерения путем контроля нулевых показаний В процессе измерения, При этом сохраняется стабильность кварцевых резонаторов вследствие того, что герметичные полости, в которых они находятся, обычно вакуумируются и параметры Окружающей среды, таким образом, не старят резонаторы. Жесткое соединение мембраны в центрах дает вазможность исключить влияние величины абсОлютного давления на преобразователь разности давлений в усилие и делает его дифференциальным.Упрощается конструктивное выполнение преобразователя разности давлений в усилие и силопередающих элементОв, например, по сравнению с протбтипом. Кроме того, устройство г 1 оэволяет одновременно с измеряемыми сигналами определять знак разности давлений р т е + ь Р или ь Р Б устройствах по схеме прототипа для определения знака применяют подпружиненные упругие элементы или опорные генераторы, которые являются источниками нестабильности нулевых показаний приборов.Предлагаемая схема блэка контроля позволяет контролировать нулевой сигнал в процессе эксплуатации беэ демонтажа прибора. Становится возможным осуществлять прогнозирование изменения нулевых сигналов во времени.На фиг. 1 показана конструкция датчика разности давлений, разрез; ча фиг. 2 изображена структурная схема преобразователя разности дв.в- лений; на фиг. 3 показаны выходные характеристики преобразователя разности давлений; на фиг. 4 - блоксхема логического блока контроля,Предлагаемое устройство состоит иэ датчика 1 разности давлений,. дифференциальной схемы 2 измерения включающей четыре автогенератора и два смесителя, и логического блока 3 контроля. Конструктивно датчик разности давлений представляет собой совокупность двух пьеэорезонансных датчиков 4 абсолютного давления, размещенных в полостях Д и 5 корпуса 5 и разделенных измерительной мембраной 6. Мембрана 6 зажимается между половинками корпуса 5 и фик - сируатся при помощи электроннолучевой или роликовой сварки.Выступак 1 щие внутренние части датчиков 4 служат для укрепления держателей 7 с кварцевыми резонаторами 8 и 9. Измерительная мембрана б жестко связана с двумя идентисЬыми мембранами 10 и 11, расположенными симметрично Относительно мембраны 6, Мембраны 10 и 11 крепятся к корпусу 5 при помощи контактной роликовой сварки, Мембраы 10 и 11 че;.ез силопередающие элементы .2 сэедин. - ны с кварцевыми реэона 1 срам 1. 8 и 9, прикрепленными к цил 1111 дрическ 1 м держателям 7 клеем ТК, Ка,".еры, в которых размещен 1, держатын кварцевыми резонаторами, эткачнв.аются до давления - 1 11.м рт. Ст, Давления Т, и Р, , раэност. ежд, :Оторыми измеряется, подают через:втуцеры 13, распэложенн 1:1 е на цилиндрической поверхности каргуса 5.Преобразование сиала с датчика 1 раэнооти давлений Осуществляется при помощи дифференцна 1 ьной схем"2 иэмерениЯ, предстаэ 1 Я:О.цей собой сочетание идентичных автэге 11 ератэрс.;. Г(см,фиг.2), Логический б. в ,Ок 3 контроля предназначен для Осуществле ния автоматического контроля вых показаний устройства. ,)Лин ив вариантов исполнения логической схе-. мы представлен на фиг, 4, г, е ". и К - ключи, 3 У, и 3 У;, - з а 1 с. 1 ин ающее устройства, ПУ, и П - ПООго-.вые устройства.Преобразователь рабо ает след, 1 вщим образом.Если в пОлОсЯх г и В ДНВления равны, то система мембран находится в равновесном состоянии н чувствител; - ные элементы датчиков не Воспри 1-:имеют нагрузки При изменений ДавлениЯ в одной из полостей Возникает уси - лие, пропорциональное этому изменению, Это усилие передается силопередающим элементом 12 на чувг.тв: ельн:=:.и элемент сООтВетствую 1 дегО дат 111 ка давления, и на выходе измерител. ной схемы 2 Возникает соответствующий частотный сигнал.На фи, 3 ;1 редставлены Входные ха-. рактеристики преобразователя, зависимость частот на Выходе смесителей См и См - т и 1. соответственно, от измеряемой разности давлении ЬР, Если ринять, ч:со бР =.1 З - , (; ), то ПРН Р; Р, ьР - положи ген,зная и работает кварцевый резонатор 3, На ВыхОДе смесителя См 1 пОЯВ.Яется частотв. :" )2 (2,1, л:е "О - нулевое эначени" частоты, При этом Г,лгде 1, - частота на выходе смесителя См, а 1 О - нулевая частота, соответствующая нерабочему положению резонатора 8, ана 1 э." .:-Ы 11 образом при Р Р, ЬР г 0 ир А7 7 Ур, с 1 , с 1Линейные характер.-;стики имеют некоторое смещение О.носйтельнэ нуго старения конструкции, несгаби-.ьности измерительной мембраны и :;ембран 10 и 11, а также поге 1 знэст.:й ИЗМЕРИТЕПЬНОй СХЕИ .Когда на иэмсрител ны 11 блок т атчи ка 1 воэдействуе:. Ь 7 у О, н.; э 1 нходе смесителя См поя.вянет я частот ный сигнал У, . При этв.м ч,с"Ота навыходе смесителя См равна Ур что соответствует текущему значению "нуля нижней половины измерительной схемы. Постоянствд Го при измерениях + ЬР в рабочем диапазоне говорит о том, что на выходе смесителя См, установился сигнал, сО- ответствующий (- ЬР )=О. Аналогичным образом контролируют нулевую частоту на выходе первого электронного блока измерения 1 . Используя эту методику, осуществляют прогнозирование ухода нуля во времени, при этом на основании экспериментальных данных частот Гс и РО 2 определяют значения коэффициентов, характеризующих изменение 1 о, и Я 15 во времени.В случае, когда измерение длительное время производится в условиях 1 Р постоянного знака, т. е. одно из давлений постоянно превы шает другое, то судить об изменении Рможно по изменению Ц и наоборот. Справедливость этого объясняется жесткой связью мембран мембранного блока, поэтому старение любой из мембран в равной степени определяет изменение 1 о,и Ро "(Фиг. 3).Работа логического блока контроля происходит следующим образом (см. Фиг. 4). Частота , , соответствующая положительной разности дав О лений +(Р у Р ), поступает с выхода смесителя См на один из входов порогового устройства Пу,яа другой вход которого подается частотный сигнал установки Ро с запоминаю щего устройства ЗУ . Частота Г, равная Еси , пропускается ключо К , что соответствует нерабочему состоянию кварцевого резонатора 8 при условии, когда У 7 Хо . Аналогичным 40 образом осуществляется работа нижней схемы на Фиг. 4, реагирующей на отрицательную разность давлений - ЬРТаким образом, предлагаемое устройство и схема измерения позволяют контролировать нулевой сигнал, знак разности давлений и величину измеряемой разности давлений в процессе эксплуатации беэ демонтажа и по-е верок прибора.Становится возможным осуществлять ф прогнозирование смещения "нуля" прибора во времени. Формула изобретения1. Устройство для измерения разности давлений, содержащее камеру с двумя входными отверстиями для подачи измеряемых давлений, преобразователь разности давлений в усилие, соединенные с ним через силопередающие элементы преобразователи усилия в частоту в виде кварцевых резонаторов и дифференциальную схему измерения, подключенную к кварцевым резонаторам, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности путем контроля нулевых показаний в процессе измерения, в него введен логический блок контроля, подключенный к выходу дифференциальной схемы измерения, при этом преобразователь разности давлений в усилие выполнен в виде трех мембран, центры которых связаны между собой, причем одна иэ мембран разделяет камеру на две одинаковые полости, а две боковые мембраны вместе со стенками камеры образуют герметичные полости, в которых размещены кварцевые резонаторы.2. Устройство по п, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью автоматизации измерения, логический блок контроля выполнен в виде двух идентичных логических схем, каждая иэ которых состоит из порогового устройства, запоминающего устройства и ключевого элемента, причем в каждой логической схеме вход запоминающего устройства соединен со входом порогового устройства один из входов ключевого элемента подключен к соответствующему выход 1 дифференциальной схемы измерения, а второй вход ключевого элемента подключен к выходу порогового устройства другой логической схем .Источники информации,принятые ьо внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство ГССР Р 344303, кл. С 019/08, 1970.,2. Авторское свидетельство СССР Р 530209, кл. 0 01 . 9/08, 1975-ар Составитель В. Козловактор И. Грузова Техред И.Табакович Корректор В. Синицкая Подписное ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектн каз 7734/58 Тираж 1019 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откры 113035, Москва, Ж, Раушская на