Устройство для кодирования показаний жидкостного микроманометра

Союз СоветсиииСоцналнстмческниРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 960894(23) П риорнтет. 3 Ъеударствеииый комитет СССР ао делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Г.Р. Грек и Э.К. Скворцов Институт теоретической и прикладной механики Сибирского отделения АН СССР(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИРОВАНИЯ ПОКАЗАНИЙ ЖИДКОСТНОГО МИКРОМАНОМЕТРАИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам кодирования показаний уровня жидкостных микроманометров,Известны устройства для кодирования показаний уровней жидкости, включающие сосуд с передающей средой,электроакустический преобразовательи схему счета, например устройстваработающие по принципу измеренияинтервала времени между моментамиизлучения одиночного ультразвукового импульса и моментом приема отраженного от поверхности жидкости 11.,Однако они имеют недостаточную точность, так как при измерении расстояния, которое проходит импульс, наблюдается искажение фронта одиночного импульса, что влечет за собойошибки измерения.Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для кодирования показаний жидкостного микроманометра, содержащее генераТор опорных импуль"сов, первый вход которого соединен с 5первым входом делителя частоты, первый усилитель, выход которого подключен к преобразователю электрического сигнала в излучение, соединенный со входом микроманометра, выходмикроманометра подключен к преобразователю излучения в электрический сигнал, выход которого соединен со входом второго усилителя 1 2 .Недостатком известного устройстваявляется низкая точность работы,Целью изобретения является повышение точности устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее генера тор опорных импульсов, первый выходкоторого соединен с первым входомделителя частоты, первый усилитель,выход которого подключен к преобразователю электрического сигнала в излу3 96089чение, соединенному со входом микро-манометра, выход микроманометра подключен к преобразователю излученияв электрический сигнал, выход которого соединен со входом второго усилителя, введены формирователь частотыи длительности сигналов, интегратор,блоки вычитания частот, дифференцирующие элементы, ключи, счетчики,элементы И, триггеры и реверсивный 36счетчик первый выход делителя частоты соединен через формирователь частоты и длительности сигналов совходом первого усилителя, выход второго угилителя через интегратор подключен к первым входам первого и второго вычитателей частот, выход каждого из которых через соответствующий дифференцирующий элемент соединенс первым входом соответствующего ключа и с С-входом соответствующеготриггера, выход которого подключен ксоответствующему входу реверсивногосчетчика и ко второму входу соответствующего ключа, выход которого соединен с первым входом счетчика, второй выход генератора опорных импульсов подключен ко вторым входам счетчиков выходы которых соединены совходами соответствующих элементов И,выход каждого элемента И подключен . к первому входу соответствующего триггера, выход которого соединен с 0-входом следующего триггера, второй выход делителя частоты подключен ковторым входам соответствующих тригге 35ров, вторые выходь 1 счетчиков подключены ко вторым входам вычитателейчастоты.На чертеже показана схема устрой 4 Оства.Устройство содержит микроманометр1, в котором содержатся жидкость 2и воздух 3, мембрана 4, преобразователь 5 электрического сигнала иизлучение, преобразователь 6 излуче 45ния в электрический сигнал, генератор 7 опорных импульсов, делитель8 частоты, формирователь 9 частотыи длительности сигналов, первый усилитель 10, второй усилитель 11, ин Отегратор 12, узлы детектирования 13и запоминания 14 фазы сигнала, содержащие первый 15 и второй 16 вычитатели частот, дифференцирующие элементы 17 и 18, ключи 19 и 20, счет чики 21 и 22, элементы И 23 и 24, и триггеры 25-28, реверсивный счет" , чик 29. 4Устройство работает следующим образом.В микроманометре 1 при изменении давления перемещается жидкость 2. Посредством преобразования сигналов, поступающих от генератора 7 опорных импульсов, делитель 8 частоты и формирователь 9 частоты и длительности сигналов формируют последовательно пакеты импульсов различной частоты (например, в действующем устройстве по восемь импульсов в пакете с частотами Г,1=35 кГц; =436 кГц), СФормированные и усиленные с помощью первого усилителя 10 сигналы поступают на преобразователь 5 и через мембрану 4 излучаются в жидкость. Сигналы, пройдя через жидкость 2 и столб воздуха 3, обнаруживаются электроакустическим преобразователем 6, усиливаются и формируются в прямоугольчое напряжение с помошью второго усилителя 11. Интегратор 12 обеспечивает формирование заднего фронта сигнала (исключает "дребезг" сигнала на его заднем фронте). Каждый из узлов 13 и 14 функции: обнаруживает сигналы на фоне шума; запоминает фазы обнаруженного сигнала; точно выделяет первый узел сигнала, представляющий биение сигналов двух частот. Узел 13 функционирует следующимобразом.Сигнал с выхода интегратора 2 по-ступает на первый вход вычитателя15 частот, выполненного на О-триггере (переключающим является переднийфронт сигнала),а на второй вход поступает сигнал е выхода счетчика 22,Рассмотрим работу узла 13, начинаяс момента излучения сигнала. На счетный вход счетчика 21 непрерывно подаются импульсы от генератора 7 опорных импульсов, при этом производитсясброс счетчика сигналами с выхода вычитателя 15 частот, дифференцированными по переднему фронту элементом17. Сигналы сброса могут быть прерваны с помощью ключа 19. При отсутствии сигналов сброса счетчик одногоиз узлов будет выдавать сигналы частоты Г, равной одной из частот из-.лучаемых сигналов, а счетчик другогоузла будет выдавать сигналы частотыГ, равной второй из двух частот излу чаемых сигналов (частоты Г, Е определяют емкость соответствующихсчетчиков). Пока излученный сигнал не достигнет преобразователя 6, на выходе усилителя 11 будет сигнал, сформированный из шума. Поскольку практически всегда в шуме линейной 5 части усилителя 11 присутствуют высокочастотные составляющие (превышающие в десять и более раз частоту излучения), а на информационный вход вычитателя частот подается сигнал со счетчика, например, частоты Г 2, то в период формирования сигнала из шума сигнал на выходе вычитателя 15 частот имеет частоту, близкую к Г, При этом счетчик 21 будет сбрасываться с такой же частотой и элемент И. 23 не будет давать на выходе сигнал, так как элемент И настроен на такой код, который может быть получен в счетчике 21, если его сброс произ О водить с частотой не чаще, чем разностная частота Г-Г, При этом выход триггера подготовки 25 будет оставаться в состоянии "0", в которое он установлен сигналом от делителя часто ты 8 в начале цикла измерения. Сигнал "0" с выхода триггера 25 поступает на информационный вход триггера 27 и обеспечивает состояние "1" на выходе триггера 27, которое открыва- зо ет ключ 19 и, тем самым, не препятствует сбросу счетчика. Когда излучаемый пакет импульсов достигает преобразователя 6, т.е. на одном из вхо. дов вычи гателя 15 частот будет получен сигнал Г 1, а на другом сигнал от счетчика 21 Г , то на выходе вычитателя частот появится сигнал раз,ностной частоты Г -г . При этом резко увеличатся интервалы времени между моментами сброса счетчика 21, код на счетчике будет возрастать до срабатывания элемента И 23 (операция обнаружения сигнала), сигнал с выхода которого переключит триггер 25, кото 45. рый, в свою очередь, обеспечит переключение триггера 27 по первому же фронту сигнала разностной частоты, после переключения триггера блокировки закроется ключ 19 и прекратится сброс счетчика 21, который запомнит50 фазу сигнала с частотой 1,г, Аналогичным образом, во вторую часть цикла измерения в другой узел 1 ч поступит сигнал с частотой Г и запомнится фаза этого сигнала. Перекрестное объединение двух узлов 13 и 1 ч необходимо для того, чтобы наряду с обнаг ружением сигнала, которое можно вы 9" 6полнить и одним блоком, точно определить фронт сигнала соответствующего узлу биения двух частот, а это можно сделать только с помощью запоминания фазы сигнала второй частоты которое определяется с помощью другого узла.Таким образом, функции узлов 13 и 1 М - уточнять работу друг друга, тем самым, через один-два цикла с момента включения схемы на выходах триггеров блокировки обоих узлов получается сигнал в виде единичного скачка напряжения во времени, точно соответствующего временной задержке принимаемого сигнала, т.е. соответствующего положению уровня жидкости относительно электроакустических преобразователей,Высота уровня жидкости определя- ется.де 1 1 - длина столба жидкости втрубке микроманометра,1 - расстояние от излучателядо приемника. где С - скорость распространения1звука в жидкости,С - скорость распространения звука в воздухе,Т - временная задержка, определяющая высоту уровня жидкости, на ее точное определение направлено предлагаемоеустройство,Устройство для кодирования показаний жидкостного микроманометра позволяет значительно повысить точностьизмерения малых перепадов давленияесли визуальный отсчет с микроманометра не превышает точности в 0,5 мм,то оценочные данные по точности предлагаемого метода составляют - 0,12 ммдлины столба жидкости), а также сократить время проведения аэродинамического эксперимента за счет использования ЭВМ,Предлагаемое устройство позволяет осуществить непосредственный вводв ЭВМ информации с микроманометра.Формула изобретенияУстройство для кодирования показаний жидкостного микроманометра, со у 96089 держащее генератор опорных. импульсов, первый выход которого соединен с первым входом делителя частоты, первый усилитель 1 выход кОтороГО пОдключен к преобразователю электрического сиг-, нала в излучение, соединенному со входом микроманометра, выход микро- манометра подключен к преобразователю излучения в электрический сигнал, выход которого соединен со входом вто- е рого усилителя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства,в него введены формирователь частоты и длительности сигналов, интегратор, бло- и ки вычитания частот, дифференцирующие элементы, ключи, счетчики, элементы И, триггеры и реверсивный счетчик, первый Выход делителя частоты соединен через Формирователь щ частоты и длительности сигналов со входом первого усилителя, выход второго усилителя через интегратор под" ключен к первым входам первого и второго вычитателей частот, выход каждого из которых через соответствующий дифференцирующий элемент соединен спервым входом соответствующего ключаи с С-входом соответствующего триггера, выход которого подключен ксоответствующему входу. реверсивногосчетчика и ко второму входу соответствующего ключа, выход которого соединен с первым входом счетчика, второй выход генератора опорных импульсов подключен ко вторым входам счетчиковвыходы которых соединены совходами соответствующих элементов И,выход каждого элемента И подключенк первому входу соответствующеготриггера, выход которого соединен с0-входом следующего триггера, второйвыход делителя частоты подключен ковторым входам соответствующих триггеров, вторые выходы счетчиков - ковторым входам вычитателей частоты.Источники информации,принятые во внимание при экспертизейвторское свидетельство СССРИ 97481, кл 6 01 Г 23/28.2, Патент Великобритании И 1355891,кл. С 01 Г 23/28 (прототип).