Емкостный цифровой преобразователь давления

Емкостный цифровой преобразователь давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ЕМКОСТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛАВЛЕННЯ, содержащий дифференциальный емкостный чувствительный элемент , две схемы с управляемыми аналоговыми ключами, компаратор и последовательно соединенные двоичный , счетчик, источник опорногонапряжения , интегратор, схему выделения импульса, отличающийс я тем, что, с целью повышенияточности путем повышения уровня дискретизации , в него введен частотно-временной преобразователь., в частотнозависимую цепь которого через управляемые аналоговые ключи включен дифференциальный чувствительный элемент , причем две схемы выполнены в виде последовательно соединенных двух логических схем И-НЕ, один из входов. которых соединен с выходом предыдуще-g ,-S го .разряда двоичного счетчика, а дру гой - соответственно с прямым и ин вареным выходами последующего разряда двоичного счетчика.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1030682

З<ЮЬ 01 1 9 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 321 7704/1 0-1 0 (22) 12.12.80 (46) 23.07.83. Бюл. И 27 (72) Г.3. Солганик, В.A. Игошин и А.И. Троегубов (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (53) 531.767(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР и 751226, кл. Q -01- R 27/00.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 1" 2842835/18-10, кл. С 01 L 9/12, 1979 (прототип) ..(54)(57) ЕМКОСТНЦЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий дифференциальный емкостный чувствительный элемент, две схемы с управляемы" ми аналоговыми ключами, компаратор и последовательно соединенные двоичный счетчик, источник опорного"напряжения, интегратор, схему выделения импульса, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения- точности путем повышения уровня дискретизации, в него введен частотно-вре" менной преобразователь., в частотнозависимую цепь которого через управляемые аналоговые ключи включен дифференциальный чувствительный элемент, причем две схемы выполнены в виде последовательно соединенных двух логических схем И-НЕ, один из входов,.которых соединен с выходом предыдуще- а

ro .разряда двоичного счетчика, а дру, гой - соответственно с прямым и ин версным выходами последующего разряда двоичного счетчика. С.

1 1030

Изобретение относится к измери,тельной технике, а именно к устройствам контроля давления с использова-. нием цифровых преобразователей емкостного типа..

Известно устройство для измерения давления, содержащее дифференциальный чувствительный элемент и схему преобразования в сигнал постоянного тока (1 ).

Недостатком этого устройства является невозможность передачи выходного сигнала на значительные расстояния, а также невозможность подключения датчика непосредственно к ЦВМ.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство, содер>кащее дифференциальный емкостный чувствительный элемент, генератор высокой частоты, интегратор, двоичный счетчик с N количеством разрядных выходов., два аналоговых управляемых ключа, две схемы управления аналоговыми ключами, источник опорных напряжений, реверсивный счетчик, схему выделения импульса, регистр, компаратор и схему И, причем входы аналогoBblx управляемых ключей соединены с соответствующими выходами емкостного чувствительного

30 эпемента, управляющие входы аналоговых управляемых ключей соединены с выходами соответствующих схем управления аналоговыми кпючами, разрядные выходы реверсивного счетчика соединены с информационными входами регистра, а выход интегратора соединен с входом компаратора 2 J.

Недостатком известного устройства является недостаточно высокая точность вследствие значительного влияния входных параметров интегратора, выполненного в виде операционного усилителя.

Целью устройства является повышение точности измерения за счет повышения уровня дискретизации.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения давления, содер>кащее дифференциальный емкостный чувствительный элемент, две схемы с управляемыми аналоговыми ключами, компаратор и последовательно соединенные двоичный счетчик, источник опорного напряжения, интегратор, схему выделения импульса, введен SS частотно-временной преобразователь„ в частотно-зависимую цепь которого через управляемые аналоговые ключи включен дифференциальный чувствительный элемент, причем две схемы управления выполнены в виде последовательно соединенных двух логических схем И-НЕ, один иэ входов которых соединен с выходом предыдущего разряда двоичного счетчика, а другой — соответственно с прямым и инверсным выходами последующего разряда двоичного счетчика.

На чержете изображен емкостный цифровой преобразователь давления.

Устройство, содержит дифференциальный емкостный чувствительный элемент

1, два аналоговых управляемых ключа

2 и 3, частотно-временной преобразователь 4, двоичный счетчик, две схемы 6 и 7 управления аналоговыми ключами, источник 8 опорных напряжений, интегратор 9, компаратор 10, схему И 11, реверсивный двоичный счетчик 12, регистр 13, устройство

14 выделения одиночного импульса.

Дифференциальный емкостный чувствительный элемент 1 содержит две герметичные секции, связанные каждая со своим источником давления, а электрически он представляет собой два конденсатора С и С, имеющие отдельные неподвижные электроды и общий подвижный.

Неподвижные электроды чувствительного элемента 1 подключены к входам ключей 2 и 3, выходы которых соединены с частотно-временным преобразователем 4. Управляющие электроды ключей 2 и 3 соединены соответственно с выходами схем 6 и 7 управления частотно-временного преобразователя ч и подключены к входу счетчика 5.

Выход предыдущего (М-1) го разряда счетчика 5 соединен с входом источника 8 опорных сигналов. Выход источника 8 соединен с входом интегратора 9, который своим выходом соединен с входом компаратора 10. Схема

И 11 имеет три входа: один из них соединен с выходом частотно-временного преобразователя 4, второй — с выходом (Я-1) f o разряда счетчика а третий — с выходом компаратора 10.

Выход схемы 11 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 12.

Управляющий вход счетчика 12 соединен с инверсным выходом последующего

N-го разряда счетчика g. Информационные входы регистра 13 соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика 12, а вход разрешения запиз 10306 си подключен к выходу устройства 14 выделения импульса. Один вход устройства 14 соединен с выходом частотно-временного преобразователя 4, второй — со старшим N разрядом счетчика 5, а третий - с выходом компаратора 10. емкости чувствительного элемента

; 1 определяются выражениями

/ где Е - диэлектрическая проницаемост1 жидкости, заполняющей чувствительный элемент;

S — площадь электродов; 15

d - расстояние между подвижными электродами .при давлениях

1 2 х — величина перемещения диафрагмы. 20

Устройство работает следующим образом.

В исходный момент времени к частотно-временному преобразователю 4 подключен конденсатор С, т.е. ключ 25

2 замкнут, а ключ 3 разомкнут, тогда длительность импульсов на исходе преобразователя 4 будет пропорциональная емкости С1.

T,,==kC„ (3), где - коэффициент, 30 учитывающий параметры схемы генератора.

На выходе (N-1)-го разряда счетчика. 5 потенциал, близкий к нулю, а на выходе источника опорных сигналов 35 соответственно будет положительное напряжение. С интегратора 9 на вход компаратора 10 будет поступать линейно изменяющееся напряжение. Этот процесс будет продолжаться до тех 40 пор, пока потенциал на выходе (И-1)-го разряда не изменится на более высокий. При этом на выходе источника 8 напряжение становится отрицательным и процесс интегрирования ме-45 няет свое направление. Одновременно с этим на выходе устройства 7 управления появится высокий потенциал, ключ 3 замкнется и конденсатор С> тоже окажется подключенным к частот- 50 но-временному преобразователю 4, на счетный вход реверсивного счетчика

12 начинают поступать импульсы. На управляющем входе реверсивного счетчика 12 будет высокий потенциал с ин- 55 версного выхода N-го разряда счетчика 5, так что реверсивный счетчик 12 будет работать в суммирующем режиме, 82 4

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора 9 не сравняется с нулем.

При этом компаратор 10 срабатывает, уровень сигнала на его выходе становится низким, схема И 11 закрывается и счетные импульсы перестают поступать на вход реверсивного счетчика 12. Число импульсов, поступивших в реверсивный счетчик, определяется выражением где N - число, соответствующее нали1 чию линейнопадающего напряжения на интеграторе.

Как только на выходе счетчика 5 появится высокий потенциал, на выходе N ãî разряда ключ 2 размыкается, а на выходе интегратора 9 снова появится линейнопадающее напряжение и весь процесс повторится. Поскольку на инверсном выходе N-го разряда счетчика 5 потенциал станет близким к нулю, реверсивный счетчик 12 при поступлении на него счетных импульсов будет работать в режиме вычитания. Число импульсов, соответствующее интервалу времени вычитания,, определяется выражением

На выходе реверсивного счетчика к моменту срабатывания компаратора будет записано число

С-1 С2 2й-1

С +С

В момент срабатывания компаратора с устройства 14 выделяется импульс, который разрешает запись в регистр

13. После полного заполнения счетчика 5 процесс повторяется.

Учитывая, что величина Х пропорциональна дифференциальному давлению д Р=Р - Р1, и решая совместно выражения (1), (2) и (6), получим х дМ = — ° 2 (7)

cI

Таким образом, число, хранящееся в регистре, будет линейно зависеть от величины перемещения диафрагмы,т.е. величины дифференциаль ного давления Ь .

В предложенном устройстве отсутствуют ограничения для получения высокой точности измерения дифференциального давления, так как отсутствуют ограничения на разрядность выходной информации за счет исключения влияния входных параметров интегратора.

1030682. ВНИИПИ Заказ 5201/43 Тираж 873 Подписное

Ol Cl ts филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4