Устройство для измерения разности давлений

Устройство для измерения разности давлений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 08р179 (21) 2710979/18-10 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет

Опубликовано 3510.80. Бюллетень 11940

Дата опубликования описания 303.0.80

ГОсударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Т. 5. Ибрагимов, Л. В. Малейко, В. В. Малов, Ю. П. Сенин, A. П. Шабанов и E. И. Юревич

Особое конструкторское бюро технической кибернетики

Ленийградского политехнического института им. N. И. Калинина (71) Заявитель (84) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ

ДАВЛЕНИЧ

Изобретение относится к области .техники измерения неэлектрических величин, в частности к пьезорезонансным датчикам разности данлений. 5

Известны пьезорезонансные датчики разности давлений, в которых кварцевые пьезорезонаторы закреплены н упругом кольцевом элементе, а преобразователь измеряемых давлений 10 в усилие выполнен в виде двухмембранного блока 11.

Известно устройство, содержащее камеру с двумя входными отверстиями для подачи измеряемого давления, пре-15 образонатель 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 погрешностей вследствие старения материалов и гистерезиса. 25

Цель изобретения — повышение тоЧности путем контроля нулевых показаний в процессе измерения.

Указанная цель достигается тем, что н устройство введен логичес- Щ 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 соединен 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 разности давлений н усилие в виде трех мембран, жестко соединенных центрами между собой, н сонокупности с логическими блоком и электронным бло775640 ком измерения состоящим из двух идентичных измерительных схем, позволяет повысить точность измерения путем контроля нулевых показаний в процессе измерения. При этом сохраняется стабильность кварцевых pe=-онаторов 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 абсслютного 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 I!рототигом. Кроме того, устройство г1оэволяет одновременно с измеряемыми сигналами определять знак разности давлений, т. е. + Ь Р или — ь P . Б устройствах по схеме прототипа для определения знака применяют подпружиненные упругие элементы или опорные генераторы, которые являются источниками нестабильности нулевых показаний приборов.

Предлагаемая схема блока контроля позволяет контролировать нулевой сигнал в процессе эксплуатации без 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 давлений; на фиг. 3 показаны выходные характеристики преобразователя разности давлений; на фиг. 4 — блo«схема 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 абсолютно"î давления, размещенных в полостях Д и 5 корпуса 3 и разделенных измерительной мембраной 6. Мембрана 6 зажимается между половинками корпуса 5 и фик— сируатся при помощи электроннолучевой или роликовой сварки.

Выступающие внутренние части датчиков 4 служат для укрепления держателей 7 с кварцевыми резонаторами 8 и 9. Измерительная мембрана б жестко связана с двумя идентич11ыми мембранами 10 и 11, расположенными симметрично относительно мембраны 6.

Мембраны 10 и 11 крепятся к корпусу 8 при помощи контактной роликовой сварки. Мембраны 10 ?1 !1 через силопередающие зле."".e;»ты 2 зоеди,!, ны с кварцевыми peэона1срами 8 и 9, прикрепленны;и к 1,1!.-.!и:др11ческим держателям 7 клеем ZK-1. r .=..".!epü., в которых размещен1, держате1-и кварцевыми резонатора1.и, Откачиваютс l до давления — 1 10 м1;1 рт. Ст, ДавленияI-, и Р, ра ност= ..ежд, хотсРЫМИ ИЗМЕРЯЕТСЯ, ПОДаЮт ЧЕРee:i,".,гцеры 13 расположенные на цилиндрической поверхности корпуса Ь.

Преобразован е си r ала с датчика

1 раэнооти давлены : Осуществт.яется при помощи дифференци=- Ib".OI схе1.1

2 измерения, 1гредстазгя:вщей собой сочетание идентичных автогенера"Орс;

Г(см.фиг.2). Логический блoê 3 кон— троля предназначен для ocуществлс ния автоматическогc контрол» н /лe— вых показаний устройства ..)Ли11 и:-. вариантов исполнения логиче-.êîé схе-мы представлен на фиг. 4, г, е "„ и

K> — ключи, 3У, и 3У;, — 3 апс.".:иг аю,— щее устройства, ПУ. = П „— -.or ого-1 вые устройств=.

Преобразователь рабо -ает следующим образом.

Если в пОлОстях гъ и L давления равны, Уо система мембран наход 1тся в равновесном состс"-.нии и чувстви-.ел.-..;— ные элементы датчиков не воспри1-:имеют нагрузки При изменении давления в одной из полостей возникает уси— лие, пропорциональное этому изменению.

Это усилие передается силопередающим элементом 12 на чувств: ельн:=-.и элемент соответствующего детч11ка давления, и на выходе изме1 ител1.:Ой схемы 2 возникает соответствующий час.".отный сигнал.

На фиг. 3 ;1редставлены входн -;=.- ха-рактеристики преобразователя,, зависимость частот на выходе смесителей

СМ1 и См- — т и т2 сООтветственно, 1 от измеряе".îé разности давлении ЬР .

ЕСЛИ ПрннятЬ, Ч rO 6 Р =- 1З вЂ” 1-„, (; ), ТО ПРИ Р,. Р, Ь вЂ” ПОЛОжитe r.= i..аr .

1 и работает кварцевый резонатор 8, H;.. выхОде см--сителя См1 появ . яет. ся частота. У )Я (2,1, з:e -Π— нуле-l1 вое значение частоты. При этом Г. л где 1,; — частота н"; вых аде смесителя См, à Fcn — нулевая частота, соответствующая нерабочему положению резонатора 8, анало."; :-ым обраэОМ при Р L7 р А Z >

Линейные харак т-.р.-;стики имеют некоторое .-.мещение О. Ioc!..тел-;-;o :-;уго старения констру;:ции, несгаби-ьности измерит ель Ной мембр IHbi и:..;ембран 10 I: 11, а также пог:-ещн.-,c::::é

ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СХЕМ.

Когда на иэмсритсл1 нь1< бло (дd чи-ка 1 воздействуе . Ь - О, н.-. эыхо е смесителя См поя.e",,Ieт .я час"о.--ный сигнал 1 . При этом -.c -Ота на

775640 выходе смесителя См равна р что соответствует текущему значению

"нуля нижней половины измеритель ной схемы. Постоянство Гр при измерениях + ЬР в рабочем диапазоне говорит о том, что на выходе смесителя См установился сигнал, соответствующий (- ЬР )=О. Аналогичным образом контролируют нулевую частоту на выходе первого электронного блока измерения Ф . Используя эту методику, осуществляют прогнозирование ухода нуля во времени, при этом на основании экспериментальных данных частот f и РО2 определяют значения коэффициентов, характеризующих изменение @, и Vz 15 во времени.

В случае, когда измерение длительное время производится в условиях h постоянного знака, т. е. одно из давлений постоянно превы- 20 шает другое, то судить об изменении Р „ можно по изменению Уо и наоборот. Справедливость этого объясняется жесткой связью мембран мембранного блока, поэтому старение любой из мембран в равной степени определяет изменение 1о,и Ро "(фиг. 3).

Работа логического блока контроля происходит следующим образом (см. фиг. 4). Частота f,, соответствующая положительной разности дав- ЗО лений + T (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- З5 щего устройства Зу„ . Частота Г, равная Еси, пропускается ключо К, что соответствует нерабочему состоянию кварцевого резонатора 8 при условии, когда У Юо . Аналогичным

40 образом осуществляется работа нижней схемы на фиг. 4, реагирующей на огрицательную разность давлений — ЬР

Таким 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 прогнозирование смещения "нуля" прибора во времени.

Формула изобретения

1. 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 часто,у 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 сòåíêàìè 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 иэ порогового устройства, запоминающего устройства и ключевого элемента, причем в каждой логической схеме вход "àïîìèHà ùeãî устройства ссединен со входом порогового устройства„ один из входов ключевого элемента подключен к соответствующему выход дифференциальной схемы измерения, а второй вход ключевого элемента подключен к выходу порогового устройства другой логической схемы. источники информации, принятые ьо внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство ГССР

Р 344303, кл. G 01 L 9/08, 1970. ,2. Авторское свидетельство СССР

Р 530209, кл. G 01 L 9 08, 1975 (прототип).

-ар

Фиг. J

Рие. Ч

Составитель В. Козлов

Редактор И. Грузова Техред И.Табакович Корректор B. Синицкая

Заказ 7734/58 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4