Датчик давления

Датчик давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскими

Социалистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 29.06.81 (21) 3307738/18-10 с присоединением заявки М (И) М. Кд.з

G 01 L 9/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07.12.82.Бюллетень М 45

Дата опубликования описания 07.12.82 (53) УДК 531. 787 (088.8 г (72) Авторы изобретения

Б.Н. Алабин и A È. Иоффе (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к приборостроению, а именно к преобразованию механических величин в электрические.

Известны устройства для измерения давления, содержащие упругий чувствительный элемент, воспринимающий давление, и дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещения упругого чувствительного элемента(1).

При проектировании датчиков давления для подвижных оръектов, на которых отсутствуют источники переменного тока, возникает задача разработки датчиков с дифференциальнотрансформаторными преобразователями, запитываемыми от источника постоянного тока. Эти датчики дополнительно включают в себя модулятор (генератор)г для питания трансформаторного преобразователя и выпрямитель для преобразования переменного напряжения трансформаторного преобраэователя в пропорциональное напряжение постоянного тока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее упругий чувствительный элемент с дифференциально-, трансформаторным преобразователем перемещения, вход которого соединен с молулятором напряжения, а выход — с выпрямителем L2 ).

Наиболее существенным недостатком известного устройства явпяется изменение крутизны выходной характеристики датчика (мчльтипликативная погрешность ), которая возникает нз-за изменения напряжения источника питания постоянного тока,-нестабильности частоты и амплитуды напряжения модулятора, нестабильности сопротивления обмоток и размеров преобразователя, нестабильности крутизны характеристики выпрямителя.

Причиной нестабильности является изменение температуры окружающе среды, старение материалов и радиоэлементов от времени и другие факторы.

Целью изобретения является повышение точности измерения давления эа счет исключения нестабильности характеристик элементов, вызванной их старением.

Поставленная пель достигается тем, что в датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент. с дифференциально-трансформаторным преобразователем перемещения, вход

979920 которого соединен с модулятором напряжения, а выход - с выпрямителем, введены дополнительный дифференциально-трансформаторный преобразователь, якорь которого неподвижно установлен между магнитопроводами, дополнительный выпрямитель, стабилйзатор напряжения и суммирующий усилитель, один вход которого соединен через дополнительный выпря. митель,с выходными обмотками дополнительного трансформаторного преобразователя, другой - с выходом стабилизатора напряжения, а выход сое« динен с входом модулятора, выход которого подключен к последовательно 15

1 соединенным между собой первичным обмоткам основного и дополнительного преобразователей перемещения.

Введение новых элементов и их соединение между собой и известными эле- щ ментами обеспечивает автоматическую компенсацию мультипликативной погрешности датчика за счет регулирования напряжения питания модулятора в зависимости от величины погрешности. р5

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциально-трансформаторный преобразователь

2 перемещения, состоящий из двух магнитопроводов 3 и 4, на которых расположены первичные 5 и вторичные 6 обмотки. Между магнитопроводами расположен подвижный якорь 7, кинематически связанный с упругим чувствительным элементом 1, Устройство также включает выпрямитель 8, содержащий диод 9 и фильтр R 0„, модулятор

10, состоящий из генератора 11 переменного тока и транзисторного клю- 40 ча 12, дополнительный дифференциально-трансформаторный преобразователь

13 перемещения, аналогичный по конструкции преобразователю 2. Якорь 14 преобразователя 13 закреплен непод- . 4$ вижно между магнитопроводами в оложении, соответствующем положению якоря 7 при максимальном значении измеряемого давления. Дополнительный выпоям тель 15 содержит диод 16 у и тильтр R@Cg. нам. 0„- 02 (2) 6() где К„- постоянный коэффициент, з ависящий от конструктивных параметров датчика.

Так как якорь 14 дополнительного преобразователя 13 перемещения ус65 тановлен в *оложении, соответствующем

Элементы выпрямителя 15 аналогичны установленным в выпрямителе 8.

Кроме того, устройство содержит стабилизатор 16 напряжения, суммирующий усилитель 17, содержащий операционный усилитель 18 и масштабсопротивления

Суммирующий усилитель 17 прелнаэначен дл реализации операции получения разности напряжений. К первому входу суммирующего усилителя 17 подключен стабилизатор 16 напряжения, к второму входу — выход дополнительного выпрямителя 15. К выходу суммирующего усилителя 17 через ключ 12 подключены последовательно соединенные между собой первичные обмотки дифференциально-трансформаторных преобразователей 2 и 13. К концам первичных обмоток преобразователей 2 и 13 подключен конденсатор С>, настроенный в резонанс с индуктивностью первичных обмоток преобразователей.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания выходное напряжение стабилизатора 16 поступит на вход суммирующего усилителя 17 и на выходе усилителя появится напряжение U Это напряжение с помощью транзисторного ключа 12, непрерывно переключаемого током источника 11 ,переменного напряжения, преобразуется в импульсное напряжение, которым запитывается резонансный контур, образуемый емкостью С и индук-тивностью первичных обмоток дифференциально-трансформаторных преобразователей 2 и 13. При этом в первичных обмотках прс.îáðàзователей 2 н 13 потечет переменный синусоидальный ток 3, пропорциональный напряжению U è во вторичных обмотках преобразователей 2 и 13 наведутся напряжения, пропорциональные положению якоря 7 в воздушном зазоре между магнитопроводамн 3 и 4.

Напряжение с дополнительного преобразователя 13, после выпрямления выпрямителем 15, поступит на второй вход суммирующего усилителя 17, реализующего разность двух напряжен й, н на выходе усилителя установится номинальное напряжение

Требуемая величина 0 „обеспечивается настройкой выходного напряжения стабилизатора U . Прн подаче давления P в чувствительный элемент

1 он деформируется и перемещает якорь 7, пропорционально давлению

P При этом на выходе дифференциально-трансформаторного преобразователя

2 наводится напряжение, пропорциональное измеряемому давлению. Это напряжение выпрямляется выпрямителем

8,фильтруется (фильтр R„C ) и на выходе датчика будет напряжение постоянного тока, равное

° 979920 протекающего в первичных обмотках 5 преобразователя 2 будет стабилиэиро. ваться, крутизна вйходной характерис тики датчика (произведение 3, К1) H следовательно, выходное напряжение датчика будет зависеть только от величины измеряемого давления Р, уравнение (1), т.е. Устройство не будет иметь мультипликативной погрешности .

Предлагаемое устройство позволяет практически полностью исключить дрейф выходного напряжения от колебаний температуры, старения материалов и внешних магнитных полей и повысить точность измерения давления в 8-10 раз.

U К ° 3 . Р

2 1 тси

В процессе эксплуатации датчика из-за изменения температуры, внешних магнитных полей, старения материалов от времени и других дестабилизирующих факторов происходит измене- ® ние ряда параметров датчика (сопро" тивление обмоток 5 и 6 и геометрических размеров преобразователя 2 ° емкости Сэ, характеристики диода 9, сопротивления ключа 12, частоты ге- 35 нератора 11 и др.), приводящих к изменению величины тока 3 и коэффициента К . В результате возникает изменение (дрейф) выходного напряжения датчика (О „,„),.т.е. возникают пог- 20 решности измерения давления °

В предлагаемом устройстве происходит автоматическая компенсация погрешностей датчика эа счет введения дополнительного преобразователя 13 перемещения, выпрямителя 15, суммирующего усилителя 17 и стабилизатора 16 напряжения. Вследствие идентичности конструкции основного

2 и дополнительного 13 преобраэовате- 30 лей перемещения и основного 8 и дополнительного 15 выпрямителей выходное напряжение выпрямителя 15 (U2 K,Э,. Р„„.„) будет изменяться от дестабнлйзирую õ факторов так же, как напряжение 0вь|ю °

Пусть при изменении какого-либо дестабилизирующего фактора произошло увеличение (уменьшение) тока 3„ или коэффициента К,, тогда согласно уравнению (3) произойдет соответ40 ствующее увеличение (уменьшение } напряжения 0> (на величину ь02 ).

Следовательно, выходное напряжение суммирующего усилителя 17 уменьшится (увеличится) согласно уравнению (1) также на величину д0 . При этом произойдет уменьшение (увеличение) тока, Э . Уменьшение (увеличение) тока будет происходить до тех пор, пока ь0 станет равным нулю, т.е. 50 до восстановления выходного напряжения 02 выпрямителя 15 до величины

Ug К„Э, - Р „, rIpH котором 0„0„„

Таким образом, в предлагаемом устройстве эа счет изменения тока 3,, 55

Формула изобретения перемещению чувствительного элемента 1 при давлении Р „, то выходное напряжение выпрямителя 15 будет датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент с дифференциально-трансформаторным преобразователем перемет ения, вход котооого соединен с мопулятооом напояжения, а выход - с выпрямителем-, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности эа счет исключения нестабильности характеристик элементов, вызванной их старением, в него введены дополнительный дифференциально-трансформаторный преобразователь, якорь которого неподвижно установлен между магнитопрово" дами, дополнительный выпрямитель, стабилизатор напряжения и суммирующий усилитель, один вход которого соединен через дополнительный выпрямитель с выходными обмотками дополнительного трансформаторного преобразователя, другой — с выходом стабилизатора напряжения, а выход соединен с входом модулятора, выход которого подключен к последовательно соединенным между собой первичным обмоткам основного и дополнительного преобра эователей перемещения. t

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Браславский Д.A. Авиационные приборы и автоматы. М., 1978, с. 15.

2. Авторское свидетельство СССР

9 263229, кл. G 01 L 9/10, 1967 (прототип).

Составитель О. Сафонов

Редактор О. Юрковецкая Техред М.Надь KoppeKTqpB. Бутяга

Заказ 9346/30 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðîä. ул. Проектная; 4