МАЛОГАБАРИТНОЕ УСТРОЙСТВО ИНДИКАЦИИ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01C22/02 

Изобретение относится к измерительным средствам и может быть использовано для индикации нахождения в пределах рабочего диапазона параметров, текущее значение которых можно оценить по перемещению чувствительного элемента.

Известны устройства индикации перемещения, основанные на сочетании механических и электрических принципов, например, с использованием микропереключателей. Для обеспечения высоких требований к ресурсу и надежности подобные датчики часто строятся по бесконтактной схеме.

Устройство содержит чувствительный элемент, преобразователь сигнала с чувствительного элемента в электрический сигнал и исполнительное устройство индикации. В качестве чувствительного элемента используется цилиндрическое тело из упругого материала, воспринимающего давление. Преобразователь выполнен в виде тензометрического моста, в котором тензометры связаны с внешней поверхностью чувствительного элемента так, что упругие напряжения преобразуются в электрический сигнал, соответствующий величине давления. Индикация электрического сигнала осуществляется стрелочным прибором.

На практике наиболее часто встречаются случаи, когда требуется поддержание давления в определенном диапазоне, для чего требуется индикация заданного диапазона и его крайних значений. Это необходимо как для сигнализации выхода за рабочую зону, так и для подключения исполнительных приводов в случае, когда необходима автоматизация процесса регулирования. Кроме того, в некоторых случаях одним из основных требований к датчикам давления являются его массогабаритные характеристики. Примером может служить прибор, в котором датчик давления должен быть размещен на конусе тонкого гибкого рукава. При длине рукава более 2 м устройство индикации давления в принципе не может быть размещено за пределами рукава, так как в этом случае полезный сигнал нарушается помехами. В этом случае требуется малогабаритное устройство индикации с малым весом. Этим требованиям не удовлетворяет устройство-прототип. Оно не может быть использовано в подобных случаях как по массогабаритным характеристикам, так и для индикации трех зон диапазона давлений.

Целью изобретения является расширение возможностей устройства за счет индикации рабочего диапазона давлений и обеих зон за пределами минимального и максимального значений диапазона при одновременном уменьшении габаритов и массы устройства.

Для обеспечения цели в устройстве, содержащем чувствительный элемент, блок преобразования сигнала с чувствительного элемента и исполнительный механизм индикации, чувствительный элемент выполнен в виде трехзонной подвижной отражающей маски и оптически связанных с маской двух оптопар с внешним каналом, блок преобразования сигнала с чувствительного элемента выполнен состоящим из элемента ИЛИ, первого и второго нормирующих формирователей, первого и второго элементов НЕ, первого, второго и третьего управляющих ключей, а в качестве исполнительного механизма индикации использовано трехвходовое сигнальное устройство, причем выход первой оптопары через первое нормирующее устройство подключен к первому входу элемента ИЛИ, к второму входу которого через последовательно соединенные второй нормирующий формирователь и первый элемент НЕ подключен выход второй оптопары, входы первого и третьего ключей подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого через второй элемент НЕ подключен к входу второго ключа, а выходы первого, второго и третьего управляющих ключей подключены к соответствующим входам сигнального блока. При этом маска выполнена с возможностью продольного перемещения в результате восприятия давления, а первая и вторая оптопары установлены вдоль линии перемещения подвижной отражающей маски на расстоянии друг от друга, равном перемещении, соответствующему рабочему диапазону давлений.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 показаны эпюры сигналов в некоторых характерных точках.

Чувствительный элемент включает первую 1 и вторую оптопары с внешним каналом, а также трехзонную подвижную отражающую маску 3. Обе оптопары подключены выходами к входам первого 4 и второго 5 нормирующих формирователей, которые предназначены для нормирования сигналов по амплитуде и крутизне фронта. Выход формирователя 4 подключен к первому входу элемента ИЛИ 6 и через первый ключ 7 к первому входу исполнительного блока 8. Выход формирователя 5 через первый элемент НЕ 9 подключен к второму входу элемента ИЛИ 6 и через третий ключ 10 к третьему входу исполнительного блока 8. Выход элемента ИЛИ 6 через второй элемент НЕ 11 и второй ключ 12 подключен к входу исполнительного блока 8.

В качестве датчиков и одновременно приемников оптических сигналов используются оптопары с внешним каналом. Трехзонная подвижная отражающая маска выполнена в виде перемещающейся вместе с объектом индикации поверхности (плоской линейки) с нанесенной на нее полосами отражающего и поглощающего покрытия. Конструкция также может быть выполнена в виде зеркала и шторки. Всю область давлений можно поделить на три зоны: зону рабочего диапазона перемещений (давлений), зону перемещений ниже нижнего предела в зону перемещений выше верхнего предела. Рабочий диапазон перемещений определяется положением оптопар: первая устанавливается в начале установленного рабочего диапазона, а вторая в конце его, деля всю область перемещений на три вышеуказанные зоны I, II и III. Ширина отражающей и поглощающей областей подвижной маски должна быть согласована с положением оптопар.

В исходном положении чувствительного элемента давления подвижная линейка расположена так, что и первая, и вторая оптопары находятся в поглощающей зоны. Внешние каналы оптопар при этом разомкнуты и на их выходах присутствует высокий из двух возможных уровень напряжения (фиг.2а,б). Этот уровень поступает на их формирователи, где сигналы нормируются по амплитуде и фронтам (при переключении). Таким образом, напряжения с выходов нормирующих формирователей для начального положения индикатора соответствуют моменту t 0 на эпюрах в и г соответственно для первой и второй оптопар, а по величине близки к напряжению питания. При давлении на подвижную линейку маска начинает перемещаться и в момент t t₁ первая оптопара попадает в отражающую зону. При этом происходит замыкание ее внешнего канала, вследствие чего устанавливается низкий уровень напряжения на выходе оптопары (фиг.2) первого формирователя (фиг. 2). Этот сигнал поступает на первый вход дизъюнктора и на вход первого управляющего ключа.

При дальнейшем увеличении давления подвижная линейка перемещается. В результате перемещения вторая оптопара сходит с поглощающей зоны маски и перекрывается отражающей зоной маски. При этом внешний канал второй оптопары замыкается и на выходе ее появляется низкий уровень.

Это иллюстрируется моментом t t₂ на фиг.2б для сигнала на выходе второй оптопары и фиг.2г для сигнала на выходе второго формирователя. Сигнал с выхода второго формирователя поступает на первый элемент НЕ, с выхода которого (фиг. 2д) поступает на второй вход элемент ИЛИ и на вход третьего управляющего ключа. Сигнал с выхода элемента ИЛИ (фиг.2е) подается на второй элемент НЕ и с его выхода (фиг.2ж) на вход второго управляющего ключа. Ключи включаются высоким потенциалом по входу. Сигналы с выходов ключей (фиг.2з,и,к) управляют по соответствующим входам I, II и III каналами исполнительного блока, который в предлагаемом индикаторе может, например, представлять собой трехканальный звуковой сигнализатор. Сопоставляя эпюры сигналов (з, и, к) на фиг. 2 с моментами t 0, t t₁ и t t₂, в котором подвижная маска датчика находится соответственно в исходном положении, замыкает внешний канал первой оптопары и замыкает внешний канал второй оптопары, нетрудно убедиться, что при давлении на подвижную линейку от нуля до нижнего предела установленного диапазона включается звуковой сигнализатор первого канала, при давлении, находящемся в пределах установленного диапазона, включается звуковой сигнализатор второго канала, при давлении, превышающем установленный диапазон, включается звуковой сигнализатор третьего канала. Если выбрать для каждого канала сигнализатор определенного тока или частоты импульсов, то устройство индицирует включение каждого канала и момент перехода.

Устройство позволяет осуществлять контроль усилия, прикладываемого к подвижной линейке, и поддерживать его в пределах установленного диапазона. Кроме того, устройство сигнализирует как о снижении давления ниже нижнего предела диапазона, так и о превышении выше верхнего предела. С помощью предлагаемого устройства легко может быть осуществлена автоматизация поддержания усилия в допустимом диапазоне, так как на его трех выходах имеются три управляющих сигнала, для чего вместо исполнительного устройства необходимо подключить элементы управляемого привода. Величина установленного диапазона перемещений может быть изменена на любую другую путем изменения расстояния между оптопарами (и соответственно ширины отражающей и поглощающей полос подвижной маски).

Использование: для поддержания в заданных пределах давления или других параметров, которые могут характеризоваться соответствующей величины перемещением чувствительного элемента. Сущность изобретения: устройство содержит чувствительный элемент 1-3, два нормируемых формирователя 4, 5, два элемента НЕ 9, 11, элемент ИЛИ 6, три ключа 10, 12, 7 и исполнительный блок 8. Устройство сигнализирует появление сигнала на соответствующем выходе о нахождении контролируемого параметра в пределах заданного диапазона, в зоне превышения максимального значения и в зоне снижения ниже минимального значения диапазона. Эти сигналы могут быть использованы для автоматизации процесса контроля параметров, т. е. при подключении к силовой части в качестве автоматического регулятора. 2 ил.

МАЛОГАБАРИТНОЕ УСТРОЙСТВО ИНДИКАЦИИ ДАВЛЕНИЯ, содержащее последовательно соединенные чувствительный элемент, блок преобразования сигналов и исполнительный блок, отличающееся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде трехзонной отражающей маски, установленной с возможностью продольного перемещения под действием давления, и оптически связанных с маской двух оптопар с внешним каналом, установленных вдоль линии перемещения отражающей маски на расстоянии друг от друга, равном перемещению, соответствующему рабочему диапазону давлений, а блок преобразования сигналов выполнен в виде двух нормирующих формирователей, двух элементов НЕ, элемента ИЛИ и трех ключей, выходы которых подключены к соответствующим входам исполнительного блока, при этом выход первой оптопары с внешним каналом соединен через первый нормирующий формирователь, выходом подключенный к входу первого ключа, элемент ИЛИ, второй элемент НЕ с входом второго ключа, а выход второй оптопары с внешним каналом подключен через второй нормирующий формирователь и первый элемент НЕ к другому входу элемента ИЛИ и входу третьего ключа, исполнительный блок выполнен в виде блока трехканальной звуковой сигнализации.