УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G01L9/12 

Описание патента на изобретение RU2053490C1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано вместе с емкостными датчиками для измерения статического и динамического давления жидких и газообразных сред.

Известно устройство формирования выходного сигнала емкостного датчика, содержащее задающий генератор, усилитель и две емкости датчика [1]
Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее задающий генератор, усилитель, к входу и в цепь обратной связи которого подключены измерительный конденсатор датчика и эталонный конденсатор [2]
Недостатком известных устройство является сравнительно большая температурная погрешность измерения давления, связанная с наличием нескомпенсированных аддитивной и мультипликативной составляющих погрешности датчика вследствие невозможности с помощью данных устройств проводить коррекцию температурной погрешности датчика.

Согласно изобретению в устройство формирования выходного сигнала емкостного датчика давления, содержащего генератор напряжения и усилитель, к входу и в цепь обратной связи которого подключены измерительный и эталонный конденсаторы датчика, дополнительно введены три двухпозиционных коммутационных ключа, блоки аддитивной и мультипликативной коррекции, синхронный детектор, делитель частоты, интегрирующий сумматор и ограничитель напряжения, а генератор выполнен в виде управляемого генератора с регулируемой амплитудой, причем выводы измерительного и эталонного конденсаторов датчика подключены соответственно к второму и первому выходу первого коммутационного ключа, соединенного входом с выходом усилителя и входом синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго коммутационного ключа, первый выход которого подключен к входам блока мультипликативной коррекции и блока аддитивной коррекции, а выход блока мультипликативной коррекции подключен к управляющему входу генератора с регулируемой амплитудой, выход которого соединен с входом делителя частоты, входом ограничителя напряжения, опорным входом синхронного детектора и вторым входом третьего коммутационного ключа, соединенного по выходу с опорным конденсатором датчика, подключенным к входу усилителя, при этом выход ограничителя напряжения соединен с первым входом третьего коммутационного ключа, выход делителя частоты соединен с управляющими входами первого, второго и третьего коммутационных ключей, а выход интегрирующего сумматора является выходом устройства.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Предлагаемое устройство состоит из управляемого генератора 1 с регулируемой амплитудой, делителя 2 частоты, ограничителя 3 напряжения, первого 4, второго 5 и третьего 6 двухпозиционных ключей (К1, К2, К3); емкостного датчика 7 давления с измерительным, зависящим от давления, конденсатором 8 (Cх) и опорным, зависящим от температуры и других дестабилизирующих факторов, конденсатором 9 (Cо); эталонного конденсатора 10 (Cэ), операционного усилителя 11, синхронного детектора 12, блока 13 аддитивной коррекции, блока 14 мультипликатной коррекции, интегрирующего сумматора 15. Алгоритм работы задается делителем 2 частоты сигнала с управляемого генератора и определяется двумя равномерными по несколько периодов основной частоты сигнала генератора 1 тактами, во время которых электронные двухпозиционные коммутационные ключи К1, К2, К3 находятся в положении 1 или 2.

В первом такте при положении ключей в положении 1 напряжение UCД1на выходе синхронного детектора 12, а следовательно, и на выходе 2 ключа К2 будет определяться при Kу_→ ∞ выражением
UСД1= Uo • KСД, (1) где Kу коэффициент усиления операционного усилителя;
Uо напряжение на выходе ограничителя, Uo=const; стабильная величина, обеспечиваемая, например, с помощью простейшего ограничителя на стабилитронах;
Co величина емкости опорного конденсатора;
Cэ величина емкости эталонного конденсатора;
KСД коэффициент передачи синхронного детектора.

Во втором такте
UСД2= Uуг • KСД, (2) где Uуг напряжение на выходе с управляемого генератора с регулируемой амплитудой.

Как видно из выражения (2) выходное напряжение синхронного детектора во втором такте UСД2 обратно пропорционально емкости измерительного конденсатора Cx датчика 7 давления и его можно использовать в качестве выходного сигнала устройства. Для осуществления коррекции температурной погрешности датчика в устройстве используется первый такт, когда получают напряжение UСД1, прямо пропорциональное величине емкости опорного конденсатора Co датчика, зависящей от температуры t датчика Co=f(t).

Коррекция аддитивной составляющей погрешности датчика осуществляется путем алгебраического суммирования на входе интегрирующего сумматора 15 сигнала UСД2, зависящего от измеряемого давления и температуры, и сигнала UСД1, зависящего от температуры датчика и прошедшего через блок 13 аддитивной коррекции.

Блок 13 аддитивной коррекции представляет собой функциональный делитель напряжения в простейшем случае, при линейной зависимости Coот температуры и линейной зависимости аддитивной составляющей погрешности датчика, это будет делитель напряжения из двух резисторов, а при нелинейной зависимости или Co, или аддитивной составляющей температурной погрешности датчика это будет нелинейный функциональный преобразователь напряжения с нелинейной функцией преобразования.

То же самое представляет собой и блок 14 мультипликативной коррекции, выходное напряжение которого, зависящее от температуры датчика, изменяет амплитуду выходного напряжения Uуг управляемого генератора 1. Учитывая сказанное выше, можно записать среднее за два такта работы устройства напряжение Uвых на выходе интегрирующего сумматора 15, выполненного на базе интегрирующего операционного усилителя
Uвых= (UСД1•KБА+VСД2)•Kис= Uo •KСД•KБА+Uуг •KKис, (3) где Kис коэффициент передачи интегрирующего сумматора;
KБА коэффициент передачи блока аддитивной коррекции.

Учитывая, что
Uуг Uугс (1 + UСД1 · KБМ), (4) где Uугс начальное (стабильное Uугс= const,) значение амплитуды напряжения управляемого генератора;
KБМ коэффициент передачи блока мультипликативной коррекции,
можно записать
Uвых= Uo •KСД•KБА•Kис+Uугс(1+UСД1•KБМ)• ×
× KСД•Kис= Uo •KСД•KБА•Kис+U1+Uo •KСД•K •KСД× (5)
× Kис.

Как видно из выражения (5) при Co=f(t) можно осуществить раздельно коррекцию мультипликативной составляющей температурной погрешности датчика, путем регулировки коэффициента KБМ, и коррекцию аддитивной составляющей погрешности датчика путем регулировки коэффициента KБА.

Как показали проведенные испытания предлагаемого устройства при работе его с высокотемпературным емкостным датчиком в температурном диапазоне от 0 до 700оС по сравнению с прототипом, получено снижение температурной погрешности измерения давления в 10 раз, что является технико-экономическим преимуществом изобретения.

Кроме того, преимуществом изобретения является возможность измерения по напряжению UСД1 температуры среды, давление которой измеряется датчиком. Это существенно расширяет функциональные возможности датчика и позволяет вместо отдельных датчиков давления и температуры использовать один, содержащий измерительную и опорную емкости.

Похожие патенты RU2053490C1

название год авторы номер документа
ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЕГО ВЫХОДНОГО СИГНАЛА 1991
  • Белозубов Е.М.
RU2010200C1
Тензометрическое устройство 1989
  • Фильчиков Валерий Андреевич
  • Гузненков Николай Тимофеевич
  • Исаков Сергей Алексеевич
  • Синицын Михаил Иванович
SU1793199A1
ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЕГО ВЫХОДНОГО СИГНАЛА 1991
  • Белозубов Е.М.
RU2010202C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ 1990
  • Зиновьев В.А.
  • Жегалин Н.Г.
  • Русских А.И.
RU2014581C1
ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ДАТЧИК АБСОЛЮТНОГО ДАВЛЕНИЯ 2011
  • Вавилов Владимир Дмитриевич
RU2470273C1
ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ 1991
  • Белозубов Е.М.
RU2010197C1
Тензометрическое устройство 1990
  • Пащенко Валентина Васильевна
  • Маланин Владимир Павлович
  • Фильчиков Валерий Андреевич
  • Исаков Сергей Алексеевич
SU1758414A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ 1991
  • Зиновьев В.А.
  • Кузекмаев А.В.
RU2024830C1
Тензометрическое устройство 1991
  • Исаков Сергей Алексеевич
  • Пащенко Валентина Васильевна
  • Фильчиков Валерий Андреевич
  • Зайцев Вадим Эдуардович
  • Маланин Владимир Павлович
SU1796889A1
Устройство для измерения давления 1990
  • Зиновьев Виктор Александрович
  • Кузекмаев Андрей Васильевич
  • Ворожбитов Анатолий Иванович
SU1744533A1

Реферат патента 1996 года УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ

Использование: в измерительной технике вместе с емкостными датчиками для измерения статического и динамического давления жидких и газообразных сред. Сущность изобретения: устройство состоит из управляемого генератора 1 с регулируемой амплитудой, делителя 2 частоты, ограничителя 3 напряжения, первого, второго, третьего двухпозиционных коммутационных ключей 4, 5, 6, емкостного датчика 7 давления с измерительным, зависящим от давления конденсатором 8 и опорным, зависящим от температуры и других дестабилизирующих факторов конденсатором 9, эталонного конденсатора 10, операционного усилителя 11, синхронного детектора 12, блока 13 аддивной коррекции, блока 14 мультипликативной коррекции и интегрирующего сумматора 15. Цель изобретения - уменьшение температурной погрешности и расширение функциональных возможностей измерителя давления. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 053 490 C1

УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ, содержащее генератор напряжения и усилитель, к входу и в цепь обратной связи которого подключены измерительный и эталонный конденсаторы датчика, отличающееся тем, что в него дополнительно введены три двухпозиционных коммутационных ключа, блоки аддитивной и мультипликативной коррекции, синхронный детектор, делитель частоты, интегрирующий сумматор и ограничитель напряжения, а генератор выполнен в виде управляемого генератора с регулируемой амплитудой, причем выводы измерительного и эталонного конденсаторов датчика подключены соответственно к второму и первому выходам первого коммутационного ключа, соединенного входом с выходом усилителя и входом синхронного детектора, выход которого соединен с входом второго коммутационного ключа, первый выход которого подключен к входам блока мультипликативной коррекции и блока аддитивной коррекции, а второй выход - к первому входу интегрирующего сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока аддитивной коррекции, выход блока мультипликативной коррекции подключен к управляющему входу генератора с регулируемой амплитудой, выход которого соединен с входом делителя частоты, входом ограничителя напряжения, опорным входом синхронного детектора и вторым входом третьего коммутационного ключа, соединенного по выходу с опорным конденсатором датчика, подключенным к входу усилителя, при этом выход ограничителя напряжения соединен с первым входом третьего коммутацинного ключа, выход делителя частоты соединен с управляющими входами первого, второго и третьего коммутационных ключей, а выход интегрирующего сумматора является выходом устройства.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1996 года RU2053490C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Левшина Е.С
и др
Электрические измерения физических величин
Л., 1983, с.145
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Патент США N 4562742, кл
Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1

RU 2 053 490 C1

Авторы

Белозубов Е.М.

Маланин В.П.

Даты

1996-01-27Публикация

1992-11-27Подача