Устройство преобразования давления в пропорциональную частоту Российский патент 2022 года по МПК G01P5/14 

Изобретение относится к области автоматики и предлагается к использованию при измерении и управления в системах, подверженных радиационным воздействиям и работающим во взрывоопасных условиях, а также в авиационных приборах.

Известно устройство, например, для процедуры измерения ускорения, по которому формирующие импульсы частоты генератора с помощью апериодических звеньев в виде дросселей и емкостей преобразуются в аналоговый сигнал давления, причем по пути формирования выполняется отбор по группам входных пневматических импульсов, набираемых за период частоты генератора (SU 1702354 А1, 20.07.1989). Недостатком этого устройства является невысокое быстродействие, поскольку передача сигналов выполняется полностью на мембранных элементах.

Известно устройство, в котором частотные сигналы струйного генератора, выполненного секционным в виде последовательно соединенных в кольцо триггеров с раздельными входами, от прямых и инверсных выходов триггеров проходят по параллельным линиям, каждая из которых содержит стабилизатор и импульсатор на струйных элементах. При этом выходные сигналы линий формируют аналоговые сигналы в камерах давлений дополнительных сумматоров, далее объединенных в общий. Недостатками известного устройства является разделение сигналов струйного генератора по секциям с последующим объединением для получения суммарного аналогового сигнала (RU 156837 U1, 20.11. 2015 г.).

Известно устройство, у которого вырабатывается струйный частотный сигнал с последующим преобразованием в пневматический аналоговый сигнал (RU 157945 U1, 20.12.2015 г.), принятое за прототип. Частотный инверсноамплитудный выход струйного генератора подается в пневматическую емкость, разделенную мембраной. В емкости формируются аналоговые сигналы, каждый через свои последовательно соединенные струйный преобразователь импульсов постоянной длительности и амплитуды с пневматической емкостью и линейным дросселем.

Недостатком известного устройства является отсутствие местных обратных связей по давлению, которые повышают стабильность работы устройства и снижают погрешность измерения.

Техническим результатом является повышение точности при включении местной обратной связи и быстродействия при меньшем количестве мембранных элементов.

Технический результат достигается тем, что устройство преобразования давления в пропорциональную частоту, характеризующийся тем, что содержит семимембранный блок сравнения, последовательно связанные с ним апериодическое звено, усилитель мощности с обратной связью по давлению, струйный генератор частоты с частотным выходом устройства, струйный усилитель-формирователь, два струйных импульсатора с апериодическими звеньями в обратной связи в каждом, каналы обратной связи с минусовыми камерами блока сравнения через апериодические звенья.

Многие параметры производственных процессов представляются в виде величин давления в аналоговом виде. С развитием техники и повышением объемов переработки информации требуются представления об объектах управления с цифровыми характеристиками, позволяющие улучшить качество производимых материальных продуктов, а также повысить их технологическую безопасность.

Однако достаточно много показателей (измеряемых) производственных параметров в виде давления не линейны к первичному измеряемому параметру, например, «расход- давление», «температура-давление», и др.

Изобретение направлено на создание способа и устройства преобразования значения давления в аналоговом представлении в пропорциональную частоту следования сигналов давления.

Устройство содержит семимембранный блок сравнения 1 с камерами А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, К, усилитель мощности 2 с дросселями R₁ и R₂ в обратной связи, апериодическое звено 3 с сопротивлением R₃ и емкости V₁, усилитель мощности 4, струйный генератор частоты сигналов давления 5, струйный усилитель-формирователь 6 с отдельным стабилизированным питанием, два струйных импульсатора 7 и 8 с апериодическими звеньями в обратной связи в каждом, содержащие соответственно сопротивления R₄₁ и R₅ и емкости V₂ и V₃, каналы обратной связи 9 и 10, соединенные с минусовыми камерами Ж и Д блока сравнения 1.

Преобразуемое давлении Р_вх поступает в плюсовую камеру Б блока сравнения 1, а в плюсовую камеру Е опорное давление Р₀. В выходных камерах А и К формируется давление на вход в усилитель мощности 2, который, благодаря делителю с дросселями с соответствующими сопротивлениями R₁ и R₂ в обратной связи к минусовой камере В блока сравнения 1 равно P₁=k₁(P_вх+P₀-P_Д-P_Ж), где k₁=(R₁+R₂)/R₁ коэффициент усиления. Это давление поступает к апериодическому звену 3 с сопротивлением R₃ и емкостью V₁ и поступает в усилитель мощности 4, повторяясь по давлению P₁, и далее на вход в генератор 5 частоты сигналов давления и в качестве обратной связи в плюсовую камеру Г. Такая схема выполняет функцию интегрирования сигнала Р₁=k₁(Р_вх+Р₀-Р_Д-Р_Ж). Т.о. давление P₁ на входе в струйный генератор 5 формируется как Р₂=(1/Q) ∫ k₁(P_вх+Р₀-Р_Д-P_Ж)dt, т.е. по интегральному закону с постоянной интегрирования Q. По мере роста давления Р₂ на входе в генератор 5 растет частота f выходных взаимоинверсных сигналов давления (на рисунке жирная и тонкая линии), которые по двум каналам поступают на струйный усилитель 6, формирующий сигналы давления с постоянными амплитудами Р₂₁ и Р₂₂ с той же частотой .

Далее сигналы давления Р₂₁ и Р₂₂ поступают в импульсаторы 7 и 8, которые в зависимости от значений сопротивлений Р₄ и R₅ и емкостей V₂ и V₃ формируют импульсы постоянной амплитуды Р₃₁ и Р₃₂ и заданной длительностью t_u. Импульсы Р₃₁ и Р₃₂ с частотой f, зависимой от давления Р₂ поступают по каналам обратной связи 9 и 10 в минусовые камеры Ж и Д, где суммируются в камерах в давления по формулам Р_Д=Р₃₁•D и Р_Ж=Р₃₂•D, где D - коэффициент заполнения объемов камер Ж и Д соответственно импульсами Р₃₁ и Р₃₂. Параметр D=t_u/T, где Т - период колебаний сигналов давлений Р₂₁ и Р₂₂ с частотой f. После компенсации входного сигнала, поступающего в камеру Б, частотными сигналами P₂₁ и Р22 в установившемся режиме давления РД и РЖ прямо пропорциональны частоте f=k Р_вх.

Сумма давлений Р_Д+Р_Ж вычитается в блоке сравнения 1 из суммы давлений Р_вх+Р0, что приводит к снижению частоты генератора 5 до частоты, которая соответствует значению входного давления Р_вх+Р₀.

Преимущества предложенной схемы:

- пропорциональная непрерывная зависимость частоты f от входного давления Р_вх;

- двухканальная обратная связь расширяет диапазон преобразования давления в пропорциональную частоту;

- импульсная форма поступлений сигналов давлений в блок сравнения повышает точность операции;

- дополнительная местная обратная связь по давления повышают стабильность работы устройства и снижают погрешность измерения.

Изобретение относится к области автоматики и предлагается к использованию при измерении скоростных параметров и управления в системах, подверженных радиационным воздействиям и работающим во взрывоопасных условиях, а также в авиационных приборах летательных аппаратов. Техническим результатом является снижение погрешности измерения за счет включения местных обратных связей. Устройство преобразования давления в пропорциональную частоту содержит семимембранный блок сравнения, последовательно связанные с ним апериодическое звено, усилитель мощности с обратной связью по давлению, струйный генератор частоты с частотным выходом устройства, струйный усилитель-формирователь, два струйных импульсатора с апериодическими звеньями в обратной связи в каждом, каналы обратной связи с минусовыми камерами блока сравнения. 1 ил.

Устройство преобразования давления в пропорциональную частоту, характеризующееся тем, что содержит семимембранный блок сравнения, последовательно связанные апериодическое звено, усилитель мощности с обратной связью по давлению, струйный генератор частоты с частотным выходом устройства, струйный усилитель-формирователь, два струйных импульсатора с апериодическими звеньями в обратной связи в каждом, каналы обратной связи с минусовыми камерами блока сравнения.