Устройство для измерения давления Советский патент 1983 года по МПК G01L9/12 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам контроля давления, и может найти применение в химической машиностроительной и других отраслях промышленности.

Известны устройства для измерения давления, содержащие упругий чувствительный элемент, дифференциальный . конденсатор и измеритель емкости 1.

Такие устройства не обеспечивают ю высокой точности из-за нелинейной зависимости емкостей дифференциального конденсатора от межэлектродного зазора .

Наиболее близким по технической 15 сущности к предлагаемому является устройство для измерения механических величин в частности давления с помощью двух емкостных.датчиков, составляющих дифференциальный конденсатор. Оно содержит две RC-цепи, в которые включены емкостные датчики, два триггера, два пороговых устройства,

входы которых соединены с выходами RC-цепей, а их выходы со входами три|- геров, управляющих электрическими клю-. чами, через которые RC-цепи поочередно подключаются к источнику постоянного напряжения 2.

В данном устройстве емкости дифференциального конденсатора преобразуются в частотный сигнал, постоянная составляющая которого выделяемая на выходах триггеров, прямо пропорциональна отношению разности емкостей к их сумме, что определяет линейную зависимость этого напряжения от передвижения подвижного элек трода дифференциального конденсатора.

Недостатком этого устройства яв- . ляется его сложность, так как содержит много функциональных элементов, что снижает его надежность,

Целью изобретения является повышение надежности. Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее емкостный дифференциальный датчик давления, не подвижные электроды которого включен в две времязадающие RC-цепи, соединенные с двумя пороговыми устройства ми и усилитель-регистратор снабжено включенными между выходами обоих RC-цепей двумя последовательно соеди ненными вентилями, общая точка которых соединена с заземленным подвижным электродом датчика, и двумя делителями напряжения, каждый из которых подключен на второй вход соответствующего порогового устройства, при этом делители напряжения включены параллельно RC-цепям, а выходы ка дого порогового устройства соединены со входами соответствующих RC-цепи и делителя напряжения, подключенных ко входам другого порогового устройс ва, причем вход одного из пороговых устройств соединен с усилителем регистратором. На фиг. 1 предоставлена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 временная диаграмма напряжений в раз личных точках схемы. Устройство содержит упругий чувст вительный элемент 1, с которым жестк связан подвижный электрод 2 дифферен циального конденсатора, который вклю чает в себя еще два неподвижных электрода 3 и , укрепленных на изоляторах 5 и 6. Электроды 2 и 3 образуют емкость С, дифференциального конденсатора, а электроды 2 и 4 обра зуют емкость С п При равенстве давлении кости С L Сд. Если РО Р г 1 чувс вительный элемент 1 прогибается, С растет, а С уменьшается, при этом г - . г - о . S 1 - X 1 + X где X - перемещение подвижного элект рода 2 от первоначального положения, отнесенное к первоначальному зазору между подвижным 2 и неподвижным элект родом (3 или А) причем, величина X прямо пропорциональна (Рт. P-f). Неподвижные электроды 3 и k подключены к преобразователю емкости в электрический сигнал, который включает в себя два пороговых устройства 7 и 8, выполненные, например, на базе дифференциально-операционных усили- . телей, на неинвертирующие входы которых подключены делители напряжения 9 и 10, а на инвертирующие входы подключены выходы цепей 11 и 12, элементами которых являются емкости Входы делителя 9 и цепи 11 соединены с выходом порогового устройства 8, а входы делителя 10 и цепи 12 соединены с выходом порогового устройства 7- Между неинвертирующими входами обоих пороговых устройств 7 и 8 включены два последовательно соединенных вентиля 13 и 1, общая точка которых соединена с корпусом, с которым электрически связан также подвижный.электрод 2 дифференциального конденсатора, выходы одного из пороговых устройств 7 подключены на вход усилителя 15 последовательно с которым включен индикатор 16. Преобразователь емкости в электрический сигнал представляет собой автогенератор, причем сигналы на выходах обоих пороговых устройств 7 и 8 синфазны. При положительной полярности напряжения на выходе порогового устройства 7 равного + U- напряжение на неинвертирующем входе устройства 7 равно и,.где к| коэффициент деления ( 1), а на инвертирующем входе напряжение близко к нулю и определяется падением напряжения на вентиле 1, который при положительной полярности напряжения шунтирует конденсатор С, и, следовательно, на выходе порогового устройства 8 напряжение Ug также имеет положительную полярность . На неинвертируйщем входе порогового устройства 7 устанавливается напряжение Ц л- и„, где 1 Q коэффициент деления делителя 9 (, а форма сигнала на инвертирующем входе устройства 7 представлена на фиг. 2а. Вентиль 13 при положительной полярности напря хения включен в обратном направлении и не препятствует заряду конденсатора С . В момент времени t 7Тй напряжение на конденсаторе С достигает величины 1п Ug, после чего пороговое устройство 7 срабатывает и меняет знак напряжения на .своем выходе. Изменение полярности на выходе устройства 7 влечет за собой опрокидывание порогового устройства 8. При отрицательном напряжении на выходах обоих пороговых устройств 7 и 8 конденсатор С., шунтирован вентилем 13, а вентиль имеет обратное включение и происходит заряд конденсатора С (фиг. 2б). В момент времени Т t, где 2. 2 2и ;:;:. напряжение на выходах порогового устройства 8 становятся равными, после чего происходит срабатывание обоих пороговых уст ройства 7 и 8. Таким образом, сигнал на выходах обоих пороговых устройств 7 и 8 пред ставляет собой последовательность пр моугольных импульсов (фиг.2Ь), причем длительность импульсов определя,ется параметрами одной RC-цепи (11) а интервал между ними определяется параметрами второй RC-цепи (12). При ,o,H(,l,o.n, период следования импульсов т (с,4Ч)кеи1а постоянная составляющая на выходе каждого порогового устройства равна - Сг и. Uo Сх) + Cj. значений учетом U X, т.е. постоянная составляющая сигнала на выходе пороговых устройств 7 и 8 прямо пропорциональна давлению и после предварительного усиления может быть использована в качестве выходного сигнала. l s 6 Формула изобретения Устройство для измерения давления, содержащее емкостный дифференциальный датчик давления, неподвижные электроды которого включены в две времязадающие RC-цепи, соединенные с первыми входами двух пороговых .устройств, и усилитель-регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, оно снабжено включенными между выходами обоих RC-цепей двумя последовательно соединенными вентилями, общая точка которых соединена с заземленным подвижным электродом датчика и двумя делителями напряжения, каждый из которых подключен на второй вход соответствующего порогового устройства, при этом делители напряжения включены параллельно RC-цепям, а выходы каждого порогового устройства соединены со входами соответствующих RC-цепи и делителя напряжения, подключенных к входам другого порогового устройства, причем выход одного из пороговых устройств соединен с усилителем-регистра тором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 553500, кл. G 01 L 9/Т2, 1975. 2.Патент США W 3518536, кл. 32t-57, 1970 (прототип).