Емкостный цифровой преобразователь давления Советский патент 1983 года по МПК G01L9/12 

О

СА:

о а

00 IsD 1 Изобретение относится к измери,тельной,технике, а именно к устройствам контроля давления с использов нием цифровых преобразователей емкостного типа.. Известно устройство для измерения давления,содержащее дифференциальньгй чувствительный элемент и схему преобразования а сигнал постоянного тока fl . Недостатком этого устройства явля ется невозможность передачи выходного; сигнала на значительные расстояний, а также невозможность подключений датчика непосредственно к ЦВМ. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство, содержащее дифференци.альный емкостный чувствительный элемент генератор, высокой частоты, интегратор, двоичный счетчик с N количеством разрядных выходов.-, два аналоговых управляемых ключа, две схемы управления аналоговыми ключами, источник опорных напряжений , реверсивный счётчик, схему выделения импульса, регистр, компаратор и схему И, причем входы аналоговых управляемых ключей соединены с соответствующими выходами емкостного чувствительного э.пемента, управляющие входы аналоговых управляемых ключей соединены с выходами соответствующих -схем управления аналоговыми к.пючами, разрядные выходы реверсивного счетчика соединены с информационными входами регистра, а выход интегратора соединен с входом компаратора . Недостатком известного устройства является недостаточно высокая точность вследствие значительного злияния входных параметров интегратора, выполненного в виде операционного усилителя. Целью устройства является повышение точности измерения за счет повышения уровня дискретизации. Указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения давле ния, содержащее дифференциальный емкостный чувствительный элемент, две схемы с управляемыми аналоговыми клю чами, компаратор и последовательно соединенные двоичный счетчик, источник опорного напряжения, интегратор, схему выделения импульса, введен частотно-временной преобразователь в частотно-зависимую цепь которого через управляемые аналоговые ключи 822 включен дифференциальный чувствительный элемент, причем две схемы управления выполнены в виде последовательно соединенных двух логических схем И-НЕ, один из входов которых соединен с выходом предыдущего разряда двоичного счетчика, а другой - соответственно с прямым и инверсным выходами последующего разряда двоичкого счетчика. На Ч1эржете изображен емкостный цифровой преобразователь давления. Устройство,содержит дифференциальный емкостный чувствительный элемент 1, два аналоговых управляемых ключа 2 и 3, частотно-временной преобразователь k, двоичный счетчик 5, две схемы 6 и 7 управления аналоговыми ключами, источник 8 опорных напряжеНИИ, интегратор 9 компаратор 10, схему И 11, реверсивный двоичный счетчик 12, регистр 13, устройство Uf выделения одиночного импульса. Дифференциальный емкостный чувствительный элемент 1 содержит две герметичные секции, связанные каждая со своим источником давления, а электрически он представляет собой два конденсатора С и 2, имеющие отдельные неподвижные электроды и общий подвижный. Неподвижные электроды чувствительного элемента 1 подключены к входам ключей 2 и 3, выходы которых соединены с частотно-временным преобразователем . Управляющие электроды ключей 2 и 3 соединены соответственно с выходами схем 6 и 7 управления частотно-временного преобразователя 4 и подключены к входу счетчика 5Выход предыдущего (N-l)-ro разряда счетчика 5 соединен с входом источника 8 опорных сигналов. Выход источника 8 соединен с входом интегратора 9s который своим выходом соединей с входом компаратора 10. Схема И 11 имеет три входа: один из них соединен с выходом частотно-временного преобразователя 4, второй - с выходом (N-l)-ro разряда счетчика 5, а третий - с выходом компаратора 10. Выход схемы 11 соединен со счетным входом реверсивного счетчика 12. Управляющий вход счетчика 12 соединен, с инверсным выходом последующего N-ro разряда счетчика 5. Информационные входы регистра 13 соединены с выходами соответствующих разрядов счетчика 12, а вход разрешения записи подключен к выходу устройства Т4 выделения импульса. Один вход устройства 14 соединен с выходом частотно-временного преобразователя 4, второй - со старшим N разрядом счетчика 5, а третий - с выходом компара- тора 10.

Емкости чувствительного элемента

1 определяются выражениями

&S

г - (7

(1);

s -2;ГГП-/

d-x d+x где - диэлектрическая проницаемост жидкости, заполняющей чувствительный элемент; S - площадь электродов; d - расстояние между подвижными электродами при давлениях

Р -р X - величина перемещения диафра -

мы.

Устройство работает следующим образом,

В исходный момент времени к частотно-временному преобразователю 4 подключен конденсатор С , т.е. ключ 2 замкнут, а ключ 3 разомкнут, тогда длительность импульсов на исходе преобразователя 4 будет пропорциональная емкости С,

Tj,kC (З) , где k - коэффициент, учитывающий параметры схемы генератора .

На выходе (N-1)-го разряда счетчика. 5 потенциал, близкий к нулю, а на выходё источника опорных сигнало соответственно будет положительное напряжение. С интегратора 9 на вход компаратора 10 будет поступать линейно изменяющееся напряжение. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока потенциал на выходе (N-l)-ro разряда не изменится на более высокий. При этом на выходе источника 8 напряжение становится отрицательным и процесс интегрирования ме няет свое направление. Одновременно с этим на выходе устройства 7 управления появится высокий потенциал, ключ 3 замкнется и конденсатор Су тоже окажется подключенным к частотно-временному преобразователю 4, на счетный вход реверсивного счетчика 12 начинают поступать импульсы. На управляющем входе реверсивного счетчика 12 будет высокий потенциал с ин вёрсного йыхода N-ro разряда счетчика 5, так что реверсивный счетчик 12 будет работать в суммирующем режиме.

Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора 9 не сравняется с нулем. При этом компаратор 10 срабатывает, уровень сигнала на его выходе становится низким, схема И 11 закрывается и счетные импульсы перестают поступать на вход реверсивного счетчика 12. Число импульсов, поступивших в реверсивный счетчик, определяется выражением

N

о N-1

(4) I

1

Т 2

где N

число, соответствующее нали1чию линейнопадающего напряжения на интеграторе, Как только на выходе счетчика 5 появится высокий потенциал, на выходе N-ro разряда ключ 2 размыкается, а на выходе интегратора 9 снова появится линейнопадающее напряжение и весь процесс повторится. Поскольку на инверсном выходе N-ro разряда счет.чика 5 потенциал станет близким к нулю, реверсивный счетчик 12 при поступлении на него счетных импульсов будет работать в режиме вычитания. Число импульсов, соответствующее интервалу времени вычитания,, определяется выражением

N--1

N - С,

(5) 2 С.+С,

1 2 На выходе реверсивного счетчика

к моменту срабатывания компаратора будет записано число

-. (6)

12 В момент срабатывания компаратора

с устройства 14 выделяется импульс, который разрешает запись в регистр 13. После полного заполнения счетчика 5 процесс повторяется.

Учитывая, что величина X пропор.циональна дифференциальному давлению л решая совместно выражения (1), (2) и (6), получим

лN . (7)

Таким образом, число, хранящееся в регистре, будет линейно зависеть от величины перемещения диафрагмы,т.е величины дифференциального давленияД

В предложенном устройстве отсутствуют ограничения для получения высокой точности измерения дифференциального давления, так как отсутствуют ограничения на разрядность выходной информации за счет исключения влияния в;; одных параметров интегратор

ЕМКОСТНЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛАВЛЕННЯ, содержащий дифференциальный емкостный чувствительный элемент , две схемы с управляемыми аналоговыми ключами, компаратор и последовательно соединенные двоичный, счетчик, источник опорногонапряжения, интегратор, схему выделения импульса, отличающийс я тем, что, с целью повышения- точности путем повышения уровня дискретизации, в него введен частотно-временной преобразователь., в частотнозависимую цепь которого через управляемые аналоговые ключи включен дифференциальный чувствительный элемент , причем две схемы выполнены в виде последовательно соединенных двух логических схем И-НЕ, один из входов. которых соединен с выходом предыдуще-g ,-S го .разряда двоичного счетчика, а дру гой - соответственно с прямым и ин вареным выходами последующего разряда двоичного счетчика.