Измерительный частотный преобразователь Советский патент 1984 года по МПК G01K7/32 G01L1/16 

Изобретение относится к технике измерения неэлектрических величин и может быть использовано при построении телеметрических систем одновременного контроля силовых и температурных воздействий на исследуемый объект.

По основному авт. св. № 879333 известен измерительный частотный преобразователь, содержащий двухпараметровый частотный датчик с двумя акустически развязанными пье- ю зорезонаторами, выполненными на одной пьезокварцевой пластине и подключенными к первому и второму автогенераторам соответственно, первый и второй смесители, источник эталонной частоты, блок разделения 5 сигналов, формирователь временных интервалов и два реверсивных счетчика, причем выходы первого и второго автогенераторов через соответствующие смесители подключены к блоку разделения сигналов, выходы ис- точника эталонной частоты соединены с входами первого и второго смесителей, блока разделения сигналов, связанного выходами с соответствующими информационными входами первого и второго реверсивных счетчиков 1. Однако известное устройство имеет недостато шую точность измерений из-за отсутстЁия учета в устройстве приращений козффициентов силовой и температурной чувствихелыюсти под действием измеряемых температур и силовых полей соответственно. Целью изобрете}шя является повышение точности измерения исследуемых параметров путем более точного учета значений фициентов силовой и темпзратурной чувст- 35 вительности. Поставленная цель достигается тем, что в измерительный частотный преобразователь введены третий пьезорезонатор, входящий в состав двухпараметрового датчика, третий автогенератор и третий смеситель, причем третий пьезорезонатор подключен к третьему автогенератору, выход которого подключен к первому входу третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом эталонной частоты, а выход подключен к блоку разделения сигналов, На фигЛ показана функциональная схема измерительного частотного преобразователя; на фиг. 2 - одна из возможных конструкций двухпараметрового частотного датчика; на фиг. 3 - разрез А-- на фиг. 2. Шмерительный частотный преобразователь содержит двухпараметровый частотный датчик 1, в состав которого входит пьезокварцевая пластина с тремя акустически, развязанными между собой пьезорезонаторами 2-4, три автогенератора 5-7, три смесителя 8-10, источник 11 эталонной частоты, блок 12 разделения сигналов, формирователь 13 ьременных интегралов и два реверсивных счетчика 14 и 15.

Двз спараметровый частотный датчик 1 содержит корпус 16 и изготовленные за одно целое с ним мембрану 17 и поддерживающие мембранные стойки 18. В корпусе 16 на поддерживающие мембранные стойки 20 25 18 устанавливается пьезоквардевая пластина 19 (LC-срез) с тремя парами круглых электродов 20. Круглые электроды 20 нанесены на пьезоквардевой пластине 19 так, чтобы резонаторы 2-4 были акустически развязаны (отсутствовала возможность захвата частот) и их центры были расположены под углом 120° относительно центра пьезокварцевой пластины 19, что необходимо для обеспечения разных по величине и знаку коэффициентов силовой чувствительности кварцевых резонаторов. В процессе сборки двухпараметрового частотного датчика 1 на мембрану воздействуют давлением, при этом поддерживающие мембранные стойки отклоняются в стороны и в них вставляется пьезокварцевая пластина, причём таким образом, чтобы ось каждого резонатора проходила через центр поддерживающей мембранной стойки 18 и центр пьезокварцевой пластккы. При снятии давления пьезокварцепластины. При снятии давления пьезокварцевая пластина оказьшается зажатой в трех поддерживающих мембранных стойках. При измерении воздействзш)щего давления Р происходит изменение сжимающихся усилий F, пропорциональных давлению и прикладываемых к каждому резонатору (эффект тензочувствительности). Воздействие температуры т на кварцевые резонаторы происходит че-рез мембрану контактным путем и путем радиации (эффект термочувствительности). Измерительный частотный преобразователь работает следующим образом. Двухпараметровый частотный датчик 1 находится под одновременным воздействием (зшового и температурного полей. АвтОгенераторы 5-7 генерируют сигналы с частотамиi, ло )С1« { г--т V 1-а рСТ-Т)СР-РоУ, $2 2о+«-tf )а1тСТ О . ()(r-.fo)i - $30- «xlv з1 Ст°-Т7) (T -TJCf-Fa .

. 2, 3) - коэффициенты термо чувствительности; (,2, 3) - коэффициентьг тензочувствительности;

-температурные коэффициенты тензочувствитель.

),KV ности;

КГт

-силовые коэффициенты термочувствительности (, 2, 3);

П

-измеряемые температура и сила;

П-о

-координаты реперной точки, в которой определялись коэффшще ты .уч t ; - частота первого, втор го и третьего автоген раторов соответственно в реперной точке (И Ь 2, 3). Эти сигналы подаются на смесители 8-10 где смешиваются с эталонной частотой Ss . поступающей с выхода источника И эталон ной частоты. Разностные частоты, . ,-.wr F2 2-5oitS). ,(6) ., подаются в блок 12 разделения сигналов. Решение системы уравнений (4) -(6) мо жет быть представлено в виде ,, , Т л- ГзРа-Ть з где Т,(с ,2,„.,6)- постоянные коэффшщ енть (временные ин тервалы) Т, л ( ) Г (cxV cfgff - av олт) -, T -A4a°-TO 2T --° zTaV)i т,. д- ( aV - aV ) i Т5 ДЦ а°5гр-aSfaVrt i ТбA-t Va 2rf- Vo TF

д оцр (схст OiV - V астр) - Q-zF fot V -olr rrFVa FCa TQl-TF-аэтЛ И J

Перед началом измерений по известным /коэффициентам термочувствительности , тензочувствительносги 0 , температурным коэффициентам тензочувствительности , силовым коэффшщентам термочувствительности расчитываются времени в соответствии с уравне1у1ями (9) и (10). Формирователь 13 временных интервалов настраивается на формирование временных интервалов по сигналу Пуск. В течение времени Т импульсы частоты Рд подают реверсивного счетчика 14, где считываются на суммирование. В течение времени ,TI импульсы частоты подаются на. реверсивный счетчик 14, где считываются на вычитание. В течение времени импульсы частоты .2 подаются на реверсивный счетчик 14, где считываются на суммирование. Аналогичным образом происходит считыванк импульсов частот . Fj. и f, вторым реверсивным счетчиком 15 согласно уравнению (8). Результат, записанный в реверсивных счетчиках 14 и 15, представляет собой двоичный код параметров Р и Т, . Причем в соответствии с алгоритмом вычисления (7) -(8) приращение на едиршцу младшего разряда в двоичном коде соответствует приращению температуры и силы на и 1 Н, следовательно, погрешность измерения и силы составляет и 1 Н. Для уменьшения погрешности измерения температуры и силы соответственно впит раз необходимо увеличить времена измерения T,Ti н Tj в ri раз, а , и Ть - в.т раз. . Наличие в предлагаемом измерительном частотном .преобразователе третьего пьезорезонатора, третьего автогенератора и третьего смесителя выгодно отличает его от известного,, так как позволяет повысить точность измерения исследуемых параметров. На краях динамических диапазонов измеряемых температур и давлений, т.е. в точках, наиболее удаленных от реперной точки, точ}Юсть измерения звеличивается примерно в 4 раза.,

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ по авт. св. N 879333, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения исследуемых параметров, в него введены третий пьезорезо натор, входящий в состав двухпараметрового датчика, третий автогенератор и третш смеситель, причем третий пьезорезонатор подалючен к третьему автогенератору, выход которого подключен к первому входу третьего смесителя, второй вход кото|юго соединен с выходом источника зталонной частоты, а выход подключен к блоку разделения сигналов. ir1NMV4vM Фиг.1 liumii iimw