Датчик давления и температуры Советский патент 1984 года по МПК G01L11/00 

110 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и нредназначается для одновре менного измерения давления и температуры. Известны дат-чики давления и температуры, содержащие два пьезорезонатора, подключенные к двум автогенераторам, и схему обработки их сигналов, включающую смеситель 1. Недостатком таких устройств является низк точность измерений. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик давления и температуры, содер жащий первичный преобразователь с двумя пье зорезонаторами, расположенными на упругом з . менте и подключенными к двум автогенераторам смеситель и фазовый детектор, подключепньш к входам двух усилителей через фильтр низкой часто-п,1 2. Однако да1-1шк отличается недостаточной точностью измерений давления и температуры, а также малым диапазоном измерений. Целью изобретения является повыщение точности измерений и расщирение диапазона измерений давлеьтя и температуры. Поставленная цель достигается тем, что в да чик давления и температуры, содержащий первичный преобразователь с двумя пьезорезонаторами, расположенными на унрзтгом злементе и подключенными к двум автогенераторам, смеситель и фазовый дете,ктор, подключенный к входам двух усилителей через фильтр низкой частоты, введены два управляемых квардевых генератора и второй смеситель, при этом выхо каждого из автогенераторов через соответствую щий смеситель подключен к фазовому детектору, а вторые входы смесителей через управляемые кварцевые генераторы подключены к выходам усилителей. Кроме того, в датчик введены два фильтра низких частот, включенные соответственно на выходах смесителей. На чертеже представлена фукнциональная схема цаттка. Датвдк давления и температуры содержит упрупш злемент 1 с расположенными на нем ньезореаонаторами 2 и 3, подключенными к автогенераторам 4 и 5. Выходы автогенераторов 4 и 5 через цепи, содержащие последовательно соединегаште, соответствеюго, смесители 6 и 7, фильтры низких частот 8 и 9, связаны с входами фазового детектора 10, нагруженного на фильтр 11 низкой частоты. Выход последнего черезусилители 12 и 13 подключен к утфавляющим входам управляемых кварцевых генераторов 14 и 15, связанных своими выходами с вторыми входами смесителей,, 6 и 7 соответственно. Устройство работает следующим образом. Упругий элемент 1 подвергается одновремешгому воздействию давления и температуры в месте измерения. Пьезорезонаторы 2 и 3, включенные в схемы автогенераторов 4 и 5, йкже подвержен. одновременному действию давления и температуры, вследствие чего изменяются их резонансные частоты, а следовательно, и частоты генерации автогенераторов 4 и 5, которые могут быть представлены системой линеаризированных уравнений вида . .пР-к,,. 4 -АОЛ , где f,, ffjj - начальные значения частот пьезорезонаторов 2 и 3; - козффициенты чувствительности по температуре пьезо резонаторов 2 и 3; Kjp. - коэффициенты чувствительности но давлению пьезорезонаторов 2 и 3; Р - давление; Т - температура. Для обеспечения работы датчика пьезорезонаторы 2 и 3 должны иметь одинаковые коэф-, фициенты чувствительности по температуре и различные по давлению. Для обеспечегшя условия - К. во всем диапазоне изменения измеряемых давлений и температур в схему введены управляемые кварцевые генераторы 14 и 15 с собственными частотами f3 и f , нагруженные на смесители 6 и 7 соответственно. Поскольку на входы смесителей 6 и 7 подаются попарно частоты f, fj и f2, , а их выходы подключены к входам фазового детектора 10 через фильтры низкой частоты 8 и 9, для частот, f. сигналов, воздействующих на фазовый детектор 10, получаем fg, f{ fi - f, a учитьшая систему уравнений (1), имеем , f/-fo.-(fo5 S3KiAU)+ КдрР (2) z-fo2-CfQ4- -54K2uU)-K2pP КгтТ, где fjjj и ifj - начальные значения частот управляемых кварцевых генераторов 14 и 15; Sj и Si - крутизна характеристик jTipaaления генераторов 14 и 15; KH и К козффициенты передачи усилителей 12 и 13 по постоянному току; ли - приращение напряжения на : выходе фильтра 11 низкой частоты в режиме синхронизма. системы фазовой автоподстройки частоты, вызванное воздействием давления на чувствительном элементе 1. Обеспечения вхождения системы фазовой автоподстройки частоть в с нхронтзм, т. е. выполнения условия f - f , добиваются выбором начальных значений частот f и f4 генераторов 14 и 15, управляемых напряжением ди, а также выбором величин и знаков коэффицие тов Sj, 84 и К;(, К2. В этом режиме система уравнений (2) является системой уравнений, описывающих стационарное состояние такой двухкольцевой системы фазовой автоподстройки частоты, входящей в состав датчика давления и температуры. Причем для режима синхронизм системы из уравнения (2) можно записать . к т«к„т, ifbi-fe} 53 &U -l CiciP-fo2-(iw S4VU-K2pP u. При достижении режима ;сшкронизма системы частоты fij и на входах фазового детектора 10 оказываются пропорциональными воздействую щей на упругий элемент 1 датчика температуре и ice зависят от давления Р : . 1С2Т. Величина же давления Р определяется из уравнения (2) в виде р (Гм.-йчУ5зК ди (fo/v-fo) У дУчг Ц . и оказывается пропорциональной приращению частот управляемых кварцевых генераторов 14 и 15 i Ц, т. e. информацию о давлении можно снимать непосредственно с выхода одного из управТиемых кварцевых генераторов 14 или 15. В отличие от известног устройства условие (3) в предлагаемом датчике выполняется не при одном единственном значении давления Р, а во всем диапазоне его изменений. Это достигается за счет того, что введение системы в режим синхронизма происходит не из-за перестройки частоты основных автогенераторов 4 и 5, как известном устройстве, а путем вариации частот дополнительных генераторов 14 и 15, которые фактачески вьшолняют роли двух гетеродинов, нагруженных на смесители 6 и 7, на первые входы которых поступают сигаалы с частотами с выходов основных автогенераторов 4 и 5, являющихся, как видно из системы уравнений (1), функциями измеряемых параметров Р и Т. В-результате зтого удается избежать присущих известному устройству деформаций теМпературно-частотных xapaicтеристик пьезорезонаторов 2 и Г и тем самым добиться повыщения точности измерения и Д1Ипазона измеряемых давлений.

1. ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий первичный преобразователь С двумя пьезорезонаторами, расположенными на упругом элементе и подключе1шыми к двум автогенераторам, смеситель и фазовьш детектор. подключенный к входам двух усилителей через фильтр низкой частоты, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона измеретй давления и температуры, в него введены два управляемых кварцевых генератора и второй смеситель, при этом выход каждого из автогенерато-. ров через соответствующий смеситель подключен к фазовому детектору, а вторые входы смесителей через управляемые кварцевые генераПоры подключены к выходам усилителей. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что в него введены два фильтра низких .частот, включенные соответственно на выходах смесителей.