Измеритель давления Советский патент 1986 года по МПК G01L9/12 

tSP

Од

1 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения давления, и может быть использовано в гидродинамике, медицине, при моделировании течений жидкостей. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет повышения быстродействия, На чертеже изображена блок-схема измерителя давления. Измеритель давления содержит емкостный преобразователь 1 давления, состояпщй из электрода 2, выполненного в виде сферического сегмента, ,и мембраны 3, закрепленных в корпусе 4, первый и второй диоды 5 и 6, параллельно соединенные первые резистор 7 и конденсатор 8, параллельно соединенные вторые резистор 9 и конденсатор 10, источник 11 переменного напряжения и усилитель 12, выход которого является выходом 13 измерителя давления. Измеритель давления содержит параллельно соединенивдетреть резистор 14 иконденсатор 15, причем электрод 2 преобразователя 1 давления через последовательно соединенные первый и второй диоды 5 и 6 сое динен с одними выводами соединенных ме;еду собой вторых резистора 9 и конденсатора 10, подключенных вторыми выводами к корпусу А, подсоединен ному через первые резистор 7 и конденсатор 8 к электроду 2 преобразова теля 1, подключенному также через последовательно соединенные первый диод 5 и источник 1-Ь переменного напряжения к соединенным между собой входу усилителя 12 и одним выводам третьих резистора 14 и конденсатора 15, подсоединенных втopы да выводами к корпусу 4, при этом первый конденсатор 8 выполнен в виде емкости: электрод 2-корпус 4 преобразователя 1., второй конденсатор 10 выполнен в виде конденсатора с переменной ем костью, третий резистор 14 выполнен в виде входного сопротивления усили . теля 12, величина которого связана с реактивным сопротивлением третьег конденсатора 15 следующим соотношением:Xcf R, «Х„, где Х(,, - реактивное сопротивление третьего конденсатора 15 на частоте f источника 1 переменного напряжения; 1 R - сопротивление третьего резистора 14; Xj.j. - реактивное сопротивление третьего конденсатора 15 на частоте F-сигнала источника 11 переменного напряжения , величины сопротивлений R первого второго резисторов 7 и 10 выбраны авными и связаны с величиной соротивления ЕЗ третьего резистора 14, астотой f сигнала источника 11 переенного напряжения, радиусом г сфеы сегмента, высотой h сферического сегмента поверхности неподвижного электрода. 2, толщиной d и диэлектрической проницаемостью 21 материала мембраны 3 соотношением: 1 1 з V 2Trrh : Af 2f . 0,089 Кроме того, в измерителе давления источник 11 переменного напряжения содержит последовательно соединенные генератор 16, триггер Шмитта 17, счетный триггер 18 и ключевой элемент 19, подключенный к шинам 20 питания, трансформатор 21, соединенньш выводами первой обмотки через конденсатор 22 и непосредственно с выходами ключев.ого элемента 19, причем выводы второй обмотки трансформатора 21 являются выходами источни- ка 11 переменного напряжения. Ключевой элемент 19 содержит первый 23 и второй 24 транзисторы, подключенные базовыми выводами через первые резисторы 25 к выходам счетного триггера 18, эмиттерными выводами - к одной из шин 20 питания и коллекторными выводами - к выходам ключевого элемента 19 через первые диоды 26, причем ключевой элемент 19 подключен вьгхода1 т через вторые диоды 27 к коллекторным выводам третьего 28 и четвертого 29 транзисторов непосредственно и через вторые резисторы 28 к базовым выводам четвертого 29 и третьего 28 транзисторов соответственно, при этом эмиттернь е выводы третьего 28 и четвертого 29 транзисторов подсоединены к второй шине 20 питания. При отсутствии избыточного давления на поверхность мембраны 3 преобразователя 1 баланс cxeNSb измерителя давления осуществляется следующим образом. На схему диодного детектоpa, содержащую мембрану 3, электрод 2, корпус 4 преобразователя 1 давления , диоды 5 и 6, резисторы 7 и 9, балансирующий конденсатор 10, конденсатор 15 и резистор 1А, с выхода вторичной обмотки трансформатора 21 поступает знакопеременное напряжение от шин 20 питания через открытые транзисторы 23, 29 (24, 28) ключевого элемента 19, При равновесии детектора в составе тока нагрузки отсутствуют постоянная составляющая и напряжение на выходе измерителя давления, что обеспечивается выполнением

авенства абсолютных значений вольтсеундных интегралов положительного и отицательного полупериодов напряжения

сточника и равенства полных сопротивлений: в положительный полупериод напряжения источника - диода 5, параллельной цепи из резистора 7 и преобразователя 1, в отрицательный полупериод - диода 6, параллельной цепи из резистора 9 и балансировочного конденсатора 10.

Устройство работает следующим образом.

При воздействии давле1 ия на внешнюю поверхность мембраны 3 преобразователя 1 происходит изменение его емкости между электродом 2 и корпусом 4, что приводит к нарушению баансировки цепи и появлению тока в цепи нагрузки диодов 5 и 6, величина напряжения в которых определяется изменением иьтульса зарядного

тока в цепи преобразователя 1 давления, при действии давления относительно состояния начального равновесия . Напряжение с выходов диодов 5 и 6 после фильтрации несущей частоты поступает на вход усилителя 12.

но пропорционально измеряемому давению .

Формула изобретения

1. Измеритель давления, содержащий емкостный преобразователь давления, состоящий из электрода, выполненного в виде сферического сегмен- . та, и мембраны, закрепленных в корпусе, первый и второй диоды, параллельно соединенные первые резистор и конденсатор, параллельно соединенные вторые резистор и конденсатор, источник переменного напряжения и усилитель, выход которого является выходом измерителя давления, о т 267181

л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности, измерения за счет повьпиения быстроде1 1ствия, в него введены параллельно соединен5 ные третьи резистор и конденсатор, причем электрод преобразователя давлeшiя через последовательно соединенные первый и второй диоды соединены с одними выводами соединенных 10 между собой вторых резистора и конденсатора, подключенных вторыми выводами к корпусу, подсоединенному через первые резистор и конденсатор к электроду преобразователя, подклю15 ченному также через последовательно соединенные первый диод и источник переменного напряжения к соединенным между собой входу усилителя и одним выводам третьих резистора и

20 конденсатора, подсоединенных вторыми выводами к корпусу, при этом первый конденсатор выполнен в виде емкости: электрод - корпус преобразователя , второй -конденсатор выполнен

25 в виде конденсатора с переменной емкостью, третий резистор-выполнен в виде входного сопротивления усилителя, величина которого связана с реактивным сопротивлением третьего

30 конденсатора следующим соотнощением:

Xcf 3 Хе, . где Xj.f - реактивное сопротивление

третьего конденсатора на частоте f сигнала источника переменного напряжения;

35 - сопротивление третьего резистора;

- реактивное сопротивление третьего конденсатора на частоте F сигнала источни40ка переменного напряжения, а вели-чины сопротивлений первого и второго резисторов выбраны равными и связаны с величиной третьего резис j тора Rj, частотой f сигнала источн} ка переменного напряжения, радиусом г сферы сегмента, высотой h сферического сегмента поверхности неподвижного электрода, толщиной d и диэлектричес50 кой проницаемостью S, материала мембраны следующим соотпощением:

3 PV,,, «

2дт;г Ь

2f.0,039 d

552. Измеритель давлешш по п.1,

отличают, и и с я тем, что источник переменного напряжения содержит последовательно соединенные

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений за счет повьшения быстродействия. При воздействии давления на внешнюю поверхность мембраны преобразователя происходит изменение его емкости между электродом и корпусом, что приводит к нарушению балансировки цепи и появлению тока в цепи нагрузки диодов, величина напряжения в которых определяется изменением импульса зарядного тока в цепи преобразователя, при дей-г ствии давления относительно состояния начального равновесия. Напряжение с выходов диодов после фильтрации несущей частоты поступает на вход усилителя. Оно пропорционально измеряемому давлению. 2 з.п.ф-лы. 1 ил. (Я