Устройство для измерения давления Советский патент 1986 года по МПК G01L9/12 

ние новых элементов и образование новых связей между элементами устрой- с.тва позволяет достичь того, что измеряемое давление не /зависит от диэлектрической проницаемости среды. Это позволяет использовать манометр для измерения давлений жидких сред и использовать в качестве рабочей

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может найти широкое применение для точного измерения давлений.

Цель изобретения - распшрение предела измерения и уменьшения погрешности.

На чертеже приведена структурная схема манометра.

Измерительная камера образована корпусом 1 И разделительной мембраной 2, В измерительной камере с одной стороны мембраны расположена жесткая пластина 3 с отверстиями,на которой расположен изолированный от корпуса неподвижный электрод 4. С противоположной стороны мембраны установлена жесткая пластинка 5с неподвижньм электродом 6. Надмемб- ранная область сообщается с окружающей средой, а междуэлектродное пространство заполнено жидкостью. Неподвижные электроды 4 и 6 через разделительные конденсаторы С электрически соединены с выходом генератора 7 несущей частоты Гц. Напряжение bU с измерительной диагонали емкостного моста поступает на вход преобразователя 8, где оно выпрямляется, фильтруется и усиливается. Усиленное напряжение U поступает на взводы демодулятора 9 и 10. Выход демодулятора 9 через ключ К, соединен с электродом 6, а выход демодулятора 10 через ключ Kj соединен с электродом

4, Выход источника 11 постоянного напряжения Up, соединен с электродами

4 и 6 через ключи K,j .и К .

Второй выход источника с напряжением Upj, например U 0,5Up, соединен с общей точкой последовательно соединенных демодуляторов 9 и 10.

среды между электродами А и 6 жидкос- т,н с большими значениями диэлектрической :;роницаемости и пробивного напряжения, чем у воздуха. Измеряемое давление зависит только от геометрических размеров мембраны 2 и модуля упругости ее материала. 1 з.п, ф-лы. 1 ил.

Ключи К и К управляются импульсами с формирователя 12, ключи Kg и К4 - импульсами с формирователя 13. Входы формирователей 12 и 13 соеди- нены с выходом модулятора 14, формирующего симметричные прямоугольные -импульсы напряжения U с периодом Т.

Т

В первый полупериод ключи К, и

2

К замкнуты, ключи К, и К, разомкну- ты. Постоянное опорное напряжение Uoi, необходимое для обеспечения линейной характеристики электростатического преобразователя, создает паразитное усилие (давление) Р .,

полностью компенсируемое в начальном положении 13 дифференциальном электростатическом преобразователе.

При перемещении мембраны на f возникает усилие, пропорциональное в первом приближении перемещению G x направленное в сторону этого перемещения, т.е. имеет место эффект отридательнйй жесткости. Значение отрицательной жесткости можно найти из

дг дВ,

выражения С,,, - . В

первом полупериоде при действии

измеряемого давления Р мембрана проР S гибается на „, , где S и Су« площадь и жесткость мембраны.

Во втором полупериоде ключи

К, и разомкнуты, ключи К и К замкнуты, т.е. к пластинам 4 и 6 приложено постоянное напряжение U, и , например U 0,5и„., которое

07

ог

суммируется с выходным напряжением Ujj автокомпенсационной системы.

J

Во втором полупериоде величина отрицательной жесткости снижается до

о

-гр л тт TitJ

Т РИ

значений С„

,5UQ, ,25Coj и прогиб мемб02

t РХ S .. раны уменьшается до 6„ - ---j- . Од лх ЧэК

нако напряжение U стремится увеличить перемещение S до значений, близких S,.

Перемеп(ения 5, и 8 преобразуются в электрические сигналы, которые выпрямляются, напряжение несущей частоты Гц фильтруется, и напряжения и и Uy , пропорциональные значениям перемещений Sxj , вычитаются. Разностный сигнал iU, усиливается и демодулируется. Выходное напряжение Ux демодуляторов 9 и 10 в Сумме с опорным Uoi прикладьгоается ,к пластинам 4 и 6 и создает давлени Р, которое увеличивает перемещение

i-ll-S.- , сводя разность uS -- (( В автокомпенсационной системе

уравнове01ивания до значений, близких к нулю. Полагая в первом приближении, что при Кр ЗО, где Кр- коэффициент преобразования разомкнутой системы 5х,5)е2получим:

(P +Pj-S P. S г г г . г

lt,. М О

Подставляя вместо Р и С их значения при ,5UQ,, получим Р, 2 §0 . См 3 и„ S

Значение жесткости круглой мембраны, заземленной по краям

5Eh

С7Т7

где Е - модуль упругости;

h и г - толщина и радиус мембраны.

В этом случае измеряемое давление выражается

5

-т й

и.

. ,-и,.

h г

т.е. зависит только от геометрических размеров мембраны и модуля упругости ее материала.

ВНИИПИ Заказ 6823/37 Тираж 778

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

78641 +

Таким образом, из выражения измеряемого давления следует, что оно принципиально не зависит ot диэлектрической проницаемости среды, что 5 позволяет использовать предлагаемый манометр для измерения давлений жидких сред и использовать в качестве рабочей среды между электродами жидкости с большими значениями.диэлек- 10 трической проницаемости и пробивного напряжения, чем у воздуха.

Формула изобретения

IS 1 Устройство для измерения давления, содержащее электростатический обратньй преобразователь, имеющий корпус с металлической мембраной, соединенной с шиной нулевого потен20 Циала, и разделенный ею на две камеры, подмембранную и надмембранную с подводящим штуцером, в-каждой из которых установлен неподвижный электрод, включенный в соответству25 ющее плечо измерительного моста,выход которого через усилитель подключен к входам двух демодуляторов, соединенных с источником постоянного напряжения, и измерительный при3Q бор, включенный в диагональ моста, отличающееся тем, что, с целью увеличения предела измерения и уменьшения погрешности, в него введены два формирователя импульсов управления, модулятор, подключенный к входам формирователей, две пары управляемых ключей и делитель напряжения, включенный в цепь, соединяющую демодуляторы с источником постоянного напряжения, при этом неподвижные электроды через первую пару ключей соединены с вьпсодами демодуляторов и через вторую пару ключей - с источником постоянного напряжения, причем управляющие входы ключей подключены к выходам соответствующих формирователей импульсов .управления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в нем ка меры заполнены диэлектрической жидкостью, при этом подмембранная камера выполнена переменного объема.

35

40

45

Подписное

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и позволяет расширить предел измерения и уменьшить погрешности. Устройство содержит корпус 1, мембрану . 2, жесткую пластину 3 с отверстиями, неподвижный электрод 4, жесткую пластину 5 с неподвижным электродом 6, генератор 7 несущей частоты, преобразователь 8, демодуляторы 9 и 10, источник 11 постоянного напряжения, формирователи 12 и 13. Введе