Устройство для измерения давления Советский патент 1987 года по МПК G01L11/00 G01L1/16 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения давлений.

Цель изобретения - повьшение надежности и точности измерений.

На фиг.1 представлено устройство для измерения давлений; на фиг,2 - пьезоэлектрический трансформатор,

Устройство содержит первый счетчик 1, первьй цифро-аналоговый преоб- 10 нен с входом разрешения записи ад-

разователь 2, генератор 3 возбуждения колебаний, пьезоэлектрический трансформатор 4, первый фильтр 5, первый выпрямитель 6, пороговый элемент 7, адресный регистр 8, постоянное запоминающее устройство 9, блок 10 регистрации, блок 11 индикации, импульсный генератор 12, таймер 13, второй фильтр 1Д, второй выпрямитель 15, элемент НЕ 16, генератор 17 опорной частоты, счетчик 18 интервалов, блок 19 памяти кодовых слов, задатчик 20 управляющих импульсов, схема 2I сравнения, второй счетчик 22, второй ци(}фо-аналоговый преобразователь 23.

На (}йг.2 приняты следую1цие обозначения: входная секция 24 пьезоэлектрического трансформатора, вектор 25 поляризации входной секции пьезо-30 ратора, второй выход задатчика 20 электрического трансфо рматора, пер-управлякяцих импульсов соединен с

вый сигнальный электрод 26, второйуправляюгщм входом схемы 2 сравне-

ресного регистра 8, выходной электрод 32 соединен с входом второго выпрямителя 15, выход второго выпрямителя 15 соединен с входом раз-

15 решения счета счетчика 18 интервалов и с входом элемента ИЕ 16, выход элемента НЕ 16 соединен с входом обнуления счетчика 18 интервалов, выход генератора опорной часто20 ты 17 соединен с синхровходом счетчика 18 интервалов и с входом задат- чика 20 управляющих импульсов, выход счетчика 18 интервалов сЪединен с первым входом схемы 21 сравнения,

25 выход блока 19 памяти кодовых слов соединен с вторым входом схемы 21 сравнения,-первый выход задатчика 20 управляющих импульсов соединен с входом запуска импульсного гене-

сигнальный электрод 27, первый управляющий электрод 28, второй управляющий электрод 29, выходная секция 30 пьезоэлектрического трансформатора 30, вектор 31 поляризации выходной секции пьезоэлектрического трансформатора, выходной электрод 32 пьезоэлектрического трансформатора 32.

Выход первого счетчика I соединен с информационным входом адресного регистра 8 и с входом первого цифра- аналогового преобразователя 2, выход которого соединен с входом генератора возбуждения колебаний 3, выход которого соединен с первым сигнальным электродом 26 пьезоэлектрического трансформатора 4, а второй сигнальный электрод 27 заземлен, выходной электрод 32 соединен с входом первого фильтра 5, выход первого фильтра 5 соединен с входом первого выпрямителя 6, выход которого соединен со в содом порогового элемента 7, выход порогового элемента 7 соединен с синхровходом адресного регистра В и с входом обнуления перво-

го счетчика 1, выход адресного регистра 8 соединен с входом постоянного запоминающего устройства 9, выход которого соединен с входом блока 11 индикации и блока 10 регистрации, выход импульсного генератора 12 соединен с входом таймера 13 и входом генератора 3 синусоидальных колебаний, выход таймера 13 соедиратора, второй выход задатчика 20 управлякяцих импульсов соединен с

ресного регистра 8, выходной электрод 32 соединен с входом второго выпрямителя 15, выход второго выпрямителя 15 соединен с входом раз-

решения счета счетчика 18 интервалов и с входом элемента ИЕ 16, выход элемента НЕ 16 соединен с входом обнуления счетчика 18 интервалов, выход генератора опорной частоты 17 соединен с синхровходом счетчика 18 интервалов и с входом задат- чика 20 управляющих импульсов, выход счетчика 18 интервалов сЪединен с первым входом схемы 21 сравнения,

выход блока 19 памяти кодовых слов соединен с вторым входом схемы 21 сравнения,-первый выход задатчика 20 управляющих импульсов соединен с входом запуска импульсного гене-

ния, третий выход задатчика управляющих импульсов соединен с входом пер-

вого счетчикс1 1 , первый выход схемы сравнения соединен с входом прямого счета второго счетчика 22, второй выход схемы 21 сравнения соединен с входом обратного счета второго

счетчика 22, выход второго счетчика 22 соединен с входом второго цифро- аналогового преобразователя 23, выход второго u фpo-aнaлoгoвoгo преобразователя 23 соединен с первым

управляющим электродом 28 пьезоэлектрического трансформатора 4, а второй управляющий электрод 29 пьезоэлектрического трансформатора 4 заземлен. .

Информация между первым счетчиком 1 и цифро-аналоговым преобразователем 2, между первым счетчиком

Iи адресным регистром 8, между адресным регистром 8 и постоянным запоминающим устройством 9, между постоянным запоминающим устройством 9, блоком 10 .регистрации и блоком

I1индикации, между счетчиком 18 интервалов и схемой 21 сравнения, между блоком памяти кодовых слов 19 и схемой сравнения 21, вторым счетчиком 22 и вторым цифро-аналоговым преобразователем 23 передается в параллельном коде. Разрядность кода определяется разрядностью соответствующего блока.

В предлагаемом устройстве используют чувствительный элемент в виде пьезоэлектрического трансформатора поперечно-продольного типа, который работает в режиме параметрической генерации низкочастотных колебаний.

Режим параметрической генерации осуществляют следующим образом.

На первый и второй сигнальные электроды 26 и 27 (второй сигнальный электрод заземлен) подают гармоническое напряжение с частотой, кратной основной моде резонансных колебаний по длине пьезоэлектрического транс- форматора 4. При этом в случае, если амплитуда гармонического напряжения превьшает пороговое значение (пороговое значение амплитуды определяется геометрическими .размерами и материалом пьезоэлектрического трансформатора), пьезоэлектрический трансформатор возбуждается на одной из низкочастотных мод резонансных колебаний по длине (в случае, если частота сигнала, подаваемого на сигнальные электроды, в четыре раза

больше частоты основной моды резонан- ный регистр 8. Строб записи на син- са по длине, то происходит возбужде- хровход адресного регистра 8 постуние пьезоэлектрического трансформатора на частоте второй моды резонанса по длине). Явление параметрического возбуждения связано с образованием нестационарной границы между входной 24 и выходной 30 секциями, которая возникает здесь вследствие того, что ширина выходной секции 30 меньше ширины входной секции 24 пьезоэлектрического трансформатора 4. Наличие скачка в поперечном сечении пьезоэлектрического трансформатора является причиной того, что

в области границы между секциями воз-50 информации, записанной в адресный

никают сильные механические деформации , которые стимулируют движение доменной стенки в области границы между секциями. Подстройку резонансной частоты пьезоэлектрического ; трансформатора 4 осуществляют путем приложения постоянного смещения к первому управляющему электроду 28

относительно второго управляющего электрода 29.

Устройство работает следующим образом.

г Первый счетчик I последовательно меняет свое состояние от нулевого до единичного. Кодовая последовательность с выхода первого счетчика 1 поступает на вход первого цифро-ана-

O логового преобразователя 2 и приводит к появлению на выходе последнего ступенчатого нарастающего напряжения, которое меняет амплитуду выходного сигнала генератора возбуждения коле5 баний 3, поступающего на первый и второй сигнальные электроды 26 и 27 и -пьезоэлектрического трансформатора 4. Частота сигнала, поступающего- на сигнальные электроды с выхода гене-

0 ратора 3 возбуждения колебаний, соответствует четвертой моде резонансных колебаний по длине пьезоэлектрического трансформатора 4. Пороговое значение амплитуды сигнала, подаваемого

5 на сигнальные электроды 26 и 27, :i) при котором происходит возбуждение пьезоэлектрического трансформатора 4, определяется величиной приложенного к пьезоэлектрическому трансфор-

0 матору статического давления. Код первого счетчика 1, при котором имеет место возбуждения низкочастотных колебаний, записывается в момент возбуждения этих колебаний в адрес-.

пает с выхода порогового элемента 7, на вход которого сигнал поступает с выхода первого выпрямителя 6. Первый выпрямитель 6 осуществляет выпрямление сигнала, поступающего с выхода первого фильтра 5, который настроен на частоту второй моды резонансных колебаний по длине пьезо-

электрического трансформатора, и который фильтрует сигнал, поступающий на вход второго фильтра с выходного электрода 32 пьезоэлектрического трансформатора 4. Согласно адресной

регистр 8, производится считывание о величине приложенного усилия из постоянного запоминакяцего устройства 9, в котором закодированы нор- мировочные таблицы датчика. Информация о величине приложенного усилия поступает из постоянного запоминающего устройства 9 в блок 10 регист-

5

рации и блок 11 индикации. Сигнал обнуления поступает на первый счетчик 1 с выхода порогового элемента 7, Имрульсный генератор 12 вырабатывает корйткие высоковольтные импульсы (с длительностью 1 мкс для исключения возбуждения паразитных колебаний и с амплитудой, равной 70-8 В), Длительность уединенной волны, распространяющейся при этом в пьезоэлектрическом трансформаторе определяет резонансную частоту пьезоэлектрического трансформатора по наиболее энергетически выгодной для солитона. (уединенной волны) первой гармонике резонансных колебаний по длине Напряжение, индицируемое на выходном электроде 32, выделяется фильтром 1 4, выпрямляется вторым выпрямителем 15. Длительность уединенной волны определяется путем подсчета импульсов опорной частоты, вьфабатываемых генератором 17 опорной частоты счет чиком 18 интервалов и сравнивается с эталонным значением, которое закодировано в блоке 19 памяти кодовых слов. При равенстве измеренной длительности с эталонным значением в пределах некоторого доверительного интервала сигнала рассогласования схемой 21 сравнения не вырабатывается, на вход второго цифро-аналогового преобразователя 23 поступает код с выхода второго счетчика 22, соответствующий предыдущему циклу автоподстройки и постоянное смещени поданное на первый управляющий электрод 28, имеет значение, соответствующее предыдущему циклу автоподстройки. Отклонение измеренной длительности уединенной волны за пределы допустимого доверительного интервала, в зависимости от знака отклонения, приводит к появлеьшю на выходе схемы 21 сравнения сигналов поступающих на вход прямого или обратного счета второго счетчика 22 (зависит от знака отклонения), что в свою очередь приводит к изменению

состояния второго счетчика 22. Кодо- 50 устройство, блок индикации и блок

вая последовательность, поступающая с выхода второго счетчика 22 на вход второго ци4ч о-аналогового преобразователя 23, меняет напряжение смещения, подаваемое на управляющие электроды пьезоэлектрического трансформатора А. Автоподотройка осуществляется до тех пор, пока измеренная дли

тельность не станет равной эталонной. Синхронизацию работы устройства осуществляет задатчик 20 управляющих импульсов который вырабатывает управляющие импульсы, поступающие на вход запуска генератора 12 ударного воздействия, на управляющий вход схемы 21 сравнения, на вход первого счетчика 1. Обнуление счетчика интервалов 18 производят включением между выходом второго выпрямителя 15 и входом обнуления счетчика 18 интервалов элемента НЕ 16. Таймер 13 вырабатывает управляющие импульсы, 5 которые поступают на вход разрешения записи адресного регистра 8 в моменты выработки ударных импульсов импульсным генератором 12 и блокируют работу адресного регистра 8.

В качестве чувствительного элемента устройства используют пьезоэлектрический трйнс(}юрматор поперечно- продольного типа из керамики ЦТБС-4. Отношение ширины выходной секции к ширине входной секции равно 0,8. Сигнальные и управляющие электроды в пьезоэлектрическом трансформаторе располагаются симметрично на обеих плоскостях входной секции, ортогональных вектору поляризации. Сигнальный и управляющий электроды, площади которых равны, на каждой из плоскостей разделяет неметализованная полоса шириной 1 мм.

0

5

0

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее пьезоэлектрический

40 трансформатор, подключенный к генератору возбуждения колебаний, о т л и - чающееся ,тем, что, с целью повышения надежности и точности измерений , в него введены первый счет45 чик, первый цифро-аналоговый преобразователь, таймер, первый фильтр, импульсный генератор, первый выпрямитель, пороговый элемент, адресный регистр, постоянное запоминающее

регистрации, второй фильтр, второй , выпрямитель, элемент НЕ, счетчик интервалов, генератор опорной частоты, блок памяти кодовых слов, задатчик 55 управляющих импульсов, схему сравнения , второй счетчик и второй цифро-аналоговый преобразователь, при этом пьезоэлектрический трансформатор выполнен из пьезокерамики в ви- де пластины и имеющей две части, первая из которых имеет, ширину, большую чем ширина второй части, первая широкая часть пластины поляризована перпендикулярно боковым граням и образует входную секцию трансформатора, вторая узкая часть поляризована вдоль боковых граней и образует выходную секцию трансформатора, в входной секции перпендикулярно вектору поляризации нанесены две пары электродов - сигнальная и управляющая , а на торце выходной секции трансформатора перпендикулярно век- тору поляризации нанесен выходной электрод, при этом выход первого счетчика соединен с информационным входом адресного регистра и с входом первого цифро-аналогового преобразо- вателя, выход которого соединен с входом генератора возбуждения колебаний, связанного с первым сигнальным входом пьезоэлектрического трансформатора, выходной электрод которого соединен с входами первого и второго фильтров, выход первого фильтра подключен к синхровходу адресного регистра через последовательно соединенные первый выпрямитель и порого- вый элемент и к входу обнуления первого счетчика, выход адресного регистра подключен к индикатору и ре- 26

гистратору через постоянное запоминающее устройство, выход импульсного генератора соединен с входом генератора возбуждения колебаний и с входом таймера, выход которого соединен с входом разрешения записи а/Ц5есного регистра, выход второго фильтра соединен с входом разрешения счета счетчика интервалов и с входом элемента НЕ, выход которого подключен к входу обнуления счетчика интервалов, выход генератора опорной частоты соодинен с синхровходом счетчика интервалов и с входом задатчика управляющих импульсов, выход счетчика интервалов подключен к первому входу схемы сравнения, с вторым входом которой соединен выход блока: кодовых слов, первый выход задатчика управляющих импульсов соединен с входом запуска импульсного генератора, второй его выход - с управляющим входом схемл сравнения, а третий - с входом первого счетчика, первый выход схемы сравнения подсоединен к входу прямого счета второго счетчика, а второй ее выход - к входу обратного счета второго счетчика, выход которого соединен с входом второго цифро-аналогового преобразователя , выходом подключенного к управляющему входу пьезоэлектрического трансформатора. 28

2 77

25

Л

30

фиг.2

Составитель А.Зосимов Редактор М.Недолуженко Техред И.ПоповичКорректор С.Черни

Заказ 767/43Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

.Производственно-полигра(|ическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к измери. тельной технике и позволяет повысить надежность и точность измерений. Синхронизацию работы устройства осуществляет задатчик 20 управляющих импульсов, импульсы с которого поступают на вход запуска генератора 12 ударного воздействия, на управляющий вход схемы 21 сравнения и на вход счетчика 1. Обнуление счетчика 18 интервалов производят включением между выходом выпрямителя 15 и входом обнуления счетчика 18 интервалов элемента НЕ 16. Таймер 13 вырабаты- вает управляющие импульсы, поступающие на вход разрешения записи адресного регистра 8 в. моменты выработки ударных импульсов генератором 12 и блокируют работу адресного регистра 8. 2 ил. ш со 0Uffi