Устройство для измерения высокочастотных колебаний давления Советский патент 1987 года по МПК G01L11/00 G01L7/08 

1.1

Изобретение относится к измерению меняющегося (колебательного) давления паров, газов и жидкостей, в частности к измерению высокочастотных колебаний давления в пневмогидросисте- мах.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона измерений высокочастотных колебаний давления.

На фиг 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2 - амплитудно- частотные характеристики (АЧХ) предлагаемого устройства.

Устройство для измерения высокочастотных колебаний давления в конт- ролируемом объеме 1 состоит из пьезоэлектрического акселерометра 2 и схемы усиления и преобразования, включающей усилитель 3, полосовой фильтр 4 регистратора 5 и аналоговых или цифровых анализаторов спектра 6.

Для измерения высокочастотных колебаний давления в заданном объеме виброакселерометр устанавливают на упругом элементе - мембране, выполненной за одно целое со стенкой или закрепленной в отверстии стенки объема. Размеры мембраны выбирают таким образом, чтобы с учетом присоединен- .ной массы акселерометра она имела собственную частоту в 2, 7 раза ниже наименьшей измеряемой частоты колебаний давления, например при измерении в диапазоне частот 4-16 кГц иметь собственную частоту мембраны с вибродатчиком около 1,5 кГц.

При воздействии измеряемых колебаний давления мембрана совершает колебания, эквивалентные сильным вибрациям, которые измеряются информацион но-измерительной системой с высоко- частотным виброакселерометром.

Зависимость амплитуды колебаний давления определяется выражением

ДМ.М§„ .,„(,)

м

(.-- iSДе А(а)) Р(а))

- С /fc

и);„ p%

амплитуда колебании мембраны на частоте f u)/-27i; амплитуда колебаний давления на частоте f a)/2ji; площадь мембраны; жесткость мембраны;

Wfpes

- частота собственных колебаний мембраны с акселерометром;

- декремент затухания собственных колебаний мембраны На фиг. 2 эта зависимость представлена кривой 7.

Так как сигнал виброакселерометра U(ui) пропорционален второй производной от амплитуды колебаний мембраны, то можно записать

U(u)) АМГ uj4(cJ). (2) Из выражений (I) и (2) получают формулу связи сигнала акселерометра с амплитудой колебаний давления

и, fez

Так как мы выбрали о) , то

г о

так как для механических

систем - 1, то выражение (З) упрощается до

u(u))i f):§.

м

i

откуда

ройства

P(u3)U(oJ)5---«---,

т.е. амплитуда измеряемых колебаний давления пропорциональна амплитуде измеренных виброускорений с постоянным коэффициентом в рабочем диапазоне частот.

На фиг. 2 эта зависимость представлена кривой 8.

Характер кривой показывает, что за пределами резонансного пика, обус- ловленного частотой собственных колебаний системы мембрана - акселерометр, АЧХ устройства линейна.

Систематическая погрешность уст-:

1

оО

- будет на

1

50

уровне погрешности пьезоэлектричес- ких манометров (10-15%) при условии если частота собственных колебаний системы мембрана - акселерометр в 2,7-3,4 раза меньше нижнего предела контролируемого частотного диапазон

Область значительных искажений в районе резонансной частоты мембраны может быть легко отсечена полосовым фильтром 4,, имеющего частоту среза в области l,5-l,8f (кривая 10 на 55 фиг. 2).

Как видно из фиг. 2 (кривая 9), АЧХ всей системы, являющаяся произведением АЧХ резонансной системы - кривая 8 на АЧХ полосового ф mьтpa - кривая 10 , будет равномерной в диапазоне частотой и) 1 ,8аЗ .

ej,Жесткость и масса мембраны (резонатора) выбираются таким образом, чтобы при максимальной амплитуде измеряемых колебаний давления амплитуда виброускорений составила 5000 - lOOOOg. Если жесткость мембраны подобрать трудно, вместо нее может быт использован тонкостенный стакан, на доньппке которого с внешней стороны крепится акселерометрический нибро- датчик.

лс) iu(cj)

072564

Формула изобретения

Устройство для измерения высокочастотных колебаний давления, содер- - жащее мембрану, связанную с преобразователем перемещения мембраны в электрический сигнал, усилительj подключенный к преобразователю, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, оно снабжено электрическим полосовым фильтром, включенным между выходом усилите- ля и входом регистратора, а преобразователь перемещения мембраны в электрический сигнал выполнен в виде акселерометраfO

15

Изобретение относится к измерению меняющегося .давления паров, гавов и жидкостей. Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерений. Для этого устройство содержит контролируемый объект 1, акселерометр 2, схему усиления и преобразования, включающую усилитель 3, по- лосовой фильтр 4, регистратор 5, анализатор 6 спектра. Акселерометр 2 устанавливают на упругом элементе - мембране, который совершает колебания, эквивалентные вибрациям. Ампли- -туда, Измеряемз1х колебаний давления пропорциональна амплитуде измеренных виброускорений с постоянным коэффициентом в рабочем диапазоне частот. 2 ил. с & Фиг.1

Редактор Т. Парфенова

Составитель Н, Богданова Техред В.Кадар

Заказ 1621/39Тираж 777

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор М. Демчик

Подписное