Устройство для измерения давления Советский патент 1989 года по МПК G01L9/10 

(pcfa

20

25

30

Изобретение относится к измериельной технике, в частности к устойствам для измерения давления с поощью дифференциально-индуктивных .:

атчиков.

Цель изобретения - повьппение точости измерения.

На фиг.1 изображена функциональая схема пре1длагаемого устройства; а фиг.2 - передаточные характеристии устройства.

Устройство содержит управляемый енератор 1 переменного напряжения, перационные усилители 2 и 3, в об- -tS атную связь которых включень: обмоти дифференциально-индуктивного датика 4, дифференциальный усилитель где фазочувствительный Демодулятор 6, ильтр 7 нижних частот, сумматор 8, ходы которого соединены с выходами ильтра нижних частот и источника 9 порного напряжения постоянного тоа, а его выход - с управляющим входом управляемого генератора, и регистратор (не показан).

Дифференциально-индуктивный датчик 4 давления содержит мембрану и два П-образньк сердечника с обмотками.

Принцип действия устройства основан на формировании передаточной характеристики измерительного преоб разователя с такой нелинейностью, которая по своему характеру обратна з5 нелинейности функции преобразования дифференциально-индуктивного датчика.

Устройство работает следующим образом.40

Выходной сигнал генератора 1, амплитуда Up которого изменяется в соответствии с управляющим сигналом Ua, поступает на входы двух операционных усилителей 2 и 3 с обмот- 45 ками дифференциально-индуктивного датчика 4 в обратной связи. Под действием измеряемого давления Р мембрана датчика прогибается, вследствие чего изменяется воздушный зазор между мембраной и сердечниками и, как следствие этого, изменяются значения полных сопротивлений обмоток датчика. Ввиду малых значений прогибов мембраны изменением активных состав- 55 ляющих полных сопротивлений обмоток датчика в первом приближении можно пренебречь. Таким образом, в результате воздействия измеряемого давлеПИЯдатч на Д е шает ция инду

- f(

10 лине устр напр ния дующ

обр

где

ft

50

то

что (К изм на, ней тел ти

ной рит тел Tte рак осу рит ной сац зов изм пол Она кот ции

-tSгде

15672

ПИЯ индуктивность одной из обмоток датчика увеличивает свое значение на ДЬ, а индуктивность другой - умень- е шает на такое же значение, т.е. функция преобразования дифференциально- индуктивного датчика имеет вид Д L

- f(P).

С учетом изложенного, для случая 10 линейного преобразования прямой цепи устройства зависимость выходного напряжения Ug,OT изменения значения индуктивности /ль имеет следующий вид:

2oi. &L-Ur

)

(О

где

oi, - коэффициент передачи прямой цепи.

Так как при введении в устройство обратной связи (ОС)

Up S(|3- Uo+.Uab,,),

где S - крутизна характеристики управления генератора 1; и - значение опорного напряжения источника 9 постоянного тока;

ft и - коэффициенты, передачи сумматора 8 для напряжений Uj,

5

0

5 5

и и

вых

соответственно,

что

и

вых

0

то из (1) следует,

.b§y° (2)

1 - 2otJ-uLS

Анализ выражения (2) показьшает, что при отсутствии обратной связи (К - 0) передаточная характеристика измерительного преобразователя линейна, при введении ОС ( J О) - нели-f нейна. При этом для случаев положи- , тельной ОС ( у О) график зависимости U f (u.L) расположен вьше линейоЬ Х

ной передаточной характеристики измерительного преобразователя, отрица-- тельной ОС ( J -с О) - ниже (фиг. 2), Tte. линеаризация передаточной характеристики устройства может быть осуществлена путем введения в измерительный преобразователь отрицатель- ной (положительной) обратной связи. Необходимо отметить, что компенсация нелинейности функции преобразования датчика во всем диапазоне изменения преобразуемого давления полностью произведена быть не может. Она возможна лишь в одной точке, в которой, например, нелинейность функции преобразования максимальна.

3

Обозначив К 2etS, что ЛЬ f(P), можно перейти к характеристике преобразований предлагаемого устройства в целом:

и

вых

K /5Uof (Р) Т- к7(Р)

Предположим, что характеристика преобразования предлагаемого устройства, тописьшаемая выражением (3), имеет максимальную нелинейность в точке, соответствующей середине диапазона изменения преобразуемого давления Р. Для компенсации нелинейности в указанной точке, т.е. обеспечения принадлежности этой точки линейной характеристике преобразования, проходящей через точки, соответствующие нулевому и конечному значениям изменениям преобразуемого давления Р, необходимо выполнение условия

(Рм).. Рд

(p) (o,5 р;.)

где Р,

- номинальное конечное) значение преобразуемого давления

Из

Р. выражения

(4) определяем

1 Г 2 1 1

S к f (Рц) f (оТзрн)J

(5)

При проектировании в соответствии с изложенным методом устройства для измерения давления в диапазоне от О до 4 атм., работающего с серийно выпускаемым отечественной промьпплен- ностью дифференциально-индуктивным .

Составитель В.Ульянов Редактор А.Ревин Техред А.Кравчук

1А51567

датчиком, функция преобразования которого имеет погрешность линейности 0,8% ив первом приближении описывается выражением f(X) 7,6210 г.-в. „-Z.

Х-

(5) , рава,

10

15

20

25

чея

30

35

40

- 3 10 X в соответствии с бьш определен коэффициент ный 5-10 . Погрешность предлагаемого устройства от нелинейности его передаточной характеристики при этом уменьшается до 0,1%.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее генератор переменного напряжения с управляющим входом, два операционных усилителя, дифференциальный индуктивный датчик дав- ления, дифференциальный усилитель, фазочувствительный демодулятор и , фильтр нижних частот с регистратором, причем генератор выходом подключен к управляющему входу демодулятора и к входам операционных усилителей, в цепи обратной связи которых включены обмотки дифференциального датчика давления, а выходы операционных усилителей через дифференциальный усилитель и фазочзгвстви- тельный демодулятор подключены к входу фильтра нижних частот, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности, в него введены источник опорного напряжения и сумматор, входы которого соединены с выходами фильтра нижних частот и источника опорного напряжения, а его выход - с входом управления амплитудой выходного сигнала генератора переменного напряжения.

Cutt Корректор Н.Король