Устройство для измерения перепада давлений Советский патент 1990 года по МПК G01L9/18 

Изобретение относится к информаци- онно-измерительной технике, в частности к измерителям давления с деформа- ционным (сильфонным, мембранным) преобразователем.

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширения области применения путем обеспечения работы электрокинематического преобразователя давлений на постоянном потоке измеряемой среды.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - времен- ные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства измерения перепада давлений.

Устройство (фиг, 1) состоит из сильфонного преобразователя 1 перепа- да давлений, содержащего корпус 2, разделенный пористой перегородкой 3 с токосъемными электродами 4 .и силь- фонами 5. на входные К1 , К4 и рабочие К2, КЗ камеры, объем последних пар из которых, замкнутый сильфонами 5, заполнен полярной жидкостью 6 в качестве рабочей, и патрубки 7, соединяющие входные камеры с потоком, в котором измеряется давление управляемого клапана 8, установленного между патрубками 7, и функционально взаимосвязанных усилителя 9, селектора 10 полярности импульсов, схемы 11 запоминания, дифференциатора 12, нуль- органа 13, формирователей 14, 15 импульса, блока 16 управления и измерительного устройства 17.

Устройство измерения перепада давлений работает следующим образом.

В исходном состоянии клапан 8, который в зависимости от рода потока измеряемой среды может быть электро-, пневмо-, гидроклапаном, открыт и шунтирует электропрокинетический преобразователь (ЭКП), В этом случае во входных камерах К1 и К4 давления одинаковые, т.е. Рх, РХг. так1 как гидравлическое (или пневматическое)

сопротивление шунтирующего канала с клапаном 8 пренебрежимо мало.

Управление схемой измерителя осуществляется блоком управления 16. По сигналу Пуск блока 16 (фиг. 26) клапан 8 закрывается и благодаря интегрирующему свойству системы патрубок 7 - камера К1 (или К4) измерителя к дифференциальным входам ЭКП подводится импульсный перепад давления , определяемый разностью статических давлений Р Х1 и Pxi измеряемого потока вещества. Под действием давления АРХ жидкость перетекает через пористую перегородку 3 до прекращения движения сильфонов 5 и на электродах 4 возникает потенциал течения Ех (фиг. 2в), определяющий измеряемое давление. Одновременно появляется упругая реакция сильфонов 5, противодействующая измеряемому давлению и в течение некоторого времени приводящая К исчезновению этого потенциала. При этом по мере развития давлений потопа, поступающего в камерах Kl и К4 до предела значений РХ1 и Р в объекте измерения, потенциал Е. изменяется по линейно нарастающему закону, а при их постоянстве - по падающему во времени экспоненциальному закону, т.е на выходе ЭКП перепада давлений возникает потенциал Е4 практически треугольной формы (фиг. 2в), максимальное значение изменения которого пропорционально измеряемому перепаду давлений Рц.

Токосъемные электроды 4 ЭКП подключены к входу электронного усилителя 9, предназначенного для согласования высокоомного внутреннего сопротивления ЭКП с внешней электрической цепью. Измеряемое выходное напряжение E.J. через усилитель 9, селектор 10 поступает на схему запоминания (экстремум-детектор) 11, выполненную на основе интегратора, который преобразует амплитуду импульса Е в пропорциональный уровень постоянного потенциала. В схеме 12 формирование уровня постоянного потенциала происходит при линейном заряде емкости до величины измеряемого импульса, которая запоминается на время, необходимое для полного цикла измерения. Этот запомненный аналоговый сигнал подается на высокоомный вход измерительного устройства 17, градуировка которого может быть выполнена в единицах давления, до тех пор, пока схема И не получит новую информацию.

Функциональным назначением селектора 10 является выделение импульсных сигналов Е± и Е биполярного потенциала (фиг. 2в) которые, проходя по соответствующим цепям через преобразующие блоки, т.е. дифференциатор 12, формирователь 15 прямоугольного импульса, нуль-орган 13 и формирователь 14 прямоугольного импульса, поступают в блок 16 управления. На схеме дифференциатора 12 формируется дву- полярный импульс (фиг. 2г), момент изменения полярности которого фиксируется с помощью нуль-органа 13 (фиг. 2д), соответствующий моменту достижения потенциалом схемы запоминания 11 уровня Ех (фиг. 2е). Сигнал с выхода нуль-органа 13 запускает блок управления 16 (фиг. 2ж) в течение цикла измерения, в промежутке времени которого исключается возможность разряда емкости через выходные электрические цепи преобразователя 1.

Под действием сигнала отрицательной полярности от дифференциатора 12 (фиг. 2г) на выходе формирователя 14 образуется прямоугольный импульс воздействия (фиг. 2з), поступающий в блок управления 16, задний фронт (спад) которого соответствует моменту прекращения движения сильфонов 5, свидетельствуя, что отсутствует потенциал течения преобразователя 1.

После того как сильфоны 5 заняли новое равновесное динамическое состояние, управляемый клапан 8 по сигналу блока управления 16 (фиг. 2к) открывается, вследствие чего сильфоны 5 из-за упругих сил по истечении некоторого отрезка времени возвращаются в исходное положение (весь переместившийся объем рабочей жидкости 6 перекачан обратно): давления в камерах К и К4 уравновешиваются, т.е. РХ РХ2« в результате на выходе

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ЭКП появляется импульсный потенциал Е,.(фиг. 2в) отрицательной полярности. За время образования спада отрицательного импульса Е, соответствуо- щего исходному состоянию сильфона 5, на выходе формирователя 15 возникает прямоугольный импульс (фиг. 2д), который подводится на вход блока управления 16. Под воздействием заднего фронта этого импульса блок управления 16 вырабатывает сигналы, действием которых экстремум-детектор 12 сбрасывается в нулевое положение путем стирания запомненного информационного потенциала, для чего его выход замыкается на корпус и клапан 8 переключается, т.е. закрывается, вызывая нарастание перепада давлений в камерах ЭКП до величины измеряемого потока. При этом снова автоматически начинается цикл измерения: измеряемый перепад давления постоянного потока Рк управляемым клапаном 8 преобразуется в давление, в-данном случае изменяющееся по трапецеидальному закону (фиг. 2а), в результате которого на выходе ЭКП давления образуется биполярный треугольный импульс (фиг. 2в), по которому с помощью внешней электрической схемы осуществляется измерение статического давления Рх. Плавное изменение давления в камерах ЭКП необходимо, чтобы точно фиксировать максимальное значение изменения уровней импульсов Е+ и Е.соответственно нуль-органом 14и формирователем импульса 16.

Таким образом, благодаря применению деформационного элечтрокинетичес- кого преобразователя с управляемым клапаном в сочетании с электронной схемой создается возможность использовать его при измерении на постоянном потоке, в результате чего исключается влияние состава, свойств и температуры контролируемой среды и поляризации электродов ЭКП на показания измерителя давления, что повышает точность измерения, а также обеспечивает стабилизацию чувствительности датчика.

Формула изобретения Устройство для измерения перепада давлений, содержащее электрокинетический преобразователь, состоящий из корпуса с подводящим патрубком, разделенного герметичной перегородкой

на две камеры - первую и вторую, причем в герметичной перегородке установлены два сильфона с образованием полости, заполненной рабочей жидкостью, в которой размещены пористые перегородки с двумя токосъемными электродами, отличающее ся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения области применения путем обеспечения работы электрокинетического преобразователя на постоянном потоке измеряемой среды, он дополнительно снабжен усилителем, селектором полярности импульсов, диф- ференциатором, нуль-органом, двумя формирователями импульсов, блоком управления и измерителем, при этом корпус преобоазователя снабжен вторым патрубком, соединенным с второй каме- рой, а между патрубками установлен

0

c 0

шунтирующий канал с управляемым клапаном, причем оба патрубка соединены с источниками измеряемых давлений, при этом электроды преобразователя через усилитель подсоединены к входу селектора полярности импульсов, первый выход которого через первый формирователь прямоугольных импульсов подключен к первому входу блока управления, второй выход через первый вход схемы запоминания подключен к входу измерителя, а третий выход селектора через второй формирователь прямоугольных импульсов и нуль-орган подключен к второму и третьему входам блока управления, при этом первый выход пульта управления подключен к входу управляемого клапана, а второй выход - к второму входу схемы запоминания.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и позволяет повысить точность измерения и расширить область применения. По сигналу "Пуск" с блока 16 управления клапан 8 закрывается и к дифференциальным входам электрокинетического преобразователя через патрубки 7 подаются измеряемые среды. Сигнал, пропорциональный перепаду давления в камерах 1 и 4, поступает через усилитель 9 и селектор 10 на схему 11 запоминания и далее на измеритель 17. На схеме дифференциатора 12 формируется двухполярный импульс, момент измерения полярности которого фиксируется нуль-органом 13 в момент достижения потенциала схемы 11 запоминания уровня EX. B MOMEHT дЕйСТВия СигНАлА ОТРицАТЕльНОй пОляРНОСТи OT диффЕРЕНциАТОРА 12 HA ВыХОдЕ фОРМиРОВАТЕля 14 ОбРАзуЕТСя пРяМОугОльНый иМпульС, пОСТупАющий B блОК 16, зАдАНий фРОНТ КОТОРОгО СООТВЕТСТВуЕТ МОМЕНТу пРЕКРАщЕНия дВижЕНия СильфОНОВ 5. B эТОТ MOMEHT КлАпАНы 8 ОТКРыВАюТСя и СильфОНы ВОзВРАщАюТСя B иСХОдНОЕ пОлОжЕНиЕ, НАчиНАЕТСя НОВый циКл изМЕРЕНия. 1 ил.

jfjatt/ nm 80/nft/f t/n

-r-

tr PgA

г

13

ib

ЗШШЗХ

П

i

tr PgA

-/ -/

-t

W