Устройство для измерения давления Советский патент 1990 года по МПК G01L7/06 

.„ Щ

Г

о

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точность измерений давления за счет введения коррекции динамической погрешности. Для этого наряду с чувствительным элементом 1, связанным посредством рычага 2 с катушкой 5 магнитоэлектрического обратного преобразователя, нуль-органом 3, усилителем 19 и резистором нагрузки 7, устройство содержит дополнительный резистор 4, компаратор 8, инвертор 9, три схемы И 10, 13, 16, два реверсивных счетчика 11 и 24, цифро аналоговый преобразователь 14, генератор 15 тактовых импульсов, делитель 17 частоты, блок 18 переключения диапазона измерения 18, блок 20 управления, блок 21 цифровой коррекции, регистр 25, блок 26 цифровой индикации, две схемы ИЛИ 12 и 22 и аналоговый индикатор 27. Устройство обеспечивает коррекцию погрешности, обусловленной колебаниями чувствительного элемента при переходных процессах, имеет автоматический и ручной выбор диапазона измерения и позволяет регистрировать как текущее, так и максимальное значения измеряемого давления. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

СП

@э

№

ОЭ

три схемы И 10, 13, 16, два реверсивных счетчика 11 и 24, цифроапалоговый преобразователь 14, генератор 15 тактовых импульсов, делитель 17 час- тоты, блок 8 переключения диапазона измерения, блок 20 управления, блок 21 цифровой коррекции, регистр 25, блок 26 цифровой индикации, две схемы ИЛИ 12 и 22 и аналоговый индика-

,

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления,

. Целью изобретения я ч пяется повышение точности иомеренмп за счет введения коррекции динамической погрешности.

На фиг, представлена структурная схема устройства для измерения давления; на фиг.2 - функциональная схема блока цифровой коррекции; на фиг,3 - функциональная схема блока занесения начального кода; на фиг,4 - функциональная схема блока пеоеключения диапазона измерения; на фиг.5 - функциональная схема блока упоавления; на фиг,6 - блок цифровой индикации; на фиг,7 - временная диаграмма работы устройства в режиме непрерывного измерения давления при автоматическом переключении диапазона измере ния; на фиг,8 - временная диаграмма работы устройства при измерении максимального значения давтения.

Устройство для измерения давления (фиг.) содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде калиброванной приемной площадки, рычаг 2S нуль-орган 3, первый резистор 4, магнитоэлектрический обратный преобразователь с катушкой 5 в зазоре постоянного магнита 6, второй резистор 7, компаратор 8, инвертор 9, первую схему И ID, первый реверсивный счетчик 11, первую схему ИЛИ 12, вторую схему И 139 цифроаналоговый преобраз ватель (ЦАП) 14, генератор 15 тактовых импульсов, третью схему И 16, делитель 17 частоты, блок 8 переключения диапазона измерения, усилитель 19, блок 20 управления, блок 2 цифровой коррекции, вторую схему ИЛИ 22, блок 23 занесения начального кода3 второй реверсивный счетчик 24,

тор 27, Устройство обеспечивает коррекцию погрешности, обусловленной ко- небаниями чувствительного элемента при переходных процессах, имеет автоматический и ручной выбор диапазона измерения и позволяет регистрировать как текущее, так и максимальное значения измеряемого давления. 4 з.п. ф-лы, 7 ил,

20

25

30

35

55

40

45

регистр 25, блок 26 цифровой индикации и аналоговый индикатор 27 .

Блок 21 цифровой коррекции (фиг,2) содержит реверсивный счетчик 28, первую схему И 29, схему 30 задержки, вторую схему И 31, регистр 32 и формирователь 33 ,

Блок 23 занесения начального кода (фиг.З) содержит триггер 34, схему ИЛИ 35, задатчик 36 кода и блок 37 схем 2И-ИЛИ.

Блок 18 переключения диапазона измерения (фиг, О содержит две схемы И 38 и 39, формирователь 40, два триггера 4 и 42, две схемы ИЛИ 43 и 44, два тумблера 45 и 46, семь резисторов 47-53, усилитель 54, коммутатор 55, схему 56 задержки и переключатель 57,

Блок 20 управления (фиг.5) содержит одновибрат р 58 s триггер 59, первую схему ИЛИ 60, первую схему И 61, два формирователя 62 и 63, кнопку 64, два тумблера 65 и 66, два резистора 67 и 68, конденсатор 69, третий формирователь 70, вторую схему ИЛИ 71, вторую схему И 72, второй и третий триггеры 73 и 74,

Блок 26 цифровой индикации (фиг.6) содержит светодиод 75, резистор 76, блок дешифраторов 77 и 78 и блок цифровых индикаторов 79 и 80,

Счетчики 11 (двоичный) и 24 (двоично-десятичный) работают параллельно, значение кода счетчиков пропорционально измеряемому давлению. Переключением тумблера блока 20 управления задается режим работы ( режим непрерывного измерения давления либо его максимального значения). Переключение диапазона измерения (ручное или автоматическое) задается тумблерами блока 18.

Устройство для измерения давления работает следующим образом.

В исходном состоянии реверсивные счетчики 11, 24 и 28 сброшены сигналом Сброс (фиг,7а), который выра

батывается на третьем выходе блока 20 управления при включении напряжения питания. На выходе ЦАП & в исходном состоянии напряжение равно нугао и ток с выхода 6 блока 18 через обмотку 5 не протекает.

Под действием давления (струи газа) , действующего на чувствительный

фиг.7), реверсивный счетчик 28 переводится в режим вычитания, а его содержимое делится на два, для чего он сначала переписывается по стробу (фиг.7ж) в регистр 32, а затеи со сдвигом на один разряд опять заносится по сигналу занесения (фиг,7з) в реверсивный счетчик 28. Далее реве сивные счетчики 11 и 24 работают в режиме сложения, а реверсивный счетчик 28 - в режиме вычитания, В момент, когда реверсивный счетчик 28 приходит в нулевое состояние, ведает

элемент 1, рычаг 2 отклоняется и ера- 15 ся сигнал строба (фиг.7и), осущестбатывает нуль-орган 3, что приводит к появлению на выходе компаратора 8 высокого уровня напряжения (фиг.76), При нажатии кнопки Пуск блока 20 управления на его первом выходе формируется импульс (фиг,7в), который устанавливает триггеры 59 (фиг.7г) и 74 (фиг,7д) и сбрасывает триггер 73 (фиг.7е). Триггер 42 блока 18 переключения диапазона измерения сброшен в нуль, что соответствует первому диапазону измерения (включен ключ 1 коммутатора 55).

Импульсы с выхода генератора 15 тактовых импульсов поступают на тактовый вход десятичного реверсивного счетчика 24 и через делитель частоты 17 на десять на тактовый вход двоичного реверсивного счетчика 1, На выходе ЦАП 14 нарастает напряжение и в обмотку 5 поступает ток, заставляющий рычаг 2 перемещаться против приложенного усилия.

В момент срабатывания нуль-органа 3 на выходе компаратора 8 появится напряжение низкого уровня (фиг.7б). Это приводит к сбросу триггера 74, установке триггера 73 блока 20 управления и переводу реверсивных счетчиков 11 и 24 в режим вычитания. Момент t, (фиг. 7) соответствует пере- компенсации за счет инерции магнитоэлектрического обратного преобразователя.

Сигнал с четвертого выхода блока 20 управления разрешает прохождение импульсов на тактовый вход реверсивного счетчика 28 блока 21 цифровой коррекции, работающего в режиме слежения .

Когда второй полупериод колебания рычага 2 заканчивается, на выходе компаратора 8 опять появляется напряжение высокого уровня (момент t2 на

вляющий перепись информации с реверсивного счетчика 24 на выходной регистр 25. Результат измерения с регистра 25 поступает в блок 26 цгфро-

20 вой индикации и представляет собой значение, соответствующее точному переходу рычага 2 через нейтральное положение. Дальнейшее измерение происходит аналогично описанному.

25 Если код на выходе ЦАП 14 превыша ет заданное значение, срабатывает схема И 13, триггер 42 блока 18 пере ключения диапазона измерения устанав ливается в единицу, изменяя коэффи-

30 циент усиления усилителя 54 за счет переключения резисторов 49 и 50 в цепи его обратной связи в К (напри мер,; в 10) раз. Одновременно в реверсивные счетчики 11 и 24 заносится

jc начальный код, соответствующий данному диапазону измерения. При этом в двоично-десятичный реверсивный счетчик 24 занесение кода и его сброс происходит по стробу занесения (пер-

4Q вый управляющий вход счетчика), но на входы установки с выходов блока 23 занесения начального кода подключается заданный код или нуль.

Если и на втором диапазоне измере-

45 ния код превышает заданное значение, срабатывает триггер 41 переполнения, и срабатывает триггер 59, Этот сигнал индицируется светодиодом блока 26 цифровой индикации. На втором выходе

50 блока 20 управления появляется нулевой сигнал, который запрещает прохождение тактовых импульсов через схему И 16, и работа устройства заканчивается.

55 В режиме регистрации максимального значения давления (фиг.8) включают тумблер 65 блока 20 управления. При этом работа устройства аналогична описанной, но при появлении сигнала

фиг.7), реверсивный счетчик 28 переводится в режим вычитания, а его содержимое делится на два, для чего оно сначала переписывается по стробу (фиг.7ж) в регистр 32, а затеи со сдвигом на один разряд опять заносится по сигналу занесения (фиг,7з) в реверсивный счетчик 28. Далее реверсивные счетчики 11 и 24 работают в режиме сложения, а реверсивный счетчик 28 - в режиме вычитания, В момент, когда реверсивный счетчик 28 приходит в нулевое состояние, ведает-

вляющий перепись информации с реверсивного счетчика 24 на выходной регистр 25. Результат измерения с регистра 25 поступает в блок 26 цгфро-

20 вой индикации и представляет собой значение, соответствующее точному переходу рычага 2 через нейтральное положение. Дальнейшее измерение происходит аналогично описанному.

25 Если код на выходе ЦАП 14 превышает заданное значение, срабатывает схема И 13, триггер 42 блока 18 переключения диапазона измерения устанавливается в единицу, изменяя коэффи-

30 циент усиления усилителя 54 за счет переключения резисторов 49 и 50 в цепи его обратной связи в К (напри мер,; в 10) раз. Одновременно в реверсивные счетчики 11 и 24 заносится

jc начальный код, соответствующий данному диапазону измерения. При этом в двоично-десятичный реверсивный счетчик 24 занесение кода и его сброс происходит по стробу занесения (пер-

Q вый управляющий вход счетчика), но на входы установки с выходов блока 23 занесения начального кода подключается заданный код или нуль.

Если и на втором диапазоне измере-

5 ния код превышает заданное значение, срабатывает триггер 41 переполнения, и срабатывает триггер 59, Этот сигнал индицируется светодиодом блока 26 цифровой индикации. На втором выходе

0 блока 20 управления появляется нулевой сигнал, который запрещает прохождение тактовых импульсов через схему И 16, и работа устройства заканчивается.

5 В режиме регистрации максимального значения давления (фиг.8) включают тумблер 65 блока 20 управления. При этом работа устройства аналогична описанной, но при появлении сигнала

-ja выходе б,лока 21 цифровой коррекции (фиг.8и), на выходе схемы И 61 появляется сигнал, сбрасывающий триггер 59 работы (Фиг.8г) блока 20 управле- иия.

При ручном переключении диапазона измерения в блоке 18 тумблер 45 включен и триггер 42 диапазона устанавливается в заданное состояние принуци- телыю тумблером 46, Дополнительно переключение шкалы может быть осуществлено переключателем 57,

Для повышения точности отсчета емкость реверсивных счетчиков 24 и 28 больше емкости реверсивного счетчика 11 в Д раз, где Д - коэффициент пересчета делителя 17 частоты.

Таким образом, благодаря введению цифровой -коррекции повышается ность измерений давления,, Преимуществами устройства являются также автоматический и ручной выбор диапазона измерения, представление информации одновременно в аналоговом и цифровом видах, возможность регистрации как текущего, так и максимального значений измеряемого давления или усилия,

Фо рмула изобретения

0

0

5 0 5 0 5

ного напряжения, первый вход блока переключения диапазона измерения, вторые управляющие входы первого и второго реверсивных счетчиков и третий вход блока управления соединены с выходом компаратора, который через инвертор подключен также к первому входу первой схемы И, второй вход и выход которой соединены соответственно с выходом переноса первого реверсивного счетчика и первым входом первой схемы ИЛИ, четвертый информационный вход первого реверсивного - счетчика соединен с клеммой положительного потенциала источника напряжения, а его остальные информационные входы соединены с общей шиной, первый управляющий, тактовый и сбросовый входы первого реверсивного счетчика соединены соответственно с четвертым выходом блока переключения диапазона измерения,, выходом делителя частоты и вь ходом первой схемы ИЛИ, - информационные выходы первого реҐер- сивного счетчика соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, а четыре старших разряда соединены также с соответствующими четырьмя входами второй схемы И, второй, третий и четвертый входы и второй выход блока переключения диапазона измерения соединены соответственно с выходом второй схемы И, выходом цифроаналогового преобразователя, первым выходом и первым входом блока управления, первый третий, четвертый, пятый и шестой выходы блока переключения диапазона измерения соединены соответственно с первым входом блока цифровой индикации, первым входом второй схемы ИЛИ, первым входом блока занесения начального кода, первым управляющим входом регистра и через резистор нагрузки с первым выводом катушки магнитоэлектрического обратного преобразователя, второй вывод которой соединен с общей шиной,, выход цифроаналогового преобразователя соединен также с входом усилителя, выход которого соединен с входом аналогового индикатора, первый и второй входы третьей схемы И соединены соответственно с выходом генератора тактовых импульсов и вторым выходом блока управления, первый выход которого соединен с третьим входом первой схемы ИЛИ, вторым входом делите-

91

ля частоты и вторыми входами блока занесения начального кода и второй схемы ИЛИГ третий выход блока управления соединен с вторым входом первой схемы ИЛИ и с третьими входами второй схемы ИЛИ и блока занесения нчального кода, четвертый, пятый, шестой и седьмой выходы и второй вход блока управления соединены COOT ветственно с третьим, первым, пятым и четвертым входами и выходом блока цифровой коррекции, выход которого соединен также с вторым управляющим входом регистра и (п+2)-м входом блока цифровой индикации, выход третьей схемы И соединен с первым входом делителя частоты, вторым входом блока цифровой коррекции и тактовым входом второго реверсивного счетчика, первый управляющий} информационные входы и выходы второго реверсивного счетчика соединены соотвественно с выходом второй ИЛИ, выходами блока занесения начального кода и информационными входами регистра, а выходы регистра соединены с вторым - (п+1)-м входами блока цифровой индикации и являются также выходными шинами устройства,

3,Устройство по пп.1 и 2, о т л и чающ,ееся тем, что в нем блок занесения начального кода содержит

юю

юипер, зацатчик кода, схему lL J.1 и блок схем 2И-1ШП, причем установочный вход триггера, первый и второй ,. входы схемы ИЛИ являются, соответственно, первым, рторчм и третьим ихорами блока занесения начального кода выход схемы ИЛИ соединен со сбросовы входом триггера, прямой и инверсный выходы триггера соединены соответственно с вторыми и четвертыми яхо- дами схем 2И-ИЛИ, первые и треты- входы которых соединены соответственно с выходами задагчнка кода и общей шиной, а выходы схем 2П-НЛИ являются выходами блока занесения начального коца.

, Устрогстко ьо иг, 1-3, о т л и - ч ю гц е е с я ч го л нем о.чск переключения диапазона из.сре. пч со - держит две схемы П5 д;:е II. il. формт-:розател1.5 два тр-;ггсоа. cev-L. з сторрв, два туолер, ус .п с г-, коммутатор, схему задержки и г. к чочатель 5 причем гервге и второе ; -:олы первой т; вгог.и. схем :1 обт-г Н непь и являются ьерБьп и згоркм входами блока переключение га п.с зеяа измерения, вход уен. Ч-п ел - резистор соединен с третьим зходэм о., о - ка, объединенные сбросовый г-ход первого триггера и первый вход первой схемы ИЛИ являются четвертым PXGJ,O блока, обннй контакт псрзох о IVMOJU - pa соединен с клеммой положигельнс о потенциала источника п:шгг. ения , с: о нормально разомкну1ый контакт соединен с общим контактом второго лсра, нормально замкнутый я pd ;оьтчу тый контакты которого соединены с вторь ы входами СООТРОгс венло первой и второй схем ИЛИ и через второй и третий резисторы - с шиной, установочный и сбросовый входь1 второго гр:п гера соединены соответственно с выходами второй и первой схем . ИЛИ, прямой выход первого триггера, объединенные выход второй схемы И и установочный вход первого триггера и выход схем.: задержки являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока переключения диапазона измерения, объединенные выход первой схемы и и вход формирователя являются че вертым выходом блока, объединенные прямой выход второго триггера, третий вход второй схемы И и четвертый вход коммутатора чвля-. ются пятым выходом бпока, общий кок-

и15

такт переключателя является шестым выходом Сщока, выход формирователя соединен с входом схемы задержки и первым входом второй схемы ИЛИ, инверсный выход второго триггера соединен с третьим входом первой схемы И и вторым входом коммутатора, первый и третий входы которого соединены с входом усилителя, а первый и второй выходы через четвертый и пятый резисторы соответственно соединены с выходом усилителя, который через шестой и седьмой резисторы соответственно соединен с первым и вторым контактами переключателя,

5,Устройство по пп.1-45 отличающееся тем, что в кем блок управления содержит одновибратор, три триггера, две схемы ИЛИ, цве схемы И, три формирователя, кнопку, два тумблера, два резистора и конденсатор причем первый иход первой схемы ИЛИ, объединенные не рвый вход первой схемы И и второй вход второй схемы ИЛИ, объединенные входы первого и второго формирователей являются соответственно первым, вторым и третьим входами блока.управления, общий контакт кнопки соединен с клеммой положительного потенциала источника напряжения, а ее нормально разомкнутый контакт соединен с входом одновибратора, выход которого соединен с установочным входом первого триггера и первым входом второй схемы ИЛИ и является первым выходом блока управления,

5

0

5

0

5

прямой выход первого триггера объединен с первым входом второй схемы И и является вторым выходом блока управления, выход третьего формирователя объединен с третьим входом первой схемы PLTIH и является трегьим выходом блока управления, прямой выход второго -риггера, прямой и инверсный выходы третьего триггера и объединенные выход второй схемы И и сбросовый вход третьего триггера являются соответственно четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами блока управления, общие контакты первого и второго тумблеров соединены соответственно с дьумя клеммами положительного потенциала источника напряжения, разомкнутый контакт первого тумблера через первый резистор соединен с общей шиной и непосредственно с вторым входов первой схемы И, выход которой соединен с вторым входом первой схемы ИЛИ, выход которой соединен со сбросовым входом первого триггера, разомкнутый контакт второго тумблера через второй резистор соединен с входом третьего формирователя, который через конденсатор соединен также с общей тиной, выход первого формирователя соединен с установочным входом второго триггера, выход второ- 10 формирователя соединен с вторым входом второй схемы И, а выход второй схемы ИЛИ соединен со сбросовым входом второго и установочным входом третьего триггеров,

Вх.2

45

-CZH Фиг.4

Вьае.1

52 51 Вьаг.5

8ш.6

+U %

-v-

Фиг 1

ж 3 и

Фиг &