Устройство для измерения давления Советский патент 1990 года по МПК G01L9/10 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах измерения давления с цифровой обработкой данных.

Целью изобретения является повышение точности преобразования давления в цифровой код.

На фиг.1 приведена схема преобразователя давления; на фиг,2 - формы импульсов напряжения, поясняющие работу схемы.

Устройство содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциальный трансформатор 2, состоящий из двух магни- топроводов 3 и 4, на которых расположены включенные согласно первичные 5 и включенные встречно вторичные б обмотки, и якоря 7, жестко связанного с упругим чувствительным элементом, генератор 8 прямоугольных импульсов (ГИ), имеющий прямой (U) и инверсный (0) выходы, электронный ключ (Кл) 9, компаратор (К) 10, реверсивный двоичный счетчик 11, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12, источник 13 напряжения (ИН), дополнительный ключ 14. Для улучшения формы импульса вторичные обмотки зашунтированы резисторами R1 и R2.

Устройство работает следующим образом.

При включении питания ГИ 8 начинает генерировать прямоугольные импульсы - прямой импульс длительностью Тн и инверсный длительностью Т Тц - Ти, где Тц - длительность цикла, а ИН 13 выдает напряжение UH, которое поступит на управляющую цепь Кл. 2 и замкнет его.

При этом напряжение UH через Кл. 2 поступит на вход опорного напряжения ЦАП.

Инверсный импульс 0 с ГИ 8 поступает на счетный вход счетчика 11,

Прямой импульс U с ГИ 8 поступает на управляющую цепь Кл. 1-9.

Кл. 1 будет замыкаться на время Ти и на первичные обмотки 5 дифференциального трансформаторного преобразователя 2 с ИН 13 будут поступать импульсы напряжения с амплитудой UH и длительностью Тц.

При поступлении импульсов напряжения на первичные обмотки дифференциального трансформаторного преобразователя 2 на его выходе наводятся импульсы напряжения Up, амплитуда которых изменяется пропорционально перемещению якоря 7, Перемещение якоря 7 пропорционально давлению Р, под действием которого деформируется упругий чувствительный элемент 1.

Импульс напряжения Up с выхода дифференциального трансформаторного преобразователя пост} тает на вход компаратора (Вх, 1), на другой вход (Вх. 2) которого

поступает напряжение с выхода ЦАП 12, при этом на выходе компаратора будет напряжение с уровнем, равным О или 1 в зависимости от знака разности входных напряжений Up и Ua.

0 Напряжение с выхода компаратора К поступает на реверсизный.вход счетчика 11.

При поступлении на реверсивный вход счетчика напряжения, соответствующего

5 1 (Up Ua), выходной код счетчика увеличивается на единицу с приходом на счетный Вх. 1 импульса U. При этом,.так как счегчик регистрирует импульс в момент изменения напряжения импульса О от О к 1, то из0 риенение кода на единицу происходит в момент прохождения заднего фронта импульса U, соответствующего моменту прохождения переднего фронта импульса О

5Одновременно с увеличением выходного кода счетчика, являющегося входным кодом ЦАП, возрастает напряжение постоянного тока Оа на выходе ЦАП.

0 Когда Ua станет больше Up на величину приращения выходного напряжения ЦАП, соответствующую единице младшего разряда кода, на выходе компаратора будет напряжение, соответствующее О, и

5 выходной код счетчика уменьшится с приходом очередного импульса О на величину младшего разряда и, следовательно, уменьшится выходное напряжение ЦАП (Ua), которое станет меньше Up, при этом на входе

0 компаратора снова будет 1 и процесс увеличения напряжения Ua повторится. Следовательно, в установившемся режиме Р const выходное напряжение ЦАП (Ua) и выходной код устройства непрерывно со5 вершают колебания больше-меньше с размахом в единицу младшего разряда кода. Разрешающая способность преобразователя по кодовому выходу определяется разрядностью ЦАП и составляет, например, для

0 12-рязрядного преобразователя 0,025% от максимальной величины выходного кода.

Таким образом, выходное напряжение ЦАП, а следовательно, и выходной код счет- 5 чика (выходной сигнал устройства) непрерывно отслеживают амплитуду импульса Up, которая пропорциональна измеряемому давлению Р.

Нестабильность опорного напряжения (UH) не влияет на точность.

Выходное напряжение дифференциального трансформатора пропорционально напряжению на первичных обмотках

Up UH-K-P,(1)

где К - постоянный коэффициент.

Выходное напряжение ЦАП равно

Ua N UH .(2)

где N - подаваемый на вход ЦАП код.

При равновесии системы, когда Da Up, получается

Р К

т.е. давление пропорционально выходному коду и не зависит от ин

В реальном устройстве на электронном ключе 9 имеет место падение напряжения в замкнутом состоянии, которое изменяется от времени (старение) и температуры и, следовательно, напряжение питания дифференциального трансформаторного преобразователя также будет изменяться от времени и температуры, что будет вызывать погрешность в измерении давления (1). Для компенсации этой погрешности в уст- ройство введен дополнительный Кл. 14, идентичный Кл. 1 (Кл. 1 и 2 выполняются в одной микросборке на общей подложке), падение напряжения на котором изменяется так же, как и у Кл. 1. В результате введения Кл, 2 напряжение питания дифференциального трансформаторного преобразователя и опорное напряжение ЦАП изменяются одинаково, следовательно, погрешность измерения давления будет све- дена к минимуму.

Необходимость измерения амплитуды импульса Up в момент прохождения заднего фронта импульса U объясняется следующим.

При передаче импульса трансформатором происходит искажение (фиг.2) переднего фронта импульса (затягивание) и спад вершины импульса с наложением на нее высокочастотных колебаний из-за побоч- ных резонансов напряжений, определяемых наличием емкости и индуктивности рассеяния обмоток дифференциального трансформатора (на фиг.2 колебания показаны пунктиром).

В предлагаемом устройстве устранение колебаний осуществляется с помощью резисторов R1 и R2, шунтирующих вторичные обмотки 6. Величина резисторов подбирается экспериментально.

После устранения колебаний в конце импульса его вершина имеет плоский, практически горизонтальный характер.

При измерении амплитуды импульса на горизонтальном участке исключаются погрешности от нестабильности времени импульса Ти, генерируемого ГИ 8, т.е. повышается точность устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения давления, содержащее упругий чувствительный элемент, связанный с якорем дифференциального трансформаторного преобразователя, генератор прямоугольных импульсов с прямым и инверсным выходами, компаратор, первый вход которого подключен к вторичной обмотке трансформаторного преобразователя, источник напряжения, присоединенный к первичным обмоткам дифференциального трансформаторного преобразователя через ключ, цепь управления которого подключена к прямому выходу генератора прямоугольных импульсов, о т- личающееся тем, что. с целью повышения точности, в него введены реверсивный двоичный счетчик и цифроаналоговый преобразователь с входом опорного напряжения и цифровыми входами, аналоговый выход которого подключен к второму входу компаратора, вход опорного напряжения - к выходу источника напряжения, цифровые входы - к выходу реверсивного двоичного счетчика, счетный вход которого присоединен к инверсному выходу генератора прямоугольных импульсов, а реверсивный вход - к выходу компаратора.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что в нем в цепь между выходом источника напряжения и входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя введен дополнительный ключ с замыкающими контактами, вход управления которого присоединен к выходу источника напряжения.

Передний фронт

Задний Фронт

Изобретение относится к области приборостроения, может быть использовано в системах измерения давления с цифровой обработкой данных и обеспечивает повышение точности. Устройство для измерения давления содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциальный трансформаторный преобразователь 2, генератор 8 прямоугольных импульсов с прямым и инверсным выходами, компаратор 10, первый вход которого подключен к вторичной обмотке 6 трансформаторного преобразователя, источник 13 опорного напряжения. В устройство введены реверсивный двоичный счетчик 11 и цифроаналоговый преобразователь 12, аналоговый выход которого подключен к второму входу компаратора 10. Компаратор производит сравнение напряжения с выхода дифференциального трансформаторного преобразователя и с цифроаналогового преобразователя 12 и увеличивает или уменьшает код реверсивного счетчика на единицу младшего разряда. Выходом устройства является кодовый выход реверсивного счетчика. Кроме того, в цепь между выходом источника напряжения и входом опорного напряжения цифроаналогового преобразователя введен дополнительный ключ 14 с замыкающими контактами, который компенсирует изменение переходного сопротивления первого ключа, что дополнительно позволяет повысить точность устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.