Устройство для измерения давления Советский патент 1991 года по МПК G01L9/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит корпус 1 , в котором установлены жесткая входная мембрана 2 с центральным заземленным 3 и кольцевым периферийным 4 электродами и тонкая мембрана 5 с центральным 6 и двумя кольцевыми 7 и 3 электродами. Электрод 4 электрически соединен с инверсным входом операционного усилителя 9, электрод 7 - с его выходом, который через сопротивление

R, с

а электрод 3 через конденсатор

R,, соединен с ин о и сопротивление к. соединен версным входом операционного усили- , теля 10 сравнивающего устройства (СУ), выход которого соединен с фазо- чувствительным демодулятором 11 (ФЧД), выходное напряжение которого складывается с опорным напряжением S0 источника 15 и поступает на вход преобразователя напряжение - частота 13 (ПНЧ). Выход ПНЧ соединен с триггером (ТГ) 14, причем выход триггера соединен с наружным кольцевым электродом 8 компенсирующей мембраны и с управляющим входом формирователя импульсов 16 стабильной длительности и амплитуды, выход которого соединен с центральным электродом 6 компенсируюф со

со ю

оо

J163

щей мембраны. Вход формирователя 16 соединен с выходом источника 15 об- образцового напряжения U0. Электроды 3 и 4 образуют электростатический компенсатор, 7 и 4 - емкостный датчик перемещения, 3 и 4 - опорный конденсатор CQ.

Предлагаемый манометр работает следующим образом.

При отсутствии измеряемого давления (Г 0) на выходе ПНЧ 13 от U ,„, формируются импульсы начальной

оп

частоты

в соответствии с кото

рой создаются управляющие формирова- телем 16 импульсы постоянной длительности t0, которые также через триггер 14 осуществляют питание симметричными импульсами частотой fd/2 емкостного делителя напряжения. Емкостной делитель напряжения (гиперболическая цепь) образован конденсатором постоянной емкости CQ между электродами 4 и 3, а также измерительным конденсатором Су между электродами 4 и 7. Первый включен на вход, второй - в цепь обратной связи операционного усилителя 9 с целью коррекции по постоянному току {не показан). Конденсатор С0 размещен вблизи заделки под- вижной части манометра, поэтому,как показывают расчеты, его емкость практически нечувствительна к изменениям входной величины.

Напряжение на выходе операционно

го усилителя Ux U0 С„/СА сравнивается с напряжением U на выходе разделительной емкости Ср посредством масштабных сопротивлений, относящихся как R,,/R2 CO/GXO где Схо - значение емкости измерительного конденсатора при РЈ 0. При Рх 0 на выходе сравнивающего устройства ДП 0, при этом выходная частота равна f.

Lo

ХО

а компенсирующее давление

-1°- 4- «

уравнивается, например, предварительной деформацией мембраны 5,обеспечивая начальный зазор ofl.

При наличии измеряемого давления, например Р 0, зазор д конденсатора Сх уменьшается на величину х и амплитуда выходного напряжения Ux усилителя 9 уменьшается U x

U

Ј3

напряжений

IVCo ,Пч

-р-75- (QO х) Разность амплитуд

преобразуется

Ч и их

Q

0

5 ,.

сравнивающим устройством 10 и демодулятором 11 в напряжение постоянного тока UU и далее, суммируясь к иоп, с помощью ПНЧ 13 преобразуется в частоту следования импульсов f.. Kf - U, при этом компенсирующее давление

Рг

р tfi , Ло Рк2$г Ч

уменьшается на величину 60

(fв - f)

UP, к рк

Uo2

- Р

Ко

-оX

V - Ј If- 4х Г2 со гх

°0

компенсирующую измеряемое давление с точностью погрешности системы уравновешивания .

Тогда измеряемое давление пропорционально выходной частоте и выражается

Рг

-оUo

рх

f Г с

Погрешность чувствительности предлагаемого манометра

k feo+ 2 + ft0-2RПервую часть Г + 2jJfUo + У можно обеспечить менее 0,01%, это значит, что погрешность манометра будет, в основном, определяться нестабильностью величины зазора 04 , которая не будет превышать нескольких сотых долей процента.

Начальной частоте ЈQ (при отсутствии измеряемого давления) соответствует начальный прогиб компенсирующей мембраны 5, обусловленный силами притяжения пластин 3 и 6, компенсируемый, как отмечено выше, предварительной деформацией мембраны 5.

Расчеты показывают, что если опорный электрод конденсатора Со занимает 20% площади мембраны, то погрешность линейности при наибольшей деформации мембраны составит не более единиц процентов. В режиме компенсации она снижается в К 10 раз. Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее датчик давления, состоящий из корпуса, в котором устанрвле- ны измерительная и компенсирующая мембраны, и измерительную схему,сос-1

тоящую из усилителя и демодулятора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены схема сравнения, сумматор, преобразователь напряжения в частоту, источник стабилизированного напряжения и формирователь импульсов стабильной длительности и амплитуды, при этом на измерительной мембране размещены первый центральный электрод и первый кольцевой электрод, а на компенсирующей мембране - второй центральный электрод напротив первого центрального электрода, а также второй и третий кольцевые электроды, установленные напротив первого кольцевого электрода,причем первый центральный электрод заземлен, первый кольцевой электрод соединен с входом усилителя, выход ко1328

торого соединен с вторым кольцевым электродом и первым входом схемы сравнения, подключенной своим выходом к первому входу сумматора,соединенного с преобразователем напряжения в частоту, выход которого подключен параллельно к входу триггера, к входу формирователя импуль10 сов и к выходу устройства для измерения давления, при этом выход триггера соединен с третьим кольцевым электродом, с вторым входом схемы сравнения и с управляющим входом

15 демодулятора, а выход источника стабилизированного напряжения подключен к цепи питания триггера, к второму входу сумматора и цепи питания формирователя импульсов, выход которо20 Го подключен к второму центральному электроду.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения давлений. Целью изобретения является повышение точности. Цель достигается тем, что на измерительной мембране 2 выполнены заземленный центральный 3 и периферийный кольцевой 4 электроды, а на компенсирующей мембране 5 - центральный 6 и два кольцевых 7 и 3 электрода, в схему измерения введены формирователь 16 импульсов напряжения стабильной амплитуды и длительности и преобразователь 13 напряжения в частоту с триггером 14 на выходе. При увеличении давления изменяется емкость между электродами 4 и 7, что приводит к увеличению напряжения на первом входе схемы 10 сравнения и увеличению частоты на выходе преобразователя 13 напряжения в частоту, соответственно этому увеличивается скважность импульсов и возрастает эффективное компенсирующее давление, создаваемое электродами 3 и 6. 2 ил. (Л

3 Р

Si A U J/1

фие i

фиг 2

Составитель А.Зосимов Редактор И.Сегляник Техред л.Сердюкова

Заказ 536

Тираж 355

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Корректор М.Максимишинец

Подписное