Пневмоэлектрический аналоговый преобразователь Советский патент 1992 года по МПК F15C3/04 

ключом 14 и резистором 18. В корпусе дополнительно установлена упругая мембрана 3, на которой закреплен пьезокерамический элемент 7, расположенньгй в герметичной камере 4 между двумя мембранами. Камера 5, находящаяся между корпусом 1 и вялой мембраной 2, соединена с атмосферой, а входная камера 6 расположена между корпусом 1 и упругой мембраной 3. Вход первого клапана соединен с входным каналом 10. Выход генератора импульсов 12 соединен с входами дискретного алектропнеамопреобразователя 11 и формирователи импульсов 13, выход которого связан с управляющим входом транзисторного ключа 14, информационный вход которого соединен с выходом второго электронного усилителя 16, а выход - с пьезоквраммческим элш ентом 7 и прямым входом первого электронного усилителя 15, выход которого резистор 18 связан с инверсными входами первого 15 и второго 16 электронных усилителей. Прямой вход усилителя 16 и корпус 1 преобразователя соединен с общей шиной. 1 ил.

Изобретение относится к пневмоэ- лектрическим аналоговым средствам автоматики и может быть использовано для преобразования пневматических сигналов вэлектрические. Цель изобретения - повышение точности преобразователя. Пневмоэ- лектрический аналоговый преобра1зователь содержит корпус 1, в котором установлены вялая мембрана 2 и пьезокерамический элемент 7, подключенный к прямому входу пер- 'вогоэлектронного усилителя 15, связанного выходом с выходным каналом 17, первый клапан 8, выход которого соединен с входной камерой 6 в корпусе 1 и входом второго клапана 9, соединенного выходом с атмосферой. Преобразователь также снабжен дискретным электропневмопреобразо- вателем 11с двумя взаимно инверсными выходами, подключенными к управляющим входам первого 8 и второго 9 клапанов, формирователем импульсов 13, вторым электронным усилителем 16, транзисторнымсоС^ (JSbiK.4i!^ Ю СО

Изобретение относится к пневмоэлектрическим аналоговым средствам автоматики и может быть использовано для преобразования пневматических сигналов в электрические.

Известен пневмоэлектрический преобразователь, содержащий генератор импульсов, корпус с двумя камерами, пьезоэлектрическую мембрану и упор. В одну камеру подается сигнал от генератора, другую, где расположен упор, входной сигнал. В зависимости от знака разницы сигналов генератора и измеряемого мембрана будет либо изгибаться и тогда на ней возникнет потенциал, либо ложиться на упор и разряжаться до нуляг

Недостатком указанного преобразователя является невысокая точность из-за того, что пьезокерамическая мембрана имеет значительный гистерезис, длительно изменяющийся во времени, невысокую надежность, так как происходит механический контакт мембраны и упора, что ведет к разрушению мембраны в точке контакта.

Наиболее близким к предлагаемому является пневмоэлектрический преобразователь аналоговых сигналов, содержащий корпус, в котором установлены вялая мембрана и пьезокерамический элемент, подключенный к прямому входу электронного усилителя, связани Ьго своим выходом с выходным каналом, первый клапан, выход которого соединен с входной камерой в корпусе и с входом второго клапана, соединенного своим выходом с атмосферой, и генератор импульсов.

Недостатком известного устройства является невысокая точность и стабильность преобразования. Ухудшение стабильности работы преобразователя снижает его точностные характеристики. Точность работы устройства не может быть выше точности поддержания опорного сигнала. Прилегание мембраны к пьеэокерзмическому элементу есть процесс случайный, влияюи й на точность преобразования. Пьвзокерам14ческий элемент находится в среде воздуха,

влажность которого может меняться со временем, это ведет к изменению сопротивления утечки электрического заряда элемента, что влияет на стабильность работы п юо&раэоватедя, и ведет к снижению точности,

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее входной квнал, KopnyCi в котором установлены вялая м(ембранз и пьезокерзмический элемент, подключенный к прямому входу первого электронного усилителя, связанного своим выходом с выходным каналом, первый клапан, выход которого соединен с входной

камерой в корпусе и с входом второго клапана, соединенного своим выходом с атмосферой, и генератор импульсов, снабжено дискретным электропневмопреобразователем с двумя взаимно инверсными выходами, подключенными к управляющим входам первого и второго клапанов, формирователем импульсов, вторым электронным усилителем, транзисторным ключом и резистором, а в корпусе дополнительно установлена упругая мембрана, на которой закреплен пьезокерамический элемент, расположенный в герметичной камере между двумя мембранами; При этом камера, находящаяся между корпусом и вялой мембраной, соединена с

атмосферой, а входная камера расположена между корпусом и упругой мембраной, вход первого клапана соединен с входным каналом, выход генератора импульсов соедачнен с входами дискретного злектропневмопреобразователя и формирователя импульсов, выход которого связан с управляющим входом транзисторного ключа, информационный вход которого соединен с выходом

BTOpofa электронного усилителя, а выход с пьезокерамическим элементом и с прямым входом первого электронного усилителя, выход которого через резистор связан с инверсными входами первого и второго электронных усилителей, прямой вход которого и корпус преобразователя соединены с об1цвй шиной.

Йа чертеже представлена принципиальная схема преобразователя.

В корпусе 1 установлена вялая мембрана 2 и упругая мембрана 3. образующие три камери: первую герметичную камеру 4, вторую камеру 5, соединенную с атмосферой, и входную камеру 6. На мембране 3 закреплен пьезокерзмический элемент 7. Преобразователь содержит также первый клапан 8 и второй клапан 9, причем вход клапана 8 соединен с входным каналом 10, выход клапана 8 связан с входом клапана 9 и с входной камерой 6, а выход клапана 9 сообщен с атмосферой. Управляющие входы клапанов 8 и 9 соединены с взаимно инверсными выходами дискретного электропневмопреобразователя 11, входом связанного с выходом электронного генератора 12 импульсов и входо формирователя 13 импульсов, управляющим транзисторным ключом 14, выполненным на полевом транзисторе. Выход ключа 14 и пьезокерамический элемент 7 связаны с прямым входом первого электронного усилителя 15, а информационный вход ключа 14 - р выходом второго электронного усилителя 16.

Вход усилителя 15 соединен с выходным каналом 17 и через резистор 18 с инверсными входами усилителей 15 и 16. Прямой вход усилителя 15 и корпус 1 соединены с йбщей шиной.

Преобразователь работает следующим образом.

С генератора 12 с заданной частотой подаются импульсы. Эти импульсы преобразователем 11 преобразуются в пневматические взаимоинверсные сигналы. Водин полупериод работы генератора клапан 8 открыт, а клапан 9 закрыт. В этот полупериод сигнал РВХ поступает в камеру 6 и воздействует на упругую мембрану 3. Камера 5 всегда сообщена с атмосферой и давление в ней через вялую мембрану 2 передается в камеру 4. При этом вялая мембрана никогда не дотрагивается до пьезокерамического элемента 7. Учитывая, что в камере 4 всегда атмосферное давление, то на мембрану 3 действует перепад давлений, равный РВХ (измерение в избыточном давлении), и мембрана 3 прогибается, изгибая элемент 7. Величина прогиба, пропорциональная РВХ, а так как возникающий на пьезокристалле

потенциал пропорционален изгибу, то снимаемое с элемента 7 напряжение пропорционально давлению РВХ. Это напряжение усиливается по мощности усилителем 15

(ключ 13 в этот момент разомкнут) и поступает на выход 17 преобразователя. Усилитель 15 имеет высокоомный вход, что уменьшает утечки заряда с элемента 7. Но полностью исключить утечки практически

нельзя и поэтому нужно снова подать изгибающий элемент 7 сигнал. Поэтому во втором полупериоде работы генератора клапан 9 открывается, а 8 - закрывается, в камере

6давление становится атмосферным и мембранаЗ (и элемент 7) распрямляется. Потенциал на элементе 7 становится близким к нулю. Его величина случайна, зависит от ряда внешних факторов и соизмерима с погрешностью преобразования. Поэтому в этот полупериод срабатывает формирователь импульсов 13 и включает ключ 14. Выход усилителя 16 соединяется с элементом

7и входом усилителя 15. Так как потенциал на элементе 7 отличен от нуля, то его значение, пройдя через усилитель, поступает на инвертирующий вход усилителя 16 и на выходе последнего появляется сигнал, противоположный по знаку потенциалу на элементе 7. Начинается разрядка элемента

7 на выход усилителя 16. Этот процесс продолжается до тех пор, пока потенциал на элементе 7 не станет равен нулю (земле).

Теперь в новомполупериоде работы преобразователя изменение потенциала

при изгибе элемента 7 начнется от нуля.

Таким образом, точность преобразователя повышается за счет того, что уровень изменения потенциала всегда начинается от нуля за счет принудительной разрядки

элемента 7 на выход усилителя 15. Этот усилитель вырабатывает сигнал, равный по величине сигналу заряда на элементе 7, но противоположный по знаку. Такое включение усилителя 15 ускоряет процесс стока

заряда с элемента 7 и всегда приводит процесс к нулю независимо от наличия помех. Применение упругой мембраны, характеристика которой практически не имеет гистерезиса, позволило существенно

уменьшить гистерезис изгиба, присутствующий в пьезокерамике.

В предлагаемом устройстве нет опорного сигнала, а величина входного сигнала отсчитывается от уровня атмосферного

давления и колебания последнего не сказываются на результатах преобразования.

Мембрана не касается элемента 7, так как она служит для передачи атмосферного давления, т.е. является разделительной.

Корпус, усилители и одна из обкладок п езокерамики заземлены. Поэтому электрические наводки не влияют на результаты показаний.

Результаты эксперимента показали, что возможно получить точность преобразования в пределах 0,2%.

Формула изобретения Пневмоэлектрический аналоговый преобразователь, содержащий входной канал, корпус, в котором установлены вялая мембрана и пьезокерамический элемент, подключенный к прямому входу первого электронного усилителя, связанного своим выходом с выходным каналом, первый клапан, выход которого соединен с входной камерой в корпусе и с входом второго клапана, соединенного своим выходам с атмосферой, и генератор импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, преобразователь снабжен дискретным электропневмопреобразователем с двумя взаимно инверсными выходами, подключенными к управляющим входам первого и второго клапанов, формирователем

имгульсов, вторым электронным усилителем

транзисторным ключом и резистором.

а в корпуса дополнительно установлена упругая мембрана, на которой закреплен пьезокерамический элемент, расположенный в герметичной первой камере между двумя мембранами, причем вторая камера, находящаяся между корпусом и вялой мембраной, соединена с атмосферой, а входная камера расположена между корпусом и упругой мембраной, вход первого клапана соединен с входным каналом, выход генератора импульсов соединен с входами дискретного электропневмопреобразователя и формирователя импульсов, выход которогр связан с управляющим входом транзисторного ключа, информационный вход которого соединен с выходом второго электронного усилителя, а выход - с пьезокерамическим элементом и с прямым входом первого электронного усилителя, выход которого через резистор связан с инверсными входами первого и второго электронных усилителей, прямой вход второго усилителя и корпус преобразователя соединены с общей шиной.