Преобразователь давления поршневого двигателя Советский патент 1992 года по МПК G01L23/08 

Фиг. Г

VI ел

о

О

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах, предназначенных для измерения быстропе- ременных давлений.

Известны устройства измерения и преобразования давления В качестве датчика используют пьезоэлемент и акустический волновод.

Известен датчик давления, содержащий пьезоэлемент (кварцевый кристалл), акустический волновод, корпус, который заполнен демпфирующим веществом, например, резиноподобным материалом ВКА-С-4М, а между пьезоэлементом и световодом расположен электрод, сигнал с которого снимается с кабелем, причем пьезоэлемент, электрод и торец световода связаны эпоксидной смолой Вторым электродом служит мембрана, закрывающая торцовую поверхность датчика

Недостатком известных устройств является большая погрешность измерения давления с помощью пьезоэлемента из-за высокой чувствительности к механическим колебаниям, создаваемым двигателем.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для преобразования давления газов, содержащее датчик давления, установленный в цилиндре и подсоединенный через первый масштабный резистор к инвертирующему входу усилителя, выход которого является выходом преобразователя, резистор обратной связи усилителя, ключ, входом соединенный с выходом усилителя, а выходом через операционный усилитель, в цепь обратной связи которого включен конденсатор и второй масштабный резистор с инвертирующим входом усили- тепя, управляющий вход ключа присоединен к выходу преобразователя через одновибратор, удвоитель частоты, триггер со счетным входом и формирователь импульсов

Недостатками данного устройства является низкая чувствительность при измерении в области малых давлений Это объясняется тем, что у таких элементов как удвоители частоты точность преобразования обеспечивается только при входной частоте, равной f 2 Кроме того, на выходной сигнал устройства для преобразования давления накладывается также сигнал от вибраций объекта, на котором производится намерение

Цель изобретения - повышение точности измерения динамического давления - достигается путем дополнительного включения второго компенсационного чувствительного элемента двух усилителей

дополнительного интегратора аналогового вычитающего устройства, входы которого подключены к выходам обоих интеграторов первые входы которых связаны с формирователем импульсов причем датчик давления и компенсационный чувствительный элемент через усилители соединены соответственно со вторым входом дополнительного интегратора и со входом инверторного

0 усилителя, выход которого подключен ко второму входу интегратора

На фиг 1 приведена блочная схема прибора; на фиг 2 - датчик, общий вид, на фиг 3 - схема усилителя; на фиг 4 - ее характе5 ристика; на фиг 5 - схема интегратора, на фиг 6-схема вычитания; на фиг 7 - характеристика работы преобразователя давления

Устройство состоит из двух чувствитель0 ных элементов 1 и 2, усилителей 3 и 4 инвертора 5, двух интеграторов 6 и 7, формирователя 8 импульсов и аналогового вычитающего устройства 9

Чувствительные элементы 1 и2помеще5 ны в корпусе 10, который соединен с одной стороны через штуцер 11 с впускным коллектором двигателя, а с другой стороны с атмосферным давлением через крышку 12, между корпусом 10 и крышкой 12 закрепле0 на жесткая шайба 13, на которой установлены чувствительные элементы 1 и 2 В качестве чувствительных элементов использованы микрофон типа МКЭ-30, обеспечивающий максимальный динамический

5 диапазон и чувствительность при малых изменениях давления

Устройство работает следующим образом

При включении двигателя пульсирую0 щее давление во впускном трубопроводе вызывает изменение емкости чувствительного элемента 1, одновременно второй чувствительный элемент 2 будет воспринимать все механические колебания и изменения

5 атмосферного давления, входные сигналы от чувствительных элементов поступают в усилители 3 и 4 (рис 3) чувствительность которых составляет 0,3 мВ, входное сопротивление 47 кОм, нелинейные искажения

0 0,05% Компенсация влияния входных токов и напряжения смещения ОУ (операционного усилителя) производят подстройкой величины резистора 14 Конденсатор С 15 включен в схему для обеспечения развязки

5 по постоянному току Базовым элементом усилителя 3 использована (м/с 140 УД6) выходная характеристика показана на фиг 4. Выходное напряжение усилителя 3 подключено к входу интегратора 6 (фиг 4) с непрерывной выборкой и автоматическим

сбросом результата интегрирования Устройство выборки-хранения (УВК-16) поочередно осуществляет- выборку и хранение предыдущего значения проинтегрированного входного сигнала Хранимое напряже- ние подается на вход схемы, в результате чего происходит непрерывный сброс в течение всего времени интегрирования. В качестве ключей УВХ 16 и УВХ 17 могут использоваться либо две пары дополняю- щих МДП-транзиеторов КП 313 с одной шиной управления по цепи затворов, либо любые другие МДП транзисторы но с разделенными цепями управления

Интегрирующий блок ОУ построен в ви- де обычного интегратора на базе ОУ типа 153 УД5, имеющего малый дрейф параметров. В течение времени интегрирования проинтегрированный сигнал по цепи ОС через ОУ-19 подается в суммирующую точку ОУ-18, осуществляя тем самым сброс интег- ратора Тем временем происходит интегрирование вновь поступившего входного сигнала и его запоминание в открытом У ВХ- 16. Калибровка схемы осуществляется сна- чала при разомкнутой обратной связи подбором сопротивления 19 так, чтобы получить необходимую скорость нарастания выходного напряжения операционного усилителя (ОУ-18). Затем замыкается обратная связь (ОС) и подбирается сопротивление 20 из расчета минимальных искажений выходного сигнала при ступенчатом входе. Погрешность интегрирования такой схемы достигает 0,1%, но может быть уменьшена на порядок при отрегулированном напряжении смещения нуля операционного усилителя (ОУ).

Аналогичные операции выполняет второй интегратор 7, но сигналы поступают от инвертирующего усилителя 5. Использование инвертирующего усилителя 5 необходимо для того, чтобы обеспечить идентичность характеристик по обоим каналам обработки сигнала, те усилители 3 и 4 выполнены по одной и той же схеме (этим обеспечивается идентичность характеристик усилителей и их температурная стабильность), а усилитель 6 выполнен по схеме усилителя- инвертора со 100% обратной связью те с коэффициентом подачи К 1 1 Для управления прецизионными интеграторами используется автоколебательный генератор 8 с амплитудой выходных напряжений ±15 с частотой f 1 Гц Выходные сигналы от интеграторов 6 и 7 поступают в блок вычитания (фиг 5) и производится вычитание Ui-U2 PK Характеристика работы устройства для измерения давления приведена на фиг 6.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого преобразователя давления состоит в том что повышается точность и оперативность измерения быстро переменных давлений

Формула изобретения Преобразователь давления поршневого двигателя, включающий датчик давления, формирователь импульсов, инверторный усилитель и интегратор, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены компенсационный чувствительный элемент, два усилителя, дополнительный интегратор и аналоговое вычитающее устройство, входы которого подключены к выходам обоих интеграторов, первые входы которых связаны с формирователем импульсов, причем датчик давления и компенсационный чувствительный элемент через усилители соединены соответственно с вторым входом дополнительного интегратора и с входом инверторного усилителя, выход которого подключен к второму входу интегратора.

12

JO

Использование: в устройствах, предназначенных для изм рёййя быстроперемен- ных давлений. Сущность изобретения устройство содержит датчик 1 давления, формирователь 8 импульсов, инверторный усилитель 5, два интегратора 6,7, компенсационный чувствительный элемент 2, два усилителя 3, 4, аналоговое вычитающее устройство 9 7 ил.

Фыг2

Фиг.З