Устройство для измерения давления Советский патент 1993 года по МПК G01L11/00 

шенством упругих свойств материала струны и температурным изменением длины и модуля упругости.

Изобретение направлено на повышение точности измерения.

Сущность изобретения состоит в том, что устройство включающее струнный преобразователь давления,- содержащий корпус, установленный в этом корпусе на двух упругих элементах с жестко соединенными центрами струнный чувствительный элемент, в виде двух параллельных струн с ниппелями для крепления струн у упругим элементам и узлом регулировки натяжения, пережим струн, жестко закрепленный вкор- пусе, две системы возбуждения колебаний частей струн, смеситель частот, к входу которого подключены выходы систем возбуждения колебаний, низкочастотный фильтр, подключенный к выходу смесителя частот, измерительный прибор, снабжено высокочастотным фильтром, блоком деления частот, умножителем, термочувствительным элементом с блоком масштабирования, установленными в корпусе струнного преоб- разователя, причем вход высокочастотного фильтра подключен к выходу смесителя, а выходы низкочастотного и высокочастотного фильтров подключены на входы блока деления, выход которого подключен к одно- му входу умножителя, ко второму входу которого подключен термочувствительный элемент а выход умножителя подключен к измерительному прибору. Введение в измерительную схему преобразователя высоко- частотного фильтра позволяет выделить имеющуюся на выходе смесителя сумму частот частей струн дифференциального струнного элемента,которая на основании соотношений (3) и (4) имеет вид

Af + f14-f2

vTG-v 1)

2 о ЧО-А: -

lo +K

R

(6)

1р 102-АГ2

Включение выходов низкочастотного и высокочастотного фильтров на вход блока деления частот позволяет получить на его выходе результат деления в виде

R/g к Af- / к

То

-1с

(7)

Р 0г-к2 Полученный на выходе блока деления сигнал отягощен только погрешностью, связанный с температурным изменением только одной величины 10, определяющей начальную длину половины струнного пре5

0 5 0 5 0 5 0

5

0

5

образователя 10т 1оТО(1 + Ш), где 10 о-длина при температуре to, (A - температурный коэффициент линейного расширения, t - текущая температура. Для исключения этой последовательности составляющей погрешности в схему преобразователя введен умножитель, на один вход которого включен выход блока деления, а на другой - термопреобразователь с масштабирующим блоком. Термопреобрэзователь вырабатывает сигнал, пропорциональный температуре t, масштабирующий преобразователь его умножает на ojloto и прибавляет постоянную lo. В результате на выходе масштабирующего преобразователя получают величину 101 loto(1+ cut), на которую умножают сигнал с выхода блока деления по соотношению (7) и в результате получают

(8)

I1

- lo - К

°

Таким образом получаем результат, не отягощенный погрешностью, связанный с изменением /, G. lo, R и линейную функцию преобразования.

Предлагаемое техническое решение отличается от прототипа повышением точности за счет компенсации влияния изменений р, G, lo, R и линеаризацией характеристики. От аналога (2) предлагаемое техническое решение отличается повышением точности за счет компенсации изменения Л 10 и сокращением времени измерения за счет применения двух фильтров (низкочастотного и высокочастотного) и блока деления разности частот на сумму, например, состоящего из двух счетчиков, один из которых задает время измерения другому.

От аналога, изобретение отличается большей точностью достигаемой путем исключения влияния изменений р, G, lo. R, линейной характеристикой, более широким диапазоном измерения.

Устройство для измерения давления схематически изображено на чертеже.

Преобразователь содержит корпус 1, на котором установлены два штуцера для подвода контролируемых давлений, в корпусе установлены два упругих элемента 2, 3, например, сильфоны с жестко соединенными штоком 4 центрами, на упругих элементах установлен при помощи ниппелей 5 струнный чувствительный элемент в виде пары струн с узлами б регулировки активной длины струн, пережим 7, в котором движутся струны, жестко укреплен в корпусе, две системы возбуждения колебаний, первая состоит из электромагнитного возбудителя колебаний 8. электромагнитного приемника

9 и усилителя 10 положительной обратной связи, вторая система содержит аналогичные возбудитель 11, приемник 12, усилитель 13. Выходы систем возбуждения подключены ко входам смесителя 14, например, балансного модулятора, для выделения суммы и разности частот колебаний участков струн к выходу смесителя подключены высокочастотный 15 и низкочастотный 16 фильтры соответственно, делитель частоты 17, ко входам которого подключены указанные фильтры, может быть выполнен, например, из двух счетчиков СГ1, Сг2 один из которых задает время счета другому. Термочувствительный элемент 18, например, термометр сопротивления, установленный в корпусе струнного преобразователя, .через свой измерительный блок 19, например, мост и масштабирующий преобразователь 20 подключен на один вход умножителя 21, на второй вход которого подключен выход делителя частот, а выход умножителя подключен ко входу вторичного прибора 22, например, частотомера.

Устройство работает следующим образом. Когда давления Pi и Ра, подаваемые в корпус преобразователя, равны, длины lo участков струн между пережимом 7 и пережимами б равны. При этом равны частоты ft и fa возбуждаемые первой и второй системами возбуждения, а на выходе смесителя 14 получаются нулевые биения. Когда давления не равны (Pi Ра), например Pi Pa струны вместе с днищем сильфонов 2 и 3 и пережимами 6 смещаются вправо на расстояние к, в результате чего длина струн между левым пережимом б и пережимом 7 уменьшается до 0 -к, а между пережимом 7 и правым пережимом 6 увеличивается до lo + к. Частоты на выходах усилителей 10 и 13 становятся различными и соответственно равными

R YЈ

fl h

2(io-/o p : R /тз2(lo+/O р

(9) (Ю)

На выходе смесителя 14 присутствуют сумма fi + fa и разность fi - fa, соответственно равные

+ fa

IR(Af- fi-f2 4R T(

2 2 -К

2к

I 2 2 IQ л

)(п)

) (12)

Сумма выделяется фильтром 15, а разность фильтром 16. После деления разности Af- частот на их сумму на выходе делителя 17

(13)

Af А:

Для компенсации температурных изменений 10Т, термопреобразователем 18 и из- мерительным блоком 19 формируется сигнал, пропорциональный t, а на выходе масштабирующего блока 20 этот сигнал после домножения cqloto и прибавления постоянной I0to принимает вид 1о 10 ° + «I lotot(14)

Масштабирующий блок снабжен преобразователем (аналог 0Г - частота) поэтому на входы умножителя 21 подается две частоты: одна с выхода делителя частот 17. про- 5 порциональная о., а другая с выхода блока 20, пропорциональная 0 lot°(1+ cc т.) На выходе умножителя получаем сигнал K.t-,

к

05)

20

в виде частоты, пропорциональной измеряемой величине к не отягощенной погрешностями от вариаций CTG -рк ,рр ,/0|0.

Изобретение отличается от решений по

25 (1.2,3) более высокой точностью и воспроизводимостью характеристики.

Формул а изобретения Устройство для измерения давления, включающее преобразователь давления,

30 содержащий корпус с установленными в нем двумя упругими элементами, связанными между собой штоком, струнный чувствительный элемент в виде двух параллельных струн, прикрепленных с помощью ниппелей

35 к упругим элементам, два узла регулировки активной длины струн, пережим струн, жестко укрепленный в корпусе, две системы возбуждения и приема колебаний частоты струн, смеситель частот, к входу которого

40 подключены выходы систем возбуждения и приема колебаний, низкочастотный фильтр, подключенный к выходу смесителя частот и измерительный прибор, отличающее- с я тем, что оно снабжено высокочастотным

45 фильтром, блоком деления частот, умножителем и установленным в корпусе преобразователя термочувствительным элементом, включенным в измерительную схему с блоком масштабирования, причем вход высоко5Q частотного фильтра подключен к выходу смесителя, а выходы низкочастотного и высокочастотного фильтров соединены с входами блока деления частот, выход которого подключен к одному входу умножителя, к

55 второму входу которого через блок масштабирования подключен выход измерительной схемы с термочувствительным элементом, а выход умножителя подключен к измерительному прибору.

Использование: для измерения давления жидких и газообразных сред, усилия, малых перемещений. Цель - повышение точности измерений. Сущность изобретения: устройство, включающее струнный преобразователь давления, содержащий корпус 1, установленный в корпусе на двух упругих элементах 2 и 3 с жестко соединен1 г ными центрами струнный чувствительный элемент, в виде двух параллельных струн с ниппелями 5 для крепления струи к упругим элементам и узлами 6 регулировки активной длины, пережим 7 струн, жестко закрепленный в корпусе, две системы возбуждения и приема колебаний частей струн, смеситель 14 частот, к входу которого подключены выходы систем возбуждения колебаний, низкочастотный фильтр 16, подключенный к выходу смесителя частот, измерительный прибор 22, снабжено высокочастотным фильтром 15, блоком деления частот 12, перемножителем 21 термочувствительным элементом 18. включенным в измерительную схему 19, и блоком масштабирования 20, причем вход высокочастотного фильтра 15 подключен к выходу смесителя 14, а выходы низкочастотного и высокочастотного фильтров подключены на входы блока деления 17,.выход которого подключен к одному входу умножителя 21, ко второму входу которого подключен через блок масштабирования выход измерительной схемы с термочувствительным элементом, а выход умножителя 21 подключен к . измерительному прибору 22. 1 ил. СО с оо со 00 00