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

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления и разности давлений.

Целью изобретения является обеспечение возможности дистанционного контроля работоспособности и регулирования устройства.

На фиг. 1 показана схема устройства для измерения давлений: на фиг.2 - схема блока диалога.

Устройство для измерения давлений содержит измерительный блок, выполненный в виде резисторного моста 1, в котором противоположными плечами являются тензорезисторные мостовые преобразователи 2и 3.

Другими плечами моста 1 являются термостабильные резисторы 4 и 6. Тензомост 2 предназначен для формирования сигнала, соответствующего измеряемому давлению (перепаду давления), тензомост 3 предназначен для формирования сигнала, соответствующего рабочему избыточному давлению. Источник питания 6 моста 1 подключен к его диагонали питания. К выходным диагоналям мостов 1-3 подключены выходы блока контроля 7, а также входы программируемых усилителей 8-10. Выходы усилителей 8-10 через коммутатор 11 соединены с входом аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 12. Выход АЦП 12 связан с входом вычислительного устройства 13, выход которого через цифроаналого- вый преобразователь (ЦАП) 14 соединен с преобразователем напряжения в ток (ПНТ) 15. Выход ПНТ 15 является выходом всего устройства. Входы блока контроля 7 соединены с входами усилителей 8-10.

Вычислительное устройство 13 имеет также выходную шину, соединенную с входами блока контроля 7, управляющими входами программируемых усилителей 8-10, коммутатора 11, АЦП 12.

Нагрузка (потребитель информации) включается в выходную цепь ПНТ 15, к выходу которого подключены также усилитель переменного тока 16 с формирователем импульсов 17. Выход формирователя соединен с дополнительным входом вычислительного устройства 13.

Нагрузка размещается в зоне, доступной оператору, и параллельно к ней подключается блок диалога 18. Он содержит (см.фиг.2) цифровой вольтметр 19 с индикатором, причем вход вольтметра подключен к нагрузке. Блок 18 содержит также двухпо- роговый кЪмпаратор 20, который может иметь на выходе три различных сигнала соответствующих величин падения напряжения на нагрузке по отношению к порогам срабатывания компаратора 20. К выходам компаратора 20 подключены одноименными электродами три светодиода 21-23. Другие электроды свэтодиодов объединены и соединены с одной парой контактов выключателя 30.

К низкопотенциальной входной клемме блока диалога 18 (со стороны выхода ПНТ 15) через резистор подключен ключ 24, управляющий вход которого соединен с выходом генератора импульсов 25. Во времязадающей цепи генератора 25 расположены резисторы с выключателями 26...30, выполненные с .кнопочным управлением. Времязадающая цепь замыкается выключателями 26-30, причем один из выключателей выполнен двухплатным и его вторая группа контактов соединена с электродами упомянутых светодиодов 21...23.

Устройство работает следующим обраэом.

Цикл работы устройства для измерения теплоэнергетических параметров состоит из двух тактов, непрерывно следующих друг за другом: первый такт - измерение и обработка измерительной информации, поступающей от тензорезисторных мостов 1-3 с последующей выдачей выходного сигнала через ЦАП 14 и ПНТ 15; второй такт - опрос выхода формирователя импульсов 17. Если

на выходе формирователя выходной сигнал отсутствует, то устройство переходит к следующему такту измерения и обработки. Выходной сигнал на период такта опроса фиксируется во входном регистре ЦАП 14.

в первом такте блок контроля 7 отключен и не влияет на работу усилителей 8...10. На вход усилителя 8 поступает сигнал, соответствующий измеряемому давлению (разности давлений). Связь выходного сигнала

усилителя 8 с давлением Р имеет вид полинома степени п

U АО + AI Р + А2Р2 + ... + АпРп

Коэффициенты полинома AJ являются функциями температуры и рабочего избыточного давления (при измерении перепада давления). Информацию об этих параметрах несут выходные сигналы мостов 1 и 3,

усиленные усилителями 9 и 10. Через коммутатор 11и АЦП 12 все упомянутые сигналы в виде параллельного кода поступают в вычислительное устройство 13, в котором осуществляется введение поправок в выходной сигнал по возмущающим факторам и выработка кода, поступающего в ЦАП 14, прямо пропорционального измеряемому давлению, (перепаду давления). Напряжение с выхода ЦАП 14 превращается с помощью ПНТ 15 в унифицированный токовый

сигнал 4...20 тА, поступающий в нагрузку.

При подключении блока диалога 18 к

источнику питания и нагрузке согласно

фиг.1 оператор имеет возможность дистанционно изменять параметры устройства, а именно сдвигать положение нуля основного измерительного усилителя 8, измеряющего давление Р, и изменять в некоторых пределах диапазон измерения, изменяя коэффи5 циент усиления усилителя 8 (при необходимости могут подвергаться перестройке также параметры усилителей 9 и 10). Для этого в цепи, соединяющей выход ПНТ 15 с нагрузкой, формируется переменная составляющая тока со строго определенными частотами. Возбуждение переменной составляющей тока осуществляется оператором путем включения выключателей 26,..30 в блоке диалога 18. При этом запускается генератор 25, выходной сигнал которого управляет ключом 24, непосредственно создающим пульсации тока в указанной выше цепи. Частота создаваемых пульсаций определяется емкостью конденсатора С и сопротивлением одного из резисторов, включаемых выключателями 26...30. Переменная составляющая выходного тока ПНТ 15 усиливается усилителем 16 и превращается формирователем 17 в последовательность импульсов с частотой, равной частоте сигнала генератора 25.

Во втором такте работы устройства опрашивается выход формирователя 17 и при поступлении оттуда сигнала происходит измерение его частоты вычислителем 13. Четыре частоты из возможного набора частот предназначены для измерения параметров усилителя 8: сдвига нуля усилителя в область положительных (+А 0), либо отрицательных (- Д 0) напряжений, изменения диапазона измерения в сторону увеличения (+А Д), либо уменьшения (-Д Д). Эти частоты возбуждаются при замыкании выключателей 26...29.

Во время одного такта опроса при поступлении той или иной частоты вычислите- лем 13 формируется один импульс, соответствующим образом изменяющий параметры усилителя 8. Чтобы изменить параметры устройства на заданный уровень, необходимо оператору держать нажатой кнопку соответствующего выключателя некоторое время. За изменением выходного сигнала устройства оператор может следить по показаниям цифрового вольтметра 19.

С помощью блока диалога 18 возможно также проведение контроля усилителей 8... 10 как наиболее вероятных источников нестабильности устройства. Для включения режима контроля предназначен выключатель 30, одновременное которым необходимо нажимать кнопку выключателя 26 (для контроля усилителя 8), 27 (для контроля усилителя 9) и 28 (для контроля усилителя 10). При поступлении от блока диалога 18 трех частот, соответствующих указанным ситуациям, вычислительное устройство 13 прерывает последовательность смены 1 и 2 тактов и переходит в однократный режим контроля, после чего указанная выше последовательность работы устройства восстанавливается.

При поступлении частот, соответствующих режиму контроля, вычислительное устройство подает кодовую посылку в блок

контроля 7, который замыкает ключ, соединяющий входы контролируемых усилителей 8-10. При замыкании входов того или иного усилителя измеряется его выходной сигнал 5 и сравнивается с установкой (допуском), после чего делается вывод о его работоспособности (исправен-неисправен). Указанные операции осуществляются вычислительным устройством 13. Предварительно, сразу по

0 поступлении частот, вызывающих режим контроля, вычислительное устройство 13 с помощью ЦАП 14 и ПНТ 15 формирует выходной сигнал в виде уровня тока 0,5 Imax, равного половине максимального выходно5 го тока Imax. Этот сигнал свидетельствует о переходе устройства в режим контроля.

По результатам контроля вычислителем 13 формируется сигнал нулевого (исправен), либо максимального (неисправен) уровня

0 тока.

Сигналы постоянного тока 0,5 Imax, 0 и lmax, вырабатываемые в режиме контроля, поступают в нагрузку и далее в блок диалога 18. В нем, соответственно уровням тока и

5 падению напряжения на нагрузке, срабатывает компаратор 20, переходя в одно из трех возможных состояний. При этом на одном . из его выходов появляется высокий потенциал. Пороги срабатывания компаратора

0 выбраны равными падению напряжения на нагрузке при протекании по ней тока, равного 1/3lmax И 2/31тах. СввТОДИОДЫ 21...23, подключенные к выходу компаратора 20, включаются лишь при замыкании второй па5 ры контактов выключателя 30. Этот выключатель используется лишь в режиме контроля, и благодаря ему в режиме измерения включения светодиодов не происходит при ложных срабатываниях компаратора 20.

0 Частоты сигналов дистанционного управления и контроля выбираются достаточно высокими, чтобы не оказывать влияния на показания цифрового вольтметра 20 и других измерительных приборов, подклю5 ченных к нагрузке.

Формула изобретен и,я

1. Устройство для измерения давлений, содержащее измерительный блок, включающий первый и второй тензорезисторные мо0 сты, включенные в противоположные плечи резисторного моста, подключенного к источнику питания, первый, второй и третий

программируемые усилители, подключенные соответственно к диагоналям первого и вто5 рого тензорезисторных и резисторного мостов, а также соединенные последовательно аналоговый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, вычислительное устройство, цифроаналоговый преобразователь и преобразователь напряжения в ток, причем выходы первого, второго и третьего усилителей подключены к входам аналогового коммутатора, а их управляющие входы, а также управляющие входы аналого-цифро- вого преобразователя и коммутатора подключены к выходной шине вычислительного устройства, причем выходам устройства является выход преобразователя напряжения в ток, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности дистанционного контроля работоспособности и регулирования устройства при размещении его в опасных для оператора зонах, что дополнительно снабжено блоком контроля блоком диалога, усилителем переменного тока и формирователем импульсов, причем первый и второй выходы блока контроля соединены соответственно с входами первого и второго программируемых усилителей, вход блока контроля соединен с выходной шиной вычислительного устройства, блок диалога подключен к выходу устройства и к его источнику питания, вход усилителя переменного тока подсоединен к выходу устройства, а его выход через формирователь импульсов соединен с вторым входом вычислительного устройства.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что блок диалога содержит цифровой вольтметр с индикатором, двухпорого- вый компаратор, подключенный первым, вторым и третьим выходами к первым выводам первого, второго и третьего свето- диодов, генератор импульсов, блок выключателей и электронный ключ, причем входы цифрового вольтметра и компаратора подключены к первой и второй выходным клеммам блока диалога, а электронный ключ включен между второй выходной клеммой блока диалога и общим проводом блока питания, причём управляющий вход электронного ключа соединен с выходом генератора импульсов, во времязадающую цепь которого включен блок выключателей, состоящий из первого, второго, третьего, четвертого и пятого выключателей, с включенными последовательно с ними резисторами и соединенных параллельно, при этом вторые выводы первого, второго и третьего светодиодов соединены параллельно и подключены к общему проводу блока питания через шестой выключатель, который связан механически с пятым выключателем.

Изобретение относится к приборостроению, может быть использовано при измерении давлений и позволяет обеспечить возможность дистанционного контроля работоспособности и регулирования устройства, которое содержит измерительный блок, выполненный в виде резисторного моста, в котором противоположными плечами являются тензорезисторные мостовые преобразователи. Другими плечами моста являются термостабильные резисторы, Тензомост предназначен для формирования сигнала, соответствующего измеряемому давлению (перепаду давления), другой тензомост предназначен для формирования сигнала, соответствующего рабочему избыточному давлению. Источник питания резисторного моста подключен к его диагонали питания. К выходным диагоналям мостов подключены выходы блока контроля, а также входы программируемых усилителей. Выходы усилителей через коммутатор соединены с входом АЦП. Выход АЦП связан с выходом вычислительного устройства, выход которого через ЦАП соединен с преобразователем напряжения вток(ПНТ). Выход ПНТ является выходом всего устройства. Входы блока контроля соединены с входами усилителей. Вычислительное устройство имеет также выходную шину, соединенную с входами блока контроля управляющими входами программируемых усилителей, коммутатора, АЦП, Нагрузка (потребитель информации) включается в выходную цепь ПНТ, к выходу которого подключены также усилитель переменного тока с формирователем импульсов. Выход формирователя соединен с дополнительным входом вычислительного устройства. Нагрузка размещается в зоне, доступной оператору, и параллельно к ней подключается блок диалога. 1 з.п.ф-лы.2ил. (ел t 00 00 ел о о

Г

L.VJ

Фиг. f

unufn

+40

-АО

+ &D

-&D К

Фи В. 2