Измерительное устройство на основе колебательной системы Советский патент 1979 года по МПК G01D21/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в метеорологии и гидрометрии для измерения давления и температуры. Известны измерительные устройства на основе колебательной системы, содержащие колебательную систему, устройство возбуждения колебаний и устройство измерения параметров кбле баний 1. В этом устройстве с помощью автогенератора возбуждаются резонансные колебания кварцевого пьезоэлектрического резонатора, резонансная частота которых меняется под действием измеряемой величины - силы. Автогенератор связан с устройством измерения параметра колебаний, состоящим, из умножителя частоты и измерителя частоты. Умножитель частоты умножает изменение частоты в заданное числ раз, а измеритель частоты измеряет этоизменени.е. На выходе устройства регистрируются непосредственно зна чения силы. Однако это устройство имеет существенную погрешность измерения, связанную с температурным воздействи ем. Известны также датчики давления и температуры, вкоторых имеются три автогенератора, связанные с тремя пьезоэлементами А,в и С. Пьезоэлементы А и В обладают существенно различными температурно-частотными характеристикалш, а пьезоэлементы В и С по возможности тождественны. Соответствующие автогенераторы А и В связаны со смесителями частоты, смеситель - с умножителем частоты, а последний - с измерителем частоты. Смеситель, умножитель и измеритель частоты образуют устройство измерения параметров колебаний. Автогенераторы В и С, второй смеситель, второй умножитель и второй измеритель частоты образуют второй измерительный канал аналогичный первому 2. Недостатки этого устройства связаны с наличием погрешности, возникающей, при измерений давления из-за недостаточной компенсации температурных воздействий . Это вызвано неизбежным различием температуры пьезоэлементов В и С, вследствие их пространственной разнесенности, а также неизбежным различием их свойств, а следовательно, и зависимостей частота-температура . Цель изобретения - уменьшение погрешности измерений путем точного учета взаимного дестабилизирующего его воздействия измеряемых величин на характеризующие их параметры Это достигается тем, что в устрой стве на основе колебательной системы, содержащем пьезоэлектрический; рёзЬнатор - колебательную систему, автогенераторы, каждый из- которых через соответствующий измерительпа раметров колебаний связан с общим, устройством для обработки информаци Все автогенераторы соединены с одни пьезоэлектрическим резонатором. Обозначим измеряемые величины че Х , Xjf ... а измеряемые параметры колебаний для п различных видов колебаний через Р , Р2 , .. Рщ Зная вид функций (X-j , гт . ...Х) получаем: систему уравне,йй. Р 1 1 -( Н РО f ..Г (1) Р „{Х,Х2 Х„) Эту систему можно рассматривать, как систему п уравнений ртносительно п неизвестных (Х Xj. . . . . X ,}, причем значения Р Pg , . . . Р известны (измерены). Решая эту систему получаем следуйадую систему уравнений XH F () Х F(P,P,j . . . Р) Хц РП(Р. Рг РИ) образом каждая из измеряем величин является заданной функци непосредственно измеряемых параметров , ...Pf,. Поскольку рассм риваются различные виды колебаний одной и той же колебательной системы, Значения измеряемых .величин ... Х во всех уравнениях системы уравнений (1) одни и те же. Таким образом устраняется пространствен ная разнесенность крлебательHfcSx систем. На чертеже представлена структур ная схема -устройства для измерения температуры, и давления. Устройство содержит колебательну систему 1 (кварцевый пьезоэлектриче кий-резонатор АТ-среза), связанный с. устройствами возбуждения колебани автогенераторами 2 и 3, устройства измерения параметров колебаний измерители частоты 4 и 5, соединенные соответственно с автог.енератора ми 2 и 3- и устройство обработки информации - микропроцессор 6, связан ный с измерителями частоты 4 и 5. В случае измерения одной величины, например давления, устройство обработки информации может состоять из двух умножителей частоты и смесителя. Устройство работает следующим образом. Автогенераторы 2 и 3 осуществляют одновременное возбуждение -йидов колебаний С и В кварцевого пьезоэлектрического резонатора 1. Относительно кварцевых пьезоэлектрических резонаторов (срезов /+& и среза AT) известно, что если конфигурация электродов обеспечивает направление вектора напряженности электрического поля параллельное плоскости больших граней пьезозлемента, но не параллельное кристаллографическим осям X и Z , то возможно возбуждение двух- видов толщинных колебаний С и В. Резонансные частоты .f fg этих видов колебаний являются измеряемыми параметрами колебаний. Измерители частоты 4 и 5 производят измерение частот fc и fg соответственно. Микропроцессор 6, используя заданные значения fg и fc полученные с измерителей частоты 4 и 5, вычис,ляет по данным функциям этих величин значения измеряемых величин Р и дТ. В связи с точным учетом влияния , дестабилизирующих величин (в первую очередь температуры) на измеряемый параметр колебательной системы, харакФерйэующий измеряемую величину, погрешность измерения при использовании предложенного устройства существенно уменьшается. Формула изобретения Измерительное устройство на. основе колебательной системы, содержащее пьезоэлектрический резонатор - колебательную систему, автогенераторы, каждый из которых через соответствующий измеритель параметров колебаний связан с общим устройством для обработки информации, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерен.ий путем точного учета взаимного дестабилизирующего воздействия измёряемьбс величин на характеризующие их параметры, все автогенераторы соединены с одним пьезоэлектрическим резонатором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Патент CtlA № 3274828, кл.73-517, 1966. 2.Патент США 3355949, кл. 73-345, 1967 (прототип).