Устройство для измерения давления Советский патент 1980 года по МПК G01L11/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области контроль но-измерительной техники, в частности, к вибрационно-частотным датчикам, предназначенным для измерения давления жидких и газообразных сред. В известных частотных датчиках давления, содержащих цилиндрический резонатор, приемник, возбудитель колебаний, используется режим непрерывных автоколебаний 1 Известны также измерители давления с частотным выходом, содержащие резонатор, возбудитель колебаний, приемник, генератор импульсов и счетчик, которые работают в режиме свободных затухающих колебаний резонатора 1. Близким по технической сущности к предлагаемому устройству является частотный датчик давления, содержащий цилиндрический резонатор, приемник, возбудитель колебаний и усилитель системы самовозбуждения 2. Датчик работает следующим образом. Измеряемое давление подводится во внутреннюю полость резонатора, образующего совместно с возбудителем, приемником и усилителем электромеханическую автоколебатель ную систему, частота колебаний которой совпадает с частотой собственных колебаний резонатора. Последняя связана однозначной функциональной зависимостью с давлением контролируемой среды. При колебаниях резонатора изменяются емкости конденсаторов, образованных электродами приемника и внещней цилиндрической поверхностью резонатора. Вследствие этого на выходе усилителя появляется переменное напряжение той же частоты, что и частота колебаний резонатора. С выхода усилителя это напряжение подается на возбудитель колебаний, который обеспечивает незатухающие колебания резонатора. Выходной сигнал усилите;{я является одновременно и вь1ходным сигналом датчика, а фазовая характеристика усилителя такова, что на резонансной частоте резонатора выполняются условия самовозбуждения. Благодаря этому в системе существуют устойчивые автоколебания. Нестабильность фазового сдвига усилителя приводит к тому, что частота автоколебаний не совпадает с резонансной частотой резонатора при заданном давлении, что является причиной возникновения погрешности датчика.

Целью изобретения является исключение погрешности датчика от нестабильности фазового сдвига усилителя и расширение функциональных возможностей датчика путем одновременного измерения добротности резонатора, что может быть использовано для контроля работы датчика, или измерения вязкости сред, контактирующих с поверхностью резонатора.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения давления с частотным датчиком к выходу предварительного усилителя системы самовозбуждения перед .усилителем мош,ности подключены блок автоматической регулировки усиления и блок управления, один выход которого соединен с ключом, включенным между предварительным усилителем и усилителем мощности, а другой - соединен со счетчиком числа колебаний резонатора.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства для измерения давления с частотным датчиком; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема блока управления; на фиг.З-временная диаграмма процесса.

Устройство содержит частотный датчик давления с цилиндрическим резонатором 1, систему самовозбуждения, включающую в себя приемник колебаний 2, возбудитель колебаний 3, предварительный усилитель 4 и усилитель мощности 5, ключ 6, включенный между усилителями 4 и 5, блок автоматической регулировки усиления 7 и блок управления 8, подключенный к выходу предварительного усилителя 4. Один выход блока управления 8 соединен с ключом 6, а второй - подключен к счетчику числа колебаний 9. Блок управления 8 (фиг. 2) состоит из элемента задержки 10, подключенного к выходу предварительного усилителя 4, триггера 11, один вход которого соединен с выходом элемента задержки 10, а второй с выходом элемента сравнения 12, вход которого соединен с выходом реле уровня 13, соединенного с ключом 14, включенным между предварительным усилителем 4 и реле уровня 13.

Устройство работает следующим образом.

Цилиндрический резонатор 1, усилители 4 и 5, приемник 2 и возбудитель 3 образуют замкнутый контур, в котором устанавливаются автоколебания. С помощью блока автоматической регулировки усиления 7 стабилизируется амплитуда сигнала на его выходе при из.менении добротности резонатора 1 под действием вязкости контролируемой среды. По истечении времени Т(, задаваемого устройством задержки 10, перебрасывается триггер 11, размыкая тем самым ключ 6И замыкая ключ 14. В результате автоколебательный контур оказывается разомкнутым, и цилиндрический резонатор 1 соверщает свободные затухающие колебания, которые с помощью приемника 2 преобразуются в электрический сигнал. С помощью реле уровня 13 из затухающего синусоидального сигнала формируются импульсы постоянной амплитуды, которые подсчитываются счетчиком 9. После прохождения последнего периода сигнала, амплитуда которого больще уровня срабатывания реле 13 элементом сравнения 12, формируется сигнал, который перебрасывает триггер П. В результате ключ 6 замыкается, а ключ 14 размыкается. Затем весь процесс повторяется сначала. Длительность времени, в течение которого амплитуда сигнала падает от уровня, определяемого блоком автоматической регулировки усиления 7, до уровня, определяемого реле 13, зависит от вязкости контролируемой среды и равна Tj.

Для измерения частоты колебаний резонатора 1 может использоваться выходной сигнал реле уровня 13 (в случае измерения частоты в режиме затухающих колебаний) или выходной сигнал предварительного усилителя 4 (при непрерывном измерении частоты).

При измерении частоты колебаний резонатора 1 в режиме свободных затухающих колебаний погрещность от нестабильности фазового сдвига усилителей 4, 5 отсутствует и частота колебаний определяется выражением:

0)1 шоУ1 -f где (DO - частота свободных незатухающих

колебаний резонатора 1;

f - параметр затухания, связанный с добротностью резонатора 1 соотнощением:

ао

в режиме непрерывных автоколебаний частота выходного сигнала датчика, описанного в 2 с учетом фазового сдвига усилителей, равна: ( ыо (I + -оШдо) VI - Wi +

где Д q)-фазовый сдвиг в усилителях (предварительном и усилителе мощности).

Например, при Q 1000, Д9 5° и ао 10000 Гц получим

А со 0,86 Гц.

При непрерывном измерении частоты выходного сигнала за время T Ti-f Tj, абсолютная погрещность предлагаемого устройства также меньше, чем датчика, описанного в 2, и составляет:

До) АО TvJrT

Таким образом, повыщение тЬчности здесь достигается за счет уменьщения времени непрерывных автоколебаний.

Для расщирения функциональных возможностей устройства используется счетчик импульсов 9, в котором фиксируется число импульсов п, пропорциональное добротности резонатора 1:

n Q.4-ln, где и i- напряжение стаоилизации блока ав томатической регулировки усиления 7; Ui - уровень срабатывания реле 13. Добротность резонатора 1 определяется параметрами контролируемой среды, свойствами материала резонатора 1 и его конструктивными элементами. Достоинством предлагаемого устройства является отсутствие погрешности от нестабильности фазового сдвига усилителя и возможность одновременного измерения добротности резонатора, что улучшает его технико-экономические показатели по сравнению с известными аналогичными устройствами. Формула изобретения Устройство для измерения давления, содержащее частотный датчик давления с резонатором и системами возбуждения и съема колебаний, подключенный к последовательно соединенным предварительному усилителю и усилителю мошности, выход которого соединен с возбудителем колебаний резонатора, и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения погрешности от нестабильности фазового сдвига усилителей и расширения функциональных возможностей путем одновременного измерения добротности резонатора, оно снабжено блоком автоматической регулировки усиления, блоком управления, счетчиком числа колебаний резонатора и ключом, включенным между предварительным усилителем и усилителем мощности, при этом блок автоматической регулировки усиления и блок управления подключены к выходу предварительного усилителя, один из выходов блока управления соединен с ключом, а другой его выход подсоединен к счетчику числа колебаний резонатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Новицкий П. В. и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. Л., «Энергия 2.Авторское свидетельство СССР № 427256, кл. G 01 L 11/00, 1972 (прототип).