Устройство для измерения разности давлений Советский патент 1980 года по МПК G01L9/08 G01L13/02 

Изобретение относится к областитехники измерения неэлектрических величин, в частности к пьезорезо- нансным датчикам разности давлений .

Известны пьезорезонансные датчики разности давлений, в которых кварцевые пьезорезонаторы закреплены в упругом кольцевом элементе, а преобразователь измеряемых давлений в усилие выполнен в виде двухмембранного блока 1 .

Известно устройство, содержащее камеру с двумя входными отверстиями для подачи измеряемого давления, преобразователь разности давлений, соединенные с ним через силопередающие элементы преобразователи усилия в частоту в виде кварцевых резонаторов и дифференциальную схему измерения, подключенную к резонаторам J2..

Недостатком указанного решения является наличие погрешностей вследствие старения материалов и гистерезиса.

Цель изобретения - повышение точности путем контроля нулевых показаний в процессе измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введен логический блок контроля, подключенный к выходу дифференциальной схемы измерения, при этом преобразователь разности давлений в усилие выполнен

5 в виде трух мембран, центры которых связаны между собой, причем одна из мембран разделяет камеру на две одинаковые полости, а две боковые мембраны вместе со стенками камеры

10 образуют герметичные полости, в которых размещены резонаторы.

Логический блок контроля выполнен в виде двух идентичных логических схем, каждая из которых состоит из

15 порогового устройства, запоминающего устройства и ключевого элемента, причем в каждой логической схеме вход запоминающего устройства соединен со входом порогового устройства, один из входов ключевого элемента подключен к соответствующему выходу дифференциальной схемы измерения , а второй вход ключевого элемента подсоединен к выходу порогового

25 устройства другой логической схемы.

Выполнение преобразователя разности давлений в усилие в виде трех мембран, жестко соединенных центрами между собой, в совокупности с логическими блоком и электронным блоком измерения состоящим из двух идентичных измерительных схем, позволяет повысить точность измерения путем контроля нулевых показаний в процессе измерения. При этом сохраняется стабильность кварцевых резонаторов вследствие того, что герметичные полостиf в которых они наход ся, обычно вакуумируются и параме тр окружающей среды, таким образом, не старят резонаторы. Жесткое соединение мембраны в центрах дает возможность исключить влияние величины аб солютного давления на Г1реобразовс1те разности давлений в усилие и делае его дифференциальным. Упрощается конструктивное выполнение преобразователя разности Дсшл нйй в усилие и силопереданхцих эле .ме тов, например, по сравнению с прототипом. Кроме того, устройство поз воляет одновременно с измеряемым 1 сигналами определять знак разности давлений, т. е. + дР или ДР . В устройствах по схеме прототипа для определения знака применяют подпружиненные упругие элементы или опорные генераторы, которые являются ис точниками нестабильности нулевых по казаний приборов. Предлагаемая схема блока контроля позволяет контролировать нулевой сигнал в процессе эксплуатации без дамонтажа прибора. Становится возможным осуществлять прогнозирование изменения нулевых сигналов во времени. На фиг, 1 показана конструкция датчика разности давлений, разрез; на фиг. 2 изображена структурная схема преобразователя разности давлений; на фиг. 3 показаны выходные характеристики преобразователя рз.зности давлений; на фиг. 4 - б чоксхема логического блока контроля. Предлагаемое устройство состоит из датчика 1 разности давлений, дифференциальной схемы 2 измерения включающей четыре автогенератора и два смесителя, и логического блока 3 контроля. Конструктивно датчик разности давлений представляет собой совокупность двух пьезорезонанс ных датчиков 4 абсолютного давления размещенных в полостях А и Б корп са 5 и разделенных измерительной ме браной 6. Мембрана б зажимается между половинками корпуса 5 л фиксируется при помощи электроннолучевой или роликовой сварки. Выступающие внутренние части да чиков 4 служат для укрепления держ телей 7 с кварцевыми резонаторами и 9. Измерительная мембрана 6 же ко связана с двумя идентичными нем брандми 10 и 11, расположенныь.Ш си метрично относительно мембраны 6, Мембраны 10 и 11 крепятся к корпусу 5 при помощи контактной роликовой сварки. Мембраны 10 и 11 через силопередающие злементь; 12 сэединаны с кварцевыми резонаторг1мн 8 и 9, прикрепленными х иилнь-:дрическим держателям 7 клеем ТК-1- Камеры, в которых размеш.екы держатели с кварцевымирезонаторами, откачинаются до давления - IlO Mivi рт. ст. Давления Т5 и РО разност: ехсду которыми измеряется, подают через :игуцеры 13, расположенные на цилиндрической поверхности корпуса 5, Преобразование сигнала с датчика 1разности давлений осуществляется при помощи дифферепц - альной схемь: 2измерения, ;1редстазля;ол;ей собой сочетание идентичных авто1енератороз Г{см.фиг.2). Логический блок 3 контроля предназначен для осуществления автоматического контроля нулевых показаний устройства. Од-цн из вариантов исполнения логичеср:ой схемы представлен на фиг. 4, где 1С и Kj - ключи, ЗУ, и ЗУг, - заг О - инающее устройства, вые устройства. Преобразователь работает следующим образом. Если в полостях А к Е давления равны, то система мембран находится в равновесном состоянии и чувствительные элементы датчиков не воспринимают нагрузки. При изменении давления в одной из полостей Бозкикает усилие, пропорциональное этому изменению, Это усилие передается силолереда.ющим элементом 12 на чувствугтельнкй элемент соответствующего датчика давления, и на выходе измегителтзной схемы 2, возникает соответствуюш.ий частотный сигнал. На фиТг. 3 предстанлены входнье характеристики преобразователя, зазискмостъ частот на выходе смесителей См и СМг, - к „ соответственно г от измеряемой разности давления дР . U-P 1 -г, Если принять, ч го Р -Рг, (1) то при 1 -Р , AS положительнаяи работает кварцевнй резонатор S. выходе смесителя См, появпяется частота i fp (Z), г-д:;е SQI - нулевое значениз частоты. При этом fV , где ,2. - частота нг выходе а fon- нулевая чаосмесителятота, соответствуюшая нерабочему положению резонатора 8, анало ги-.кым образом, при Р, ) , ДР 4 О и , а 1% ЁОГ f У fol Линейные характеристики имеют некоторое смещение о:носительно нуля (зоны и .otj. счеТ аремекного старения конструкции, нестабильности измерительной мембраны и мамбран 10 и 11f а также погреиностсй измерителькой , Когда на измерительный блок датчика 1 воздействует Д О, на акходе смесителя См., появляется частотный сигнал fi . При этом час;-ота на выходе смесителя CMrj. равна foa что соответствует текущему значени нуля нижней половины измерительной схемы. Постоянстве - fol при измерениях + лР в рабочем диапазоне говорит о том, что на выходе смесителя СМо установился сигнал, ответствующий ( ЛР )0. Аналогичным образом контролируют нулевую частоту на выходе первого элек тронного блока измерения {д , Используя, эту методику, осуществляют прогнозирование ухода нуля во времени, при этом на основании экспериментальных данных частот определяют значения коэффициентов, характеризующих изменение fp и д. во времени. В случае, когда измерение длительное время производится в условиях (Р постоянного знака, т. е. одно из давлений постоянно превышает другое, то судить об изменении л можно по изменению д. наоборот. Справе.дливость этого объя няется жесткой связью мембран мембр ного блока поэтому старение любой из мембран в равной степени определяет изменение о oi (Фиг. 3). Работа логического блока контроля происходит следующим образом (см. фиг. 4). Частота , , соответс вующая полож;йтельной разности давлений 4- Р (Р 7 ) , поступает с выхода смесителя См на один из вхо дов порогового устройства ПУ ,на др гой вход которого подается частотны сигнал установки oi с запоминающего устройства ЗУ . Частота 5, рав ная од , пропускается ключом К , ч соответствует нерабочему состоянию кварцевого резонатора 8 при условии, когда г,. Аналогичным образом осуществляется работа нижне схемы на фиг.4, реагирукхцей на отрицательную разность давлений - ДР Таким образом, предлагаемое устр ство и схема измерения позволяют ко тролировать нулевой сигнал, знак разности давлений и величину измеряемой разности давлений в процессе эксплуатации без демонтажа и поверок прибора. Становится возможньам осуществлят прогнозирование смещения нуля при ра во времени. Формула изобретения 1.Устройство дяя измерения разнорти давлений, содержащее камеру с двумя входными отверстиями для подачи измеряемых давлений, преобразователь разности давлений в усилие, соединенные с ним через силопередающие элементы преобразователи усилия в частоту в виде кварцевых резонаторов и дифференциальную схему измерения, подключенную к кварцевым резонаторам, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности путем контроля нулевых показаний в процессе измерения, в него введен логический блок контроля, подключенный к выходу дифференциальной cxeNM измерения, при этом преобразователь разности давлений в-усилие выполнен в виде трех мембран, центры которых связаны между собой, причем одна из мембран разделяет камеру на две одинаковые полости, а две боковые мембраны вместе со стенками камеры образуют герметичные полости, в которых размещены кварцевьле резонаторы. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью автоматизации измерения, логический блок контроля выполнен в виде двух идентичных логических схем, каждая из которых состоит из порогового устройства, запоминающего устройства к ключевого элемента, причем в Кс1ждой логической схеме вход запоминагэщего устройства соединен со входом порогового устройства, один из входов ключевого элемента подключен к соответствующему выходу дифференциальной схемы измерения, а второй вход ключевого элемента подключен к выходу порогового устройства другой логической схемл. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР № 344303, кл. G 01 L 9/08, 1970. ,2. Авторское свидетельство СССР № 530209, кл. G 01 L 9/08, 1975 (прототип).

./.