Устройство для измерения давления в широком диапазоне Советский патент 1981 года по МПК G01L11/00 

(54), УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения низкого вакуума, и может быть использовано при измерении абсолютного давления в системах управления,регулирования и контроля турбокомпрессорных и турбоэксгаустерных агрегатов.

Известен широкодиапазонный вакууметр, содержащий датчики давления, ограничители напряжения и измерительный прибор 1.

Недостатком этого вакууметра является низкая точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является вакууметр, содержащий манометрические датчики, подключенные к участкам делителя напряжения с переменным коэффициентом деления, источники опорных напряжений, многоцозиционный переключатель цепей и измеритель напряжения 2.

Недостаток этого вакууметра - малый диапазон измерений давления.

Цель изобретения - увеличение диапазона измеряемых давлений.

Пост;авленная цель достигается тем, что в устройство для измерения давления в широком диапазоне, содержащее группу датчиков давления с различными диапазонами измерения и группу соответствующих им источников опорных токов, подключенных ко входам двухканального коммутатора, измери гельный прибор и схему управления, выход которой присоединен к управляющему входу коммутатора, введены логарифмический функциональный преобразователь и масштабирующий усилитель, причем вход преобразователя соединен с выходом первого канала коммутатора, выход преобразователя соединен с выходом второго канала коммутатора и входом усилителя, а выход усилителя соединенс измерительным прибором и входом схемы управления.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, где: датчики давления 1-4, образующие группу 5, источники 6-9 опорных токов, образующие группу 10, двухканальный коммутатор 11, логарифмический функциональный преобразователь 12, масштабирующий усилитель 13, измерительный прибор 14, схема управления .15.

На фиг. 2 представлена схема одного из возможных вариантов конкретного исполнения предлагаемого устройства для измерения давления в широком диапазоне, где: датчики 1-4 давления, образующие группу 5, группа 10 источников опорных токов; двухканальный коммутатор И, логарифмический функциональный преобразователь 12, масштабирующий усилитель 13, измерительный прибор 14, схема 15 управления, подстроечные резисторы 16-19 датчиков давления; источник 20 стабильного напряжения; резисторы 21-24, которые совместно с 20 образуют группу источников оггорных токов; конденсатор 25 в цепи обратной связи операционного усилителя 27, резистор 26 в цепи обратной связи операционного усилителя 27, операционный усилитель 27, который совместно с конденсатором 25 и резистором 26 образует масштабирующий усилитель 13, резисторы 28-31 на входе компараторов; компараторы 32 и 33, логические схемы И 34 и 35, выходные устройства 36- 39, источник 40 стабильного напряжения, элементы 28-40 образуют схему 15 управления. На фиг. 3 изображены характеристики датчиков, напряжение на логарифмическом функциональном преобразователе и напряжение на выходе устройства. Сплошной линией изображены характеристики с учетом ограничений по датчикам и по логарифмическому функциональному преобразователю. Устройство содержит датчики 1-4 с различными диапазонами измеряемых давлений. Номинальное давление датчика i выбирается примерно в 2-3 раза большим, чем номинальное давление датчика i-1. Датчики давления допускают значительные перегрузки по давлению. Выходы датчиков 1-4 подключены к соответствующим входам первого канала коммутатора 11. Выход первого канала коммутатора 11 присоединен ко входу логарифмического функционального преобразователя 12, выход которого соединен с выходом второго канала коммутатор и входом масщтабирующего усилителя 13. Выходы источников 6-9 опорных токов соединены с соответствующими входами второго канала коммутатора 11. Выход масштабирующего усилителя 13 соединен с измерительным прибором 14 и входом схемы 15 управления. Выход схемы 15 управления соединен с управляюшим входом коммутатора 11. Напряжение на выходе устройства ивых пропорционально логарифму измеряемого давления РUBMX М% Р/Р , (О где А- коэффициент пропорциональности; р - давление, принятое за единицу, например, 1 кгс/см2. При давлении на входе датчиков, равном Р, напряжение на выходе датчика i определится по формуле Р,-2 Ui l7iH-|r ПРИ С2) где Ui напряжение на выходе датчика Р)Н - номинальное давление датчика i; UiH - номинальное напряжение датчика i, соответствующее номинальному давлению на входе датчика. Подставив в (1) значение Р из (2), поTr..ej.«fc%,«, где - напряжение, принятое за базисное. Первое слагаемое определяется напряжением, снимаемым с выхода датчика. Оно не зависит от номинального давления датчика и его коэффициента преобразования. Второе слагаемое определяется номинальными параметрами датчика и не зависит от величины измеряемого давления. Устройство работает следующим обраПри включении- устройства схема управления устанавливает коммутатор в положение, соответствующее работе наиболее чувствительного датчика. Это происходиа- независимо от величины давления на входах датчиков. Если измеряемое давление превышает диапазон первого датчика, происходит автоматическое переключение на следующий датчик, и так до тех пор, пока не будет выбран датчик давления, диапазон которого наилучшим образом соответствует измеряемому давлению. Выбор датчика осуществляется в результате взаимодействия логарифмического функционального преобразователя коммутатора, задатчиков опорных токов, датчиков и схемы управления. Схема управления действует так, что обеспечивается включение одного и только одного датчика давления, причем номер датчика определяется по величине напряжения на выходе усилителя 13. Для выбора датчика напряжение с выхода усилителя 13 подается на входы компараторов, входящих в схему 15 управления. Компараторы сравнивают сигнал, поступающий с выхода усилителя 13 с эталонными сигналами, определяющими уровни срабатывания компараторов. Благодаря положительной обратной связи, охватывающей каждый компаратор, имеет место гистерезис, т.е. напряжение, при котором происходит переключение компаратора из состояния «О в состояние «1 несколько больше напряжения, при котором компаратор переключается из состояния «1 в состояние «О. Компараторы настраиваются так, чтобы они последовательно переключались из состояния «О в состояние «1 при напряжениях на выходе усилителя 13, соответствующих по статической логарифмической характеристике давлениям m РО , т-Р.™ m )H. Здесь через Р, обозначено номинальное давление i - датчика, а через m - коэффициент запаса равный 0,9-0,95. На время переключения коммутатора 11 вход операционного усилителя 27 оказывается отключенным от выходов датчиков давления и источников опорных токов.

Для того, чтобы процесс переключения не вызвал существенного изменения напряжения на выходе операционного усилителя 27 и не привел к сбою работы схемы управления, в цепь обратной связи усилителя включен конденсатор 25. Емкость конденсатора 25 выбирается так, чтобы за время переключения коммутатора изменение напряжения на выходе усилителя было в несколько раз меньше величины петли гистерезиса компараторов.

Наличие петли гистерезиса у компараторов полезно еще и потому, что исключает многократные переключения коммутатора при незначительных колебаниях давления вокруг значения, соответствующего срабатывнию одного из компараторов. В результате предлагаемое устройство работает весьма устойчиво и обеспечивает высокую точность измерения давления в широком диапазоне.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления и широком диапазоне, содержащее группу датчиков давления с различными диапазонами измерения и группу соответствующих им источников опорных токов, подключенных ко входам двухканального коммутатора, измерительный прибор и схему управления, выход которой присоединен к управляющему входу коммутатора, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измерения, в устройство введены логарифмический функциональный преобразователь и масщтабирующий усилитель, причем вход преобразователя соединен с выходом первого канала коммутатора, выход преобразователя соединен с выходом второго канала коммутатора и входом усилителя, а выход усилителя соединен с измерительным прибором и входом схемы управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

№ 193125; кл. G 01 L 21/00, 1965 (прототип).