Датчик давления Советский патент 1982 года по МПК G01L9/10 

(54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к приборостроению, а именно к преобразованию механических величин в электрические,с

Известны устройства для измерения давления, содержащие упругий чувствительный ялемент, воспринимающий давление, и дифференциально-трансформаторный преобразователь перемещения . упругого чувствительного элементаСП.

При проектировании датчиков давления для подвижных объектов, на которых отсутствуют источники переменного тока, возникает задача разработки датчиков с дифференциальнотрансформаторными преобразователями, 3апитываемыми от источника постоянного тока. Эти датчики дополнитель- 20 но включают в себя модулятор (генератор ) для питания трансформаторного преобразователя и выпрямитель для преобразования переменного напряжения трансформаторного преобразователя в пропорциональное напряжение постоянного тока.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее упругий чувствительный элемент с дифференциально-х

трансформаторным преобразователем перемещения, вхол которого соединен с молулятором напряжения, а выход - с выпрямителем С2 .

Наиболее существенным недостатком известного устройства является изменение крутизны выходной характеристик ки датчика ( мультипликативная погрешность ), которая возникает нз-за изменения напряжения источника питания постоянного тока, нестабильности частоты и амплитуды напряжения модулятора, нестабильности сопротивления обмоток и размеров преобразователя, нестабильности крутизны характеристики выпрямителя.

Причиной нестабильности является изменение температуры окружающе среды,старение материалов и радиоэлементов от времени и другие факторы.

Целью изобретения является повыщение точности измерения давления за счет исключения нестабильности характеристик элементов, вызванной их старением.

Поставленная пель достигается тем, что в датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент с дифференциально-трансформаторным преобразователем перемещения, вход которого соединен с модулятором напряжения, а выход - с выпрямителем, введены дополнительный дифференциально-трансформаторный преоЬ разователь, якорь которого неподвижно установлен между магнитопроводами, дополнительный выпрямитель, стабилизатор напряжения и суммирующий усилитель, один вход которого соединен через дополнительный выпря митель , с выходными обмотками дополнительного трансформаторного п|эеобразователя, другой - с выходом стабилизатора напряжения, а выход соединен с входом модулятора, выход ко торого подключен к последовательно соединен ым между собой первичньЫ об моткам основного и дополнительного преобразователей перемещения. Введение новых элементов и их сое динение между собой и известными эле ментами обеспечивает автоматическую компенсацию мультипликативной погреш ности датчика за счет регулирования напряжения питания модулятора в зависимости от величины погрешности. На чертеже приведена схема устрой ства. Устройство содержит упругий чувствительный элемент 1, дифференциаль но-трансформаторный преобразователь 2 перемещения, состоящий из двух маг нитопроводов 3 и 4, на которых расположены первичные 5 и вторичные б обмотки. Между магнитопроводами расположен подвижный якорь 7, кинематически связанный с упругим чувствительным элементом 1. Устройство также включает выпрямитель 8, содержащий диод 9 и фильтр R-, С модулятор 10, состоящий из генератора 11 переменного тока и транзисторного ключа 12, дополнительный дифференциально-трансформаторный преобразователь 13 перемещения, аналогичный по конструкции преобразователю 2. Якорь 1 преобразователя 13 закреплен неподвижно меяшу магнитопроводами в положении, соответствующем положению якоря 7 при максимальном значении измеряемого давления. Дополнительный выпоямитель 15 содержит диод 16 и Фильтр RjCj. Элементы выпрямителя 15 ангитогич ны установленным в выпрямителе 8. Кроме того, устройство содержит стабилизатор 16 напряжения, суммирующий усилитель 17, содержащий опе рационный усилитель 18 и масштабные сопротивления Rj, Л и Rj, Суммирующий усилитель 17 препнаэ начен для реализации операции получения разности напряжений. К первому входу суммирующего усилителя 17 подключен стабилизатор 16 напряжений, к второму входу - выход дополнительного выпрямителя 15, К выходу суьв-шрующего усилителя 17 через ключ 12 подключены последовательно соединенные между собой первмчные обмотки дифференциально-трансформаторных преобразователей 2 и 13. К концам первичных обмоток преобразователей 2 и 13 подключен конденсатор Cj, настроенный в резонанс с индуктивностью первичных обмоток преобразовате-лей. Устройство работает следующим образом. При включении питания выходное напряжение стабилизатора 16 поступит на вход суммирующего усилителя 17 и на выходе усилителя появится напряжение и„. Это напряжение с помощью транзистопного ключа 12, непрерывно переключаемого током источника 11 переменного напряжения, преобразуется в импульсное напряжение, которым запитывается резонансный контур, образуемый емкостью С j и иНдук- тивностью первичных обмоток дифференциально-трансформаторных преобразователей 2 и 13. При этом в первичных обмотках преобразователей 2 и 13 потечет переменный синусоидсшьный ток 3, пропорциональный напряжению U и во вторичных обмотках преобразователей 2 и 13 наведутся напряжения, пропорциональные положению якоря 7 в воздушном зазоре между магнитопроводами 3 и 4. Напряжение с дополнительного преобразователя 13, после выпрямления выпрямителем 15, поступит на второй вход суммирующего усилителя 17, реализующего разность двух напрят ений, и на выходе усилителя установится номинальное напряжение и,- иТребуемая величина U обеспечивается настройкой выходного напряжения стабилизатора и . При подаче давления Р в чувствительный элемент 1он деформируется и перемещает якорь 7, пропорционально давлению Р. При этом на выходе дифференциально-трансформаторного преобразователя 2наводится напряжение, пропорциональное измеряемому давлению. Это напряжение выпрямляется выпрямителем 8 фильтруется (фильтр ) и на выходе датчика будет напряжение постоянного Тока, равное вь« М,-Р. где постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных параметров датчика. Так как якорь 14 дополнительного преобразователи 13 перемещения усхйнрвлен в Лоложении, соответствующем

перемещению чувствительного элемента 1 при давлении , то выходное напряжение выпрямителя 15 будет

U2 К,.3,.Р„

В процессе эксплуатации датчика из-за изменения температуры, внешних маг1штных полей, старения материалов от времени и других дестабилиэирую1цих факторов происходит изменение ряда параметров датчика (сопротивление обмоток 5 и б и геометрических размеров преобразователя 2, емкости Cj, характеристики диода 9, сопротивления ключа 12, частоты генератора 11 и др.), приводящих к изменению величины тока 3 и коэффициента К. В результате возникает изменение (дрейф) выходного напряжения датчика (Ug,), ,т.е. возникают погрешности измерения давления.

В предлагаемом устройстве происходит автоматическая компенсация погрешностей датчика за счет введения дополнительного преобразователя 13 перемещения, выпрямителя 15„ суммирующего усилителя 17 и стабилизатора 16 напряжения. Вследствие идентичности конструкции основного 2 и дополнительного 13 преобразователей перемещения и основного 8 и допонительного 15 выпряг штелей выходное напряжение выпрямителя 15. ( 3,-Р, будет изменяться от дестабилизирую|щих факторов так же, как напряжение Ugj,, .

Пусть при изменении какого-либо дестабилизирующего фактора произошло увеличение (уменьшение)тока 3 или коэффициента К,, тогда согласно уравнению (3) произойдет соответствующее увеличение (уменьи1ение) напряжения и2 (на величину UQ). Следовательно, выходное напряжение суммирующего усилителя 17 уменьшится (увеличится) согласно уравнению (1) также на величину При этом произойдет уменьшение (увеличение) тока, 3 . Уменьшение (увеличение) тока будет происходить до тех пор, пока flUj станет равным нулю, т.е. до восстановления выходного напряжения и2 выпрямителя 15 до величины и, KV 3, - при котором и„ „.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет изменения тока 3

протекающего в первичных обмотках 5 преобразователя 2.будет стабилизироваться, крутизна выходной характерис тики датчика (прюизведение ,) и, следовательно, выходное напряжение

датчика будет зависеть только от величины измеряемого давления Р, уравнение (1), т.е. устройство не будет иметь мультипликативной погрешности .

Предлагаемое устройство позволяет практически полностью исключить дрейф выходного напряжения от колебаний температуры, старения материсшов и внешних магнитных полей и

повысить точность измерения давления в 8-10 раз.

Формула изобретения

Датчик давления, содержащий упругий чувствительный элемент с дифференциально-трансформаторньгм преобразователем nepfметения, вход коTODoro соединен с мопулятооом напояжения, д выход - с выпрямителем отличающий ся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения нестабильности характеристик элементов, вызванной их старением, в него введены дополнительный дифференциально-трансформаторный преобразователь, якорь которого неподвижно установлен между магнитопроводами, дополнительный выпрямитель, стабилизатор напряжения и суммирующий усилитель, один вход которого соединен через дополнительный выпрямитель с выходными обмотками дополнительного трансформаторного преобраэователя, другой - с выходом стабилизатора напряжения, а выход соединен с входом модулятора, выход которого подключен к последовательно соединенным между собой первичным обмоткам

основного и дополнительного преобра зователей перемещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

50

1.Браславский Д.А. Авиационные приборы и автоматы. М., 1978, с. 15

2.Авторское свидетельство СССР 263229, кл. G 01 L 9/10, 1967

(прототип).