Способ измерения физической величины частотным датчиком Советский патент 1983 года по МПК G01L11/00 

Изобретение относится к сизмерительной технике и может быть использовано при создании частотных датчиков, различных физических величин давлений, температур и массовых плотностей жидких и газообразных сред и др. с измерительными преобразователями в виде упругих колебательных снсуезл с распределенными параметрами (струны, пластины, оболочки и т.д.).

Известны способы уменьшения погрешностей (например, температурных) частотных датчиков физических величин, требующие использования дополнительных датчиков 1..

Однако это приводит к усложнению конструкции соответствующих измерительных устройств.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому техническому эффекту является способ уменьшения температурных погрешностей частотного датчика давления с первичным измерительным преобразованием в виде тонкостенного цилиндрического резонатора.

В этом случае температуру резонатора измеряют с помощью специального миниатюрного частотного датчика температуры на базе монокристалла кварца, В результате получают два частот ных измерительных сигнала: один - соответствующий собственной частоте с изгибныхколебаний тонкостенного цилиндрического резонатора, которая зависит преимущественно от измеряемого давления, а другой - соответствующий собственной частоте- 2 колебани

Q .монокристалла кварца, которая зависим главным образом от температуры резонатора. Эти два сигнала поступают в миниатюрное специализированное цифровое вычислительное устройство, которое вырабатывает выходной сигналу

(например, в виде двоичного кодаИзмеряемой величины) как заданную функцию сигналов f и fa 5

P(.l,f2). причем функции F подбирается таким

20

образом, что в выходном сигнала исключаются температурные ошибки, связанные с изменением температуры резонатора 2.

Однако известный способ уменьше25ния погрешностей частотных датчиков требует встраивания в конструкцию основного датчика давления вспомогательного датчика температуры, что приводит к существенному усложнению конструкции измерительного устройства. Целью изобретения является увеличение точности измерений частотных датчиков физических величин с измери тельными преобразованиями в виде упругих колебательных систем с распределенными параметрами без существен™ него усложнения конструкции этих дат чиков. Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения физической величины частотным датчиком путем возбуждения колебаний в измери тельном преобразователе, выполнен.ном в виде упругой колебательной ,системы с распределенными параметрами, и регистрации частоты этих колебаний, в упругой колебательной системе .помимо колебания основной формы возбуждают колебаний нескольких различных дополнительных форм, число которых равно числу влияющих факторов, регистрируют собственные частоты каждой из возбуждаемых форм колебаний, и по отклонению квадратов этих частот от их нo /шнaпьныx значений судят истинном значении измеряемой физической величины. Рассмотрим гипотетический струнный датчик давления, в котором измеряемое давление преобразуется сначала в силу натяжения струны, а затем в частоту низшей формы ее изгибных колебаний. Считаем, что помимо низшей формы изгибных колебаний в струне возбуждают также и одну из форм колебаний растяжения сжатия. Тогда для частот . и €2 указанных форм колебаний справедливы следующие формулы (i; где Р ДТ измеряемое давление, отклонение фактической температуры Т датчика от его номинальной температуры СДТ Т-Тцом);частота низшей формы изгибных колебаний струны при и Т Тном частота низшей формы изгибных колебаний струны при и . постоянный безразмерный коэффициент, начальное механическое напряжение в материале струны (т.е. напряжение при и L, - длина струны, р - массовая плотность материала струны) ,- постоянный коэффициент, %Ч ар Jtt S - площадь поперечного сечения струны, 3.2 постоянный коэф||)ициент f частота избранной формы йолебаний растяжения-сжатия струны при Р#0 и ,|но„ , 2о астота избранной формы колебаний растяжения-сжатия струны при и .„, постоянный коэффициент, приведенная массовая плот- . ность колебательной системы) rt - приведенная масса колебйтельной системы. . сли используется лишь одна часто , то измеряемое давление опреется с ошибкой Л Т. Если же определения давления Р использообе частоты, то давление Р опреется следующей формулой, вытекаf уравнений С6 ) и (1) И)22-К)% 1l 2a-°iZ°2l ем в этом случае показания датчие зависят от изменения темперадТ.этой формуле введены обозначения 2 5- 9 ,V - f ° Формула изобретения Способ измерения физической величины частотным датчиком путем возбузйт дения колебаний в измерительном прет образователе, выполненном в виде упругой колебательной системы с распределенными параметрами, и регистрации частоты их колебаний, отличающ и и с я тем, чтсэ, с целью уменьшения погрешностей, вызванных неизмеряемыми влиякидими факторами, в упру-, гой колебательной системе помимо колебания основной формы возбуждают колебания -нескольких различных допол- , нительных форм, число которых равно числу влияющих факторов, регистрируют собственные частоты от каждой из возбуждаемых форм колебаний, и по отклонениям квадратов этих частот от их

.номинальных значений судит от истинном значении измеряемой физической величины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Туричин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин. Энергия, 1975, с. 35-39. 2. Проспект фирли Sotatron, Англия, 1977.