Устройство для измерения давления

 

Устройство для измерения давления относится к измерительной технике, может быть использовано в системах измерения давления в тормозной магистрали транспортного средства и позволяет повысить точность измерения. Устройство содержит автотрансформаторный датчик 3 давления, выход которого через интегратор 25, масштабный усилитель 24, аналоговый коммутатор 16 и схему 23 выборки-хранения связан с входом АЦП 22 и через схему 29 сопряжения - с ЭВМ. Питание датчика осуществляется от генератора 1 прямоугольных импульсов, подключенного через счетчик 5 и усилитель 2. Для коррекции результатов измерения давления на изменение питания датчика в устройство введены второй измерительный тракт, содержащий интегратор 18, компаратор 19 и источник 20 опорного напряжения, а также система логических элементов 7 - 15, 26 - 28, 30 и 31, позволяющая вводить поправку на изменение питания в основной измерительный тракт. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

«в ци

Al (51)5 С 01 Ь 11/О

» ,„ .,,ат,т»йт . »1, ,1 т» и

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОПКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4477620/24-10 (22) 29.08.88 (46) 07.06.90. Бюл. N"- 21 (Ii) Московский институт инженеров железнодорожного транспорт.; (72) Е.Б. Миркин (53) 531.787(088.8) (56) Ыенк К., Титце У. Полупроводниковая схемотехника. M.: Мир, 1982.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации датчиков давления типа ИД-1 и ИД-2. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ . (57) Устройство для измерения давления относится к измерительной техни— ке, может быть использовано в системах измерения давления в тормозной магистрали транспортного средства и

2 позволяет повысить точность измерения,.

Устройство содержит автотрансформаторный датчик 3 давления, выход которого через интегратор 25, масштабный усилитель 24, аналоговый коммутатор 16 и схему 23 выборки-хранения связан,с входом АЦП 22 и через схему 29 сопряжения — с ЭВМ, Питание датчика ocymeствляется от генератора 1 прямоугольных импульсов, подключенного через счетчик 5 и усилитель 2. Для корре",ции результатов измерения давления . а ,ивменение питания датчика в устрой тво введены второй измерительный тракт,, содержащий интегратор 18, компаратор

19 и источник 20 опорного напряжения, а также система логических элементов

7-15, 26-28, 30 и 31, позволяющая вводить поправку на изменение питания н ос»раной измерит»канай тракт. 2 нн. а йй

1569621

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения давления s тормозной магистрали транспортного средства.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - ig эпюры напряжения, поясняющие формирование сигналов управления.

Устройство содержит генератор 1

-прямоугольных импульсов, усилитель 2 с подключенным на его выходе первым выводом датчиком 3 давления, вторым выводом подключенным к шине питания

4, счетчик 5, включенный между генератором 1 и усилителем 2, диод 6, подключенный параллельно датчику 3 20 давления в непроводящем относительно шины 4 питания направлении, к выходам соответствующих разрядов счетчика подключены первый 7, второй 8 и третий 9 инверторы, вторая 10 и тре- 25 тья 11 схемы И, соединенные с первой 12, четвертой 13, пятой 14 и шестой 15 схемами И, при этом выходы пятой 14 и шестой 15 схем И соединены с входами аналогового коммутатора 16, 30 подключенного своими входами к резистивному делителю 17, подсоединенному к выходу усилителя 2, к которому также подключены через интегратор 18 и компаратор 19 источник 20 опорного напряжения, первый вход схемы ИЛИ 21 и первый вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 22, соединенного через блок 23 выборки-хранения, аналоговый коммутатор 16 с масштабным усили- д телем 24 и через интегратор 25 со средней точкой обмотки датчика 3 давления, кроме ! того, блок выборки-хранения подключен ,через усилитель 26 к элементу ИЛИ 27, один из входов которого через элемент 5

28 задержки подключен к блоку сопряжения c èàãèñòpàëüþ 29 связи с ЭВМ.

При этом его выход соединен с входом

АЦП 22, а его вход подключен к входу триггера 30 и выходу элемента 31 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает сигнал с частотой, в 16 раз превышающей частоту, определенную техническими условиями эксплуатации датчика давления F.

В результате деления счетчиком 5 на

ego выходах наблюдается сетка частот

8F, 4F, 2F и Г. Сигнал с частотой

Р подается на вход усилителя 2 и даslee c его выхода на первый вывод датчика давления. В дальнейшем сигнал на выходе будем называть сигналом питания датчика давления. Амплитуда питания датчика давления зависит от амплитуды питания напряжения измерителя, температуры и других дестабилизирующих факторов, влияющих на работу импульсного усилителя. Параллельно обмотке датчика давления включен диод. Необходимость такого технического решения вызвана переходными процессами, происходящими в индуктивности при воздействии на нее импульсного напряжения.

Информационный сигнал снимается со средней точки датчика давления. Он получается как результат перераспределения напряжения питания в каждой из полуобмоток дифференциального датчика.

С выхода усилителя 2 напряжение (питания датчика 3 давления подается на резистивный делитель 17 напряжения, с выхода которого .снимается два сигнала, амплитуды которых соответствуют определенному давлению на краях диапазона датчика. Например, если датчик имеет предел измерения 15 атм, то на выходе резистивного делителя наблюдается напряжение, соответствующее 1 и

14 атм. Выходы резистивного делителя 17 подключены к первому и второму входам аналогового коммутатора 16, Третий вход его соединен через масштабный усилитель 24 и интегратор 25 со средней точкой обмотки датчика давления. Таким образом на входах аналогового коммутатора всегда присутствуют .два тестовых сигнала и один измерительный. Управление работой аналогового коммутатора осуществляется сигналами, сформированными на выходах двух схем И 14 и 15. Источником для формирования сигналов управления служит сетка частот на выходе счетчи-. ка 5. Она же является источником для формирования команд управления работой блока 23 выборки-хранения, вход которой подключен к выходу аналогового коммутатора, а выход к входу

АЦП 22.

Изменение давления приводит к изменению амплитуды сигнала на средней точке обмотки датчика давления. При этом значение напряжения может изме1569621 6 няться от некоторой минимальной до некоторой максимальной величины, например от 13,16 до 22,84 В.

После интегрирования интегратором

25 на входе масштабного усилителя

24 появляется сигнал, близкий по форме к треугольному. В задачу масштабного усилителя входит преобразование амплитуды информационного сигнала в сигнал, изменяющий свою аггплитуду от

0 до 10,24 В (в зависимости от давления) на входе АЦП 22.

Весь процесс измерения разбит на три основных этапа: 15 первый — измерение первого тестового сигнала, соответствующего ниж- ней точке диапазона измеряемого давления; второй — измерение второго тесто- 20 вого сигнала, соответствующего верхней точке диапазона измеряемого давления; третий — измерение текущего давления . 25

Первый этап измерения приходится на первую четверть импульса источника питания датчика давления. Как видно из эпюр напряжения, представленных на фиг. 2, в этот момент на уп- 3Q равляющих входах коммутатора 16 появляются сигналы "1" (У,) и "0" (У ) .Такая комбинация на управляющих входах укаI эывает, что на выход коммутатора пос. тупил сигнал с пеРвого входа. Сигналы 38 управления коммутатором формируются инвертором 8 и элементами И 10, 11, 14 и 15. В момент времени, соответствующий поступлению второй половины первой четверти, на управляющем входе блока выборки-хранения появляется сигнал логической единицы, по которому последний переходит из режима выборки в режим хранения. В формировании управляющего сигнала участвуют элементы 12 и 13 схемы И, инверторы

7 — 9 и элемент ИЛИ 27. В момент времени, соответствующий смене режимов блока выборки-хранения, сигнал логической единицы поступает на вход зле- яо мента 28 задержки, на выходе которого последний появляется с задержкой, определяемой апертурным временем блока 23 выборки-хранения. Далее через схему ИЛИ 21 и элемент 31 задержки

° этот сигнал переводит АЦП 22 в режим преобразования. Сигнал запуска АЦП одновременно включает триггер 30, который формирует сигнал "Запрет чте-, ния,поступающий на вход блока сопряжения с ЭВИ 29. С появлением этого сигнала невозможно чтение информации на выходной шинеЛосле окончания преобразования АЦП 22 на его выходе появляется сигнал "Конец преобразования", который возвращает триггер 30 в исходное cîñòoÿíèå и тем саигм разрешает чтение информации, поступившей на вход 29 с выхода АЦП 22.-Время с момента окончания преобразования до появления следующего сигнала логической единиггьг на управляющем входе блока выборки-хранения можно испольэо= вать для чтения информации на выходе блока сопряжения с ЭВИ 29. После смены адресного сигнала на входах У> и

У< аналогового коммутатора на его входе появляется второй тестовый сигнал, измеряемый аналогично.

За время третьей четверти происходит очередная смена адреса на входах

У и Y и на выходе аналогового ком1 мутатора 16 появляется информационный сигнал. Включение блока выборки-хранения осуществляется по сигналу с выхода элемента 27 и поступает в момент времени, соответствующий наступлению четвертой четверти импульса. Запуск в режим преооразования АЦП 22 осуществляется по сигналу с выхода компаратора 19. На era входах анализируются сигналы с выходов интегратора 18 и источника опорного напряжения. Время интеграции выбрано таким, что форма сигнала источника питания датчика давления полностью повторяет форму информационного сигнала на выходе интегратора 25. В этот момент времени, когда напряжение с выхода интегратора 18 будет равно или больше амплитуды опорного напряжения на втором входе компаратора 19 на его выходе появляется сигнал логической единицы, служащий исходным для формирования с по" мощью блоков 21 и 31 сигнала запуска

АЦП. Далее процессы повторяются, Амплитудное значение выходного сиг=нала на полуобмотке датчика при достаточно большом сопротивлении нагрузки определяется из выражения

riè L где Š— амплитудное значение напряtno жения источника питания датчика давления;

1569621

L — индуктивность полуобматки датчика в среднем положении якоря сердечника; д --круговая частота источника

5 питания;

r — - активное сопротивление обмотки датчика;

P --давление;

Р " давление, соответствующее среднему положению якоря датчика;

К вЂ” коэффициент, зависящий от конструктивных параметров датчика. 15

Рассмотрим, каким образом происходит компенсация влияния нестабильности напряжения источника питания датчика давления на измерение. Компаратор 19 срабатывает всякий раз, когда напряжение на его первом входе превысит значение порога Н. При этом компаратор срабатывает в интервал времени Ц, когда мгновенное значение амплитуды от источника питания датчика 25 давления U = U „„о sin g примет значение Е „„ sin q= Н. Напряжение на полуобмотке датчика достигает значения

U = U sin g и может быть выражено

me через напряжение порога компаратора 30

U = U

Н (2) ео .

>е

С учетом (1) выражение (2) примет вид 35

Из последнего выражения, видно, что при неизменном пороге срабатывания

40 компаратора напряжение на полуобмотке датчика зависит от конструктивных особенностей датчика и изменения давления.

45 . С изменением амплитуды питания датчика давления изменяется масштабная переменная g,ïðè этом мгновенное значение амплитуды с полуобмотки датчика остается неизменным (фиг.2).

Используя высококачественную элемент50 ную базу, можно добиться нестабильности порога срабатывания компаратора, не превышающей нескольких милливольт. формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее индуктивный дифференциальный датчик давления, к обмотке которого подключен первый усилитель, а также содержащее генератор прямоугольных импульсов, о т л и ч а ю щ е е -. с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено диодом, подключенным параллельно обмотке датчика, выполненной с отводом от средней точки, счетчиком, первым и вторым интеграторами, масштабным усилителем, компаратором, первой, второй, третьей, четвертой, пятой и шестой схемами И, первым, вторым, третьим инверторами, аналоговым коммутатором, схемой выборки и хранения, вторым усилителем, источником опорного напряжения, первой и второй задержками, триггером, аналого-цифровым преобразователем,. схемой сопряжения с ЭВМ, первым и вторьм элементами ИЛИ и резистивным делителем, при этом отвод от средней точки обмотки датчика через первый интегратор, масштабный усилитель подключен к третьему входу аналогового коммутатора, к первому и к второму входам которого подключены первый и второй выходы резистивного делителя, подключенного входом к выходу первого усилителя, генератор прямоугольных импульсов подключен к входу счетчика, первый выход которого подключен через первый инвертор к первому входу четвертой схемы И, второй выход — к первому входу первой схемы И и через второй инвертор — к первому входу второй схемы И, третий выход — к третьему входу пятой схемы

И, четвертый выход — к входу первого усилителя и к вторым входам третьей, четвертой, пятой и шестой схем И, при-. чем выходы первой и второй схем И подключены соответственно к первым входам третьей и четвертой схем И, выходы которых соединены соответственно с четвертым и пятым входами коммутатора, выходы пятой и шестой схем И подключены к входам первой схемы ИЛИ, выход которой через второй усилитель соединен с управляющим входом схемы выбор-! ки и хранения, при этом источник опорного напряжения соединен с компаратором, второй схемой ИЛИ и с первым.управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, второй управляющий вход которого подключен через вторую задержку, вторую схему ИЛИ,компаратор и второй интегратор к выходу первого усилителя, прн этом выход пятой схемы

1569621

Составитель А. Зосимов

Техред М,Моргентал Корректор О, Кравцова

Редактор JI. Гратилло

Заказ 2845 Тираж 458 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.„ д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

И соединен с входом первой задержки, первый выход которой подключен к вхо: ду второй схемы ИЛИ, а второй - к первому управляющему входу схемы сопряжения с ЭВМ и к третьему управляющему

5 входу аналого-цифрового преобразователя, управляющий выход которого подключен к первому входу триггера, к второму входу триггера подключен выход второй задержки, à er o выход — к второму управляющему входу схемы сопряжения с ЭВМ, при этом выход аналогового коммутатора через схему выоорки .и хранения, аналого-цифровой преобразователь соединен с цифровым входом схемы сопряжения с ЭВМ.