Способ определения давления жидкости и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике Целью изобретения является повышение точности измерения давления за счет исключения влияния нестабильности упругих характеристик чувствительного элемента датчика на результат измерения и расширение функциональных возможностей измерительного устройства путем одновременного измерения температуры Сущность изобретения заключается в трехтактном измерении перемещения упругого чувствительного элемента 1 при одновре менном воздействии на него на первом такте - давления измеряемой среды и давления газа г опорной попггти эт мка давления пропорционального температуре измрря мой , на втором такте - калибрование го усилия на третьем такте калибр втнного усилия, отличного от перяого. а в последующем преобразовании выходных сигнало0 датчика соответствующих трем тактам измерения в два эгектри ческих сигнала, пропорционал ных давлению и температуре измеряемой ;ре ды Устройство дпя осуществления способа еодерхит датчик с упругим чувствительным элементом 1, размещенные в герметичной заполненной газом опорной полости, воспринимающий непосредственно давление измеряемой среды В корпусе датчика 5 дополнительно размешен электромагнит Q для создания на чувствительном элементе калиброванных усипий Управление устройством в соответствии с алгоритмом способа производится с помощью блока 23 упоавления и логических элементов 11-15 20-22 и 24-26, а определение температуры и давления - с помощью ЭВМ i ил Ё ммм« Ь

СОЮЗ СОВГТСКИХ социАлистических

РЕСПУБЛИК (я>5 G 01 L 11/00

ГОСУДАP СТВЕ НН!э!Й КОМИ! Е T

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТ ЮРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ б

У

8 (21) 4652945/" 0 (22) 22.02.89 (46) 30.01.91. Бюл. ¹ 4 (72) Ю.Е. Крылов и Ю.А.Убран цев (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 842334, кл. G 01! 9/10, 1981. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

О СУЩЕ СТВЛ Е Н ИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точнос1и измерения давления за счет исключения влияния нестабильности упругих характеристик чувствительного элемента датчика на результат измерения и расширение функциональных возможностей измерительного устройства путем одновременного измерения температуры.

Сущность изобретения заключается в трехтактном измерении перемещения упругого чувствительного элемента 1 при одновременном воздействии на него на первом такте — давления измеряемой среды и давления

„„5U „„1624292 А 1 газа опорной полости матч.лка давления про орционального 1смпературе иэмеря :М0А среды, на втором такте — калиброванного усилия на третьем такте калийр ванног0 усилия, отличного от первого, à также в последующем преобразовании выходных сигналов датчика, соотвптс геующих трем тактам измерения, в два электрических сигнала, пропорциснал ° ных давлению и гемпературе измеряемой среды. Устройство для осуществления способа содер.кит датчик с упругим чувствительным элементом 1, разме.ценным в герметичной заполненной газом опорной полости, воспринимающий непосредственно давление .эмеряемсй среды. В корпусе датчика 5 дополнительно размещен электромагнит 9 для создания на чувствительном элементе калиброванных усилий. Управление устройством в "оответствии с алгоритмом способа производится с помощью блока 23 управления и логических элементов 11-15, 20-22 и

24-26, а определение температуры и давления — с помощью ЭВМ. 1 ил.

1624292

Изобретение относится к измерительной технике.

Цель изобретения — повышение точности и расширение функциональных возможностей путем одновременного измерения 5 давления и температуры.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство состоит из датчика с чувствительным элементом в виде нежесткого 10 сильфона 1, внутренняя полость которого через штуцер 2 непосредственно сообщена с измеряемой средой. Центр сильфона соединен штоком с плунжером 3, являющимся подвижным элементом магнитопровода ин- 15 дуктивного преобразователя 4 и размещенным в приваренном к корпусу 5 немагнитном стакане 6, образующем с полостью 7 герметичную, заполненную газом термометрическую систему датчика. 20

На штоке плунжера размещен сердечник 8 электромагнита 9, катушка которого охватывает стакан 6. Выход индуктивного преобразователя 4 подключен к входу электронного преобразователя 10, выходной 25 сигнал которого подается на входы электронных ключей 11-13, Выходы ключей 11 и

12 соединены с входами запоминающего ус ройства 14, выходы которого через электронные ключи 15 и 16, а выход ключа 13 30 непосредственно, соединены с входами

ЭВМ 17. Выходы ЭВМ 17 соединены с входами показывающих приборов давления 18 и температуры 19 соответственно. Через электронные ключи 20 и 21 выходы источни- 35 ка 22 стабилизированного тока соединены с обмоткой электромагнита.

Блок 23 управления обеспечивает подачу сигналов управления с выхода 1 на ключ

11, с выхода 3 на влюч 20 непосредственно, 40 через блок 24 запаздывания на ключ 13, с выхода 2 на ключ 21 непосредственно, через блок 25 запаздывания на ключ 12 и через блок

26 запаздывания на ключи 15 и 16.

Электронные ключи, источник стабили- 45 зированного тока, блоки запаздывания, запоминающее устройство представляют собой стандартные устройства, применяемые в электронике.

Блок 23 управления представляет со- 50 бой стандартный трехфазный мультивибратор, обеспечивающий циклическое формирование импульсов прямоугольной формы последовательно на выходах 1-3 и применяемый в устройствах управления 55 электромеханическими исполнительными устройствами.

Способ определения давления реализуют в алгоритме действия устройства.

Устройство работает следующим образом, Измерение производится в три такта.

На первом такте измерения на выходе 1 блока 23 управления формируется управляющий сигнал, открывающий ключ 11, Сильфон 1 под действием измеряемого давления

P и давления газа в термометрической системе датчика Рг1, пропорционального измеряемой температуры t, перемещается на величину 11, преобразуемую в электронном преобразователе 10 в электрический сигнал

h>, соответствующий первому равновесному положению сильфона, описыьаемому следующим выражением

S Р— S Р =С1, (1) где P — величина измеряемого давления;

Рг — величина давления газа в термометрической системе датчика на первом такте измерения;

S — эффективная площадь сильфона;

С вЂ” коэффициент упругости сильфона;

11 — перемещение сильфона на первом такте измерения.

Тогда, с учетом пропорциональности электрического сигнала hi величине перемещения сильфона 11, принимая коэффициент пропорциональности равным единице, получают следующее выражение

S P — S Рг1 = Ch<. (2) где h> — выходной сигнал электронного преобразователя на первом такте измерения, Затем сигнал h> с выхода электронного преобразователя 10 через ключ 11 поступает на вход 1 запоминающего устройства 14 и запоминается.

На втором такте измерения на первом входе блока 23 управления управляющий сигнал становится равным нулю и формируется сигнал на втором выходе блока 23 управления, При этом ключ 11 закрывается и открывается ключ 21, через который от источника 22 стабилизированного тока запитывается током 11 катушка электромагнита

9. Последний создает калиброванное усилие 01, перемещающее сильфон 1 во второе равновесное положение, и на выходе электронного преобразователя 10 формируется выходной сигнал Ьз, При этом третье равновесное положение датчика описывается выражением

S Р— S Р,з=С1з, (4) где Ьз — выходной сигнал электронного преобразователя на третьем такте измерения;

Ргз — давление газа на третьем такте измерения.

После перехода чувствительного элемента датчика в третье положение равновесия срабатывают блоки 24 и 26

1624292

30 (Н (и Н-ta Н-to (hg-h>)% — (hr hr Я (o - r h)-ЬДЕгЦ P:

0o) 5

Таким образом, измерительное устройство позволяет реализовать способ определения давления, обеспечивающий запаздывания и управляющим сигналом блока 23 управления открываются ключи 13, 15, 16, через которые сигналы h> и hg с выходов 3 и 4 запоминающего устройства 14, а сигнал Ьз с выхода электронного преобра- 5 зователя 10 одновременно поступают на входы 3ВМ, С учетом того, что давление газа Р,(в опорной полости датчика описывается следующим выражением 10

Рг((1 +,8 1)

Ро Н (5)

Н вЂ” й| где Ро — величина начального давлечия газа в опорной полости при t= 0 С, P =

=О, кгс/см; 15

Н вЂ” высота опорной полости датчика, приведенная к эффективной (лощади сильфона (высота Н определяетс» из coo(ношения Н = V/S. где V — объем опорной полости

7 при Р - О, кгс/см, t = 0 С, 5 — эфф ктивная 20 площадь сильфона);

P — коэффициент температурного расширения газа;

t — величина измеряемой температуры;

Ь1 — выходной сигнал электронного пре- 25 образователя на i-том такте измерения, выражения (2), (3), (4) после соответствующих преобразований могут быть записаны следующим образом

S(H-hi)P — РоHS /Й вЂ” 61(Н-h>)C =

= PoHS, (6)

S(H-h2)P-PoHSpt-h2(H-hz)C =

= PoHS+(H h2) 0, (7)

S(H hp)P PoHS j3t Ьз(Н-h3)C =

PoHS + (H-h3) 02 (8) 35

Выражения (6), (7), (8) образуют систему уравнений, имеющую единственное реше-. ние относительно неизвестных P, t и С, что позволяет, с одной стороны, определять текущее значение коэффициента упругости 40 сильфона С, изменяющееся в процессе старения, а с другой стороны, — значения давления P и температуры t, не зависящие от коэффициента упругости, обеспечивая высокую точность измерения даже при суще- 45 ственном произвольном изменении упругости чувствительного элемента.

Решение системы уравнений (6), (7), (8) относительно неизвестных P u t описывается следующими выражениями

М (Н-hgj(hq-h>QH — (hl-ЛД -(Н hS (hl Л (Н (: "П " расширение функционал:,,ых «omah;o.(.настей путем одновременного измер ния;емпературы и по: ыше(ие точности изл1арс л(ия давления и тем(1ературы за счет иск як чения влияния нестабильнc(tè хараггерисTv(h .иругого чувствительного элемента нл, сзультат измерений.

Формула изобретения

1. Спосoá определения давления жидкости, основанный на преобразова .ии в электрический сигнал перемещения упругого чувствителы(ого элеме(тз датчика д аления, прои хэдящего;:од де (старцем давления и регистрации элек грического сигнала, о т л и ч а ю ц и и с я тем, что, с целы- пов ..шения точь. ости и гасширения функциональных возможностей (;утем одновремен(ого определения температ> ры, производят ((реобразование переме(цения у Ipy(.o(.o чувстви,ельного элемента в электрический сигнал э три этапа, при этом на первом этапе г,роизводят преобразование перемещения упругого элемента в электрический сигнал при действии на не;о разно (и давления контролируемой реды и давления газа в oflo(IHOH полости датчика, íà вто(Ом этапе ссздаютдополнительное силовое воз действие первой величины на чувствит-::Ib ный элемент, на третьем этапе создают дополнительное силовое воздействие ВТо рой величины на чу((ств(тельны(1 .-.лемент. при этом электри еские сигналы регистрируют в запоминающем устройстве, а ".ател определяют давление Р и тем (ературу t no следующим зависимостям с — ОГь-ллем ь. 1к — (- ы-л» "л

5 (лр - hq) (лз . -Д (лз hi) с " »" "I(" "" -л - -

Ро ЙЙ +- i$hz rTPhz hfdf где Н вЂ” постоянная вели«ина. пропорциональная объему опооной полос и датчика давления;

h<, Ьг, Ьз — электрические сигналы. пропорциональные перемещечию чувств..-ельного элемента на первом, втором и третьем этапах преобразования;

Oi и 9g — постоянные величины, пропорциональные первому и второму с((ловь м воздействиям на чувств и тел ьн ый элемент;

S — постоянная величина, пропорциоHdëüHàÿ эффективной площади чувстви. тельного элемента;

Po — постоянная eer èчина, пропорциональная начальному давлению газа в опорной полост., датчика;

1624292

Составитель А. Зосимов

Техред М.Моргентал Корректор Л. Бескид

Редактор И. Касарда

Заказ 182 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Г1роилнодственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

j3 - постоянная величина, пропорциональная коэффициенту темпаературного расширения газа в опорной полости датчика.

2. Устройство для определения давления жидкости, содержащее датчик давления, в опорной полости которого размещен упругий чувствительный элемент с жестким центром, соединенным при помощи штока с плунжером индуктивного преобразователя, который соединен с входом электронной измерительной схемы, и первый измерительный прибор, при этом опорная полость датчика герметизирована, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей путем одновременного определения температуры, в него дополнительно введены первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой и седьмой ключи, второй измерительный прибор, запоминающее устройство, микропроцессор, блок управления, источник постоянного тока, первый, второй и третий блоки задержки, и электромагнит с сердечником и катушкой, при этом опорная полость датчика заполнена газом, причем сердечник электромагнита установлен на штоке плунжера, а катушка электромагнита размещена неподвижно в корпусе датчика и подключена через первый и второй ключи к источнику постоянного тока, 5 выход электронной измерительной схемы через третий и четвертый ключи соединен соответственно с первым и вторым входами запоминающего устройства, а через пятый ключ — с третьим входом микропроцессора, 10 первый и второй входы которого через шестой и седьмой ключ. соответственно подключены к первому и второму выходам запоминающего устройства, первый и второй выходы микропроцессора подключены

15 к первому и второму измерительным приборам, причем первый выход блока управления подключен к управляющему входу третьего ключа, второй выход подключен к управляющему входу второго ключа непос20 редственно, а к управляющему входу четвертого ключа — через первый блок задержки, третий выход блока управления подключен к управляющему входу первого ключа непосредственно, а к управляющему

25 вход1 пятого ключа — через второй блок задержки, и к управляющим входам шестого и седьмого ключей — через третий блок задержки.