Датчик давления с цифровым выходом
Владельцы патента RU 2582305:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области средств автоматизации. Датчик давления с цифровым выходом содержит основной измерительный блок 1, состоящий из дифференциального реле давления 2 с рабочими плоскостями 3 и 4, разобщенными клапаном 5, и счетчика импульсов 6, двух дополнительных измерительных блоков 7 и 8 с реле давления 9 и 10, рабочие полости которых 11, 12 и 13, 14 разобщены соответственно клапанами 15 и 16, и счетчиков импульсов 17 и 18 с линиями сброса показаний 19 и 20, а также устройства измерения периода следования импульсов 21, соединенного своим входом с входом счетчика импульсов 6 и выходом реле давления 2. Реле давления 2 срабатывает при достижении перепада давления в рабочих полостях, равного ΔP; реле давления 9 - при 10ΔP и реле давления 10 - при 100ΔP. Технический результат заключается в возможности одновременного получения на выходе информации о величине давления и скорости его изменения в цифровом виде. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области средств автоматизации.
Известно устройство для измерения давления, содержащее U-образный манометр с коленами разного сечения и электроакустические преобразователи, при этом колено большего сечения выполнено в виде закрытой плоской крышкой камеры, разделенной вертикальной перегородкой на две полости, служащие полуволновыми акустическими резонаторами, причем одна из полостей соединена с измеряемой средой и коленом меньшего сечения, имеющее цифровой выход (а.с. СССР №317934, G01L 11/04 Бюл. №31 от 19.10.1971).
Недостатком этого устройства является ограниченная функциональная возможность, обусловленная отсутствием информации о скорости изменения давления.
Известен датчик давления с цифровым выходом, принятый за прототип (Авт. свид. СССР №297871, G01L 23/00, Бюл. №10 от 11.03.1971), содержащий измерительный блок, выполненный в виде дифференциального реле давления, одна полость которого соединена с входным клапаном и с первым входом клапана, другая полость - со вторым входом клапана, а выход реле давления подключен к управляющей камере клапана и счетчику импульсов, а также дополнительные измерительные блоки, подключенные к входному каналу параллельно основному блоку, счетчики импульсов которых последовательно соединены между собой каналами сброса показаний и имеют W-кратно увеличивающиеся диапазоны измерений.
Недостатком этого датчика давления является также ограниченная функциональная возможность, обусловленная отсутствием информации о скорости изменения давления.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей датчика давления с цифровым выходом, заключающееся в одновременном получении на его выходе информации о величине давления и скорости его изменения в цифровом виде.
Технический результат достигается тем, что датчик давления с цифровым выходом, содержащий первый измерительный блок, выполненный в виде дифференциального реле давления, одна полость которого соединена с входным клапаном и с первым входом клапана, другая полость - со вторым входом клапана, а выход реле давления подключен к управляющей камере клапана и к счетчику импульсов, а также дополнительные измерительные блоки, подключенные к входному каналу параллельно основному блоку, счетчики импульсов которых последовательно соединены между собой каналами сброса показаний и имеют W-кратно увеличивающиеся диапазоны измерения, дополнительно снабжен устройством измерения периода следования импульсов, вход которого соединен с выходом дифференциального реле давления и входом счетчика импульсов первого измерительного блока.
Техническая сущность предлагаемого изобретения состоит во введении в схему устройства измерения периода следования импульсов.
На фигуре показана схема датчика давления с цифровым выходом.
Датчик давления содержит основной измерительный блок 1, состоящий из дифференциального реле давления 2 с рабочими полостями 3 и 4, разобщенными клапаном 5, и счетчика импульсов 6, двух дополнительных измерительных блоков 7 и 8 с реле давления 9 и 10, рабочие полости которых 11, 12 и 13, 14 разобщены соответственно клапанами 15 и 16, и счетчиков импульсов 17 и 18 с линиями сброса показаний 19 и 20, а также устройства измерения периода следования импульсов 21, соединенного своим входом с входом счетчика импульсов 6 и выходом реле давления 2.
В датчик давления введен новый блок - устройство измерения периода следования импульсов 21, представленное, например, периодным частотомером [П.В. Новицкий, В.Г. Кнорринг, B.C. Гутников Цифровые приборы с частотными датчиками. «Энергия», Ленинградское отделение, 1970 г., стр. 228].
Датчик давления работает следующим образом.
Реле давления 2 срабатывает при достижении перепада давления в рабочих полостях, равного ΔP; реле давления 9 - при 10ΔP и реле давления 10 - при 100ΔP.
При изменении давления, например росте на величину ΔP, реле давления 2 срабатывает и клапан 5, управляемый его сигналом, открывается, объединив полости 3 и 4. При этом происходит выравнивание давления в полостях 3 и 4 реле давления 2 и оно возвращается в исходное состояние, а клапан 5 опять разобщает полости 3 и 4.
Дальнейший рост давления P приводит к повторению процесса срабатываний реле 2, которое регистрируется счетчиком 6.
Из-за инертности клапана 5 при сравнительно высокой скорости изменения давления показания счетчика 6 несколько меньше действительного значения P.
При увеличении давления в магистрали до величины 10ΔP срабатывает реле давления 9, увеличивая показания счетчика 17 на единицу. Последний, переключаясь по линии сброса 19, переводит счетчик 6 в нулевое состояние.
Погрешность, накапливаемая основным измерительным блоком 1, периодически компенсируется дополнительным измерительным блоком 7. Аналогично работает дополнительный измерительный блок 8, счетчик 18 которого сбрасывает по линии 20 счетчик 17 в нулевое состояние.
Число дополнительных измерительных блоков выбирается из условия получения требуемой точности измерения при максимально возможной скорости изменения давления.
Скорость изменения давления
где Δt - временной интервал изменения давления ΔP.
Соответственно величина Δt является временным интервалом между фронтами импульсов с выхода реле 2, т.е. периодом T следования импульсов.
Таким образом,
, где 
.
Измеряя частоту следования импульсов F устройством измерения периода следования импульсов 21, получаем цифровые отсчеты скорости изменения давления с коэффициентом пропорциональности ΔP.
Предлагаемый датчик измерения давления с цифровым выходом обеспечивает одновременное измерение давления и скорости изменения давления с максимальным быстродействием (за один период следования импульсов).
Датчик давления с цифровым выходом, содержащий первый измерительный блок, выполненный в виде дифференциального реле давления, одна полость которого соединена с входным каналом и с первым входом клапана, другая полость - со вторым входом клапана, а выход реле давления подключен к управляющей камере клапана и к счетчику импульсов, а также дополнительные измерительные блоки, подключенные к входному каналу параллельно основному блоку, счетчики импульсов которых последовательно соединены между собой каналами сброса показаний и имеют W-кратно увеличивающиеся диапазоны измерения, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен устройством измерения периода следования импульсов, вход которого соединен с выходом дифференциального реле давления и входом счетчика импульсов первого измерительного блока.
