Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ
УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДАВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к измерительной технике, в частности может быть использовано для контроля давления (избыточного, абсолютного, разрежения, разности давлений) нейтральных и агрессивных сред. Сущность изобретения: устройство содержит измерительный генератор, в котором возбуждается измерительный камертонный кварцевый резонатор, опорный генератор, в котором возбуждается опорный камертонный кварцевый резонатор, при этом измерительный и опорный камертонные кварцевые резонаторы размещены в герметичных сильфонах, заполненных инертным газом, далее устройство содержит узлы умножения частот измерительного и опорного генераторов в n раз, схему выделения разностной частоты, выполненную в виде СD-триггера, и узел индикации разностной частоты, выполненный в виде преобразователя частота - напряжение с аналоговым идикатором, на оцифрованную шкалу которого нанесены сегменты, соотвествующие критическим значениям давления. Такое выполнение устройства обеспечивает наглядную визуальную индикацию измеряемого давления при сохранении хороших эксплуатационных характеристик. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2139508
Класс(ы) патента: G01L9/08
Номер заявки: 98124086/28
Дата подачи заявки: 30.12.1998
Дата публикации: 10.10.1999
Заявитель(и): Экспериментальная биофабрика
Автор(ы): Фролов Н.С.; Суслов Н.В.
Патентообладатель(и): Экспериментальная биофабрика
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике, в частности, может быть использовано для контроля давления (избыточного, абсолютного, разрежения, разности давлений) нейтральных и агрессивных сред.
Широко известны устройства, в которых контроль давления осуществляется с помощью различных первичных измерительных преобразований (датчиков): емкостных, тензорезисторных, пьезоэлектрических и т.п. (журнал "Приборы и системы управления" N 10, 1990, - М.: Машиностроение, с. 6- 12).
Недостатком устройства контроля давления с применением указанных датчиков является относительно низкая стабильность и воспроизводимость характеристик, влияние паразитных импедансов, трудность линеаризации функции преобразования и сильное влияние температуры окружающей среды на результат измерения.
Известны измерительные устройства с пьезокварцевыми датчиками (Малов В. А. Пьезорезонансные датчики. - 2 изд. -М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 61), значительно превосходящими по стабильности указанные аналоги.
Однако производство таких датчиков требует еще более высоких технологий и применения дорогостоящих материалов, что приводит к высокой стоимости как первичных измерительных преобразований (порядка 50 долларов), так и самих устройство контроля давления (порядка 250 долларов).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство с использованием описанного в том же источнике (с. 202 - 203) датчика давления на камертонном кварцевом резонаторе с типовой схемой включения, приведенной там же (с. 91), и использованием в качестве опорного герметизированного кварцевого резонатора.
Недостатком указанного устройства является то, что оно реализовано в виде экспериментального образца без достаточной конструкторской проработки и экспериментальных исследований. Кроме того, предложенная физическая модель датчика давления на камертонном кварцевом резонаторе в виде сферического излучателя в бесконечном объеме неадекватна и может ввести в заблуждение потенциальных разработчиков измерительных устройств на основе таких датчиков давления, так как по измерительным данным резонатор, находящийся в кожухе диаметром 2 мм при длине 6 мм с отверстием для связи с окружающей газовой средой, что явно не соответствует предложенной физической модели, в диапазоне измерения от 0 до 400 мм рт.ст. (0 - 0,5 ати) характеризуется практически идеальной линейностью. Сходимость результатов 200 измерений устройства с таким датчиком и измерений образцовым манометром имеет коэффициент корреляции 0,99995. Это очень важное обстоятельство позволяет использовать в качестве такого датчика стандартный часовой камертонный кварцевый резонатор, например РК 206 или ему подобный, произведя лишь незначительную "доработку" - его разгерметизацию. Стоимость такого датчика при существующих ценах на часовые резонаторы не превысит 0,05 долларов (5 центов).
Задачей изобретения в пределах единого изобретательского замысла является создание простого и надежного средства измерения давления с наглядной индикацией давления и улучшенными эксплуатационными характеристиками; возможностью эксплуатации в широком диапазоне температур окружающей среды (от минус 40oC до плюс 60oC), малые габариты, экономичность, возможность автономного питания.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство содержит измерительный пьезокварцевый преобразователь, измерительный генератор, опорный пьезокварцевый преобразователь, опорный генератор, при этом измерительный и опорный пьезокварцевые преобразователи размещены в герметичных сильфонах, заполненных инертным газом, узлы умножения частот генераторов в n раз, выполненные в виде автогенераторов с фазовой автоподстройкой частоты с использованием в цепи автоподстройки делителей на n, узел вычитания произведений частот, выполненный в виде CD-триггера, аналоговый частотомер, выполненный в виде преобразователя частота - напряжение, со стрелочным индикатором, на оцифрованную шкалу которого нанесены сегменты, соответствующие критическим значениям давления.
Это предельно простыми средствами позволяет создать устройство, имеющее точность того же порядка, что и при использовании электронно-счетных частотомеров, но по уровню визуальной наглядности индикации значительно превосходящее устройства с цифровой индикацией. Кроме того, при реализации указанной совокупности признаков возможно использование изобретения и в объектах иного вида, например в измерительных устройствах с низкочастотными пьезокварцевыми датчиками (термометрах, расходомерах, гидрометрах и т.п.); для этого достаточно установить в измерительном генераторе соответствующий пьезокварцевый датчик, в опорном генераторе - соответствующий образцовый резонатор, а шкалу индикатора проградуировать в соответствующих размерных единицах.
На чертеже представлена схема устройства. Устройство содержит измерительный генератор 1, в котором возбуждается измерительный камертонный кварцевый резонатор 2, помещенный в сильфон 3, опорный генератор 4, в котором возбуждается опорный камертонный кварцевый резонатор 5, помещенный в сильфон 6, при этом сильфоны 3, 6, заполнены инертным газом, а измерительный и опорный резонаторы 2, 5 выполнены негерметичными, далее устройство содержит умножители частоты в n раз 7, 8, узел вычитания частот 9, выполненный в виде CD-триггера, входы которого подключены к выходам умножителей 7, 8, а выход - к выходу аналогового частотомера, выполненного в виде преобразователя "частота - напряжение" 10, к выходу которого подключен первый вход стрелочного индикатора 11, на оцифрованную шкалу которого нанесены сегменты, соответствующие критическим значениям давления, индикатор 11 через регулируемый добавочный резистор 12 подключен к регулируемому балансировочному резистору 13.
Устройство работает следующим образом.
При включении устройства измерительный камертонный кварцевый резонатор 2, помещенный в сильфон 3, возбуждается в генераторе 1 на частоте последовательного резонанса, а опорный камертонный кварцевый резонатор 5, помещенный в сильфон 6, имеющий частоту последовательного резонанса, соответствующую нижней границе измеряемого давления, возбуждается в генераторе 4.
Переменные напряжения с генераторов с частотами f и f0 поступают на умножители частоты 7, 8, с выходов которых после умножения частоты в n раз - на узел вычитания частот 9, с выхода которого разностная частота n (f-f0) поступает на вход преобразователя "частота - напряжение" 10, выходное напряжение которого, пропорциональное разностной частоте n (f-f0), регистрируется индикатором 11, оцифрованная шкала которого разбита на сегменты, соответствующие критическим значениям давления, стрелка индикатора, отклоняясь при этом, указывает числовое значение и сегмент контролируемого режима. С помощью регулируемого балансировочного резистора 13 стрелка индикатора устанавливается на начало шкалы, а с помощью регулируемого добавочного резистора 12 устанавливается необходимый диапазон контроля так, чтобы показание стрелки индикатора при максимальном отклонении соответствовало концу шкалы.
Преимущество предлагаемого устройства состоит в том, что устройство, имеющее точность того же порядка, что и при использовании электронно-счетных частотомеров, по уровню визуальной наглядности индикации значительно превосходит последние. При коэффициенте умножения n=10 (узлов умножения частоты) разрешающая способность устройства имеет величину порядка 1·10-6 на одно деление индикатора.
Разработанный на основе данного технического решения манометр со стрелочной индикацией обеспечивает наглядную индикацию избыточного давления в диапазоне от 0 до 0,5 ати (и выше), а также разрежения от 0 до 0,5 ат с разрещающей способностью 0,01 ат на деление, что позволяет использовать его для технических целей во многих областях промышленности и народного хозяйства, в частности: топливно-энергетической, химической и пищевой промышленности, в медицине, строительстве, сельском хозяйстве и т.п.
Наиболее перспективным является применение устройства для контроля уровня (объема или массы) жидкостей в емкостях, резервуарах, цистернах, баках и т.п. с высотой столба жидкости от 2 до 5 метров.
При этом если резервуар расположен вертикально и имеет одинаковое (по высоте) сечение, то зависимость уровня (объема или массы) жидкости от давления выражается простой линейной зависимостью P = ρgh(V = Sh, m = ρSh) и шкала прибора может быть проградуирована в единицах уровня (объема или массы). Сложнее эта зависимость выглядит для цилиндрической емкости, расположенной на боку, так как в формулу зависимости объема и массы от давления входит явно нелинейное выражение вида

Однако и в этом случае на 80% средней части графика функция поддается линейной аппроксимации с погрешностью не более 2%.
Данное обстоятельство позволяет рассмотреть возможность применения устройства для оборудования подвижного парка железнодорожных и автомобильных цистерн пьезокварцевыми датчиками давления, что даст возможность легко контролировать в них уровень жидкостей (объем или массу).
При достижении уровня унификации, давно достигнутого в производстве электронных кварцевых часов, один измерительный (индикаторный) блок может использоваться для контроля сотен и тысяч цистерн, оборудованных такими датчиками.
Формула изобретения: Устройство для контроля давления, содержащее измерительный пьезокварцевый преобразователь, измерительный генератор, опорный пьезокварцевый преобразователь, опорный генератор, узлы умножения частот измерительного и опорного генераторов в n раз, схему выделения разностной частоты и узел индикации разностной частоты, отличающееся тем, что измерительный и опорный пьезокварцевые преобразователи размещены в герметичных сильфонах, заполненных инертным газом, схема выделения разностной частоты выполнена в виде CD-триггера, входы которого подключены к выходам умножителей, а выход - к входу узла индикации, выполненного в виде преобразователя частота - напряжение, к выходу которого подключен первый вход аналогового индикатора, на оцифрованную шкалу которого нанесены сегменты, соответствующие критическим значениям давления, а второй вход индикатора через регулируемый добавочный резистор подключен к регулируемому балансировочному резистору.