Частотний датчик тиску

Винахід належить до галузі приладобудування, може застосовуватися в датчиках тиску з частотним виходом, що спрягаються з цифровою обчислювальною машиною. Відомий частотний датчик тиску, що складається з циліндричного резонатора, електродів розміщених кругом нього, підсилювача системи збудження, LC - генератора високої частоти, фільтра високої частоти, резистора, джерела постійної напруги, та частотного детектора (А.с. СРСР №1000806, G01L 11/00,1983, бюл. №8). Недоліком пристрою є недостатня точність вимірювання тиску, так як не враховується вплив температури на зміну частоти коливань циліндричного резонатора. Найбільш близьким до запропонованого є частотний датчик тиску, що складається з механічного резонатора з системами збудження та зйому коливань, підключених відповідно до виходу та входу підсилювача-обмежувача, датчика температури з підсилювачем, джерела напруги зміщення, послідовно з'єднаних диференційного підсилювача та інвертируючого повторювача (Патент СРСР №1461147, G01L 11/00,1993, бюл. №41-42). Недоліком пристрою є недостатня точність вимірювання температури і тиску, що зумовлено використанням елементів аналогової техніки (підсилювача, підсилювача-обмежувача, диференційного підсилювача та інвертируючого повторювача). В основу винаходу поставлено задачу розробки датчика тиску шляхом введення додаткових елементів та нових зв'язків, що дають можливість підвищити точність вимірювання температури та точність перетворення параметра тиску в частотний сигнал. Для досягнення визначеної мети пропонується датчик тиску, що складається з механічного резонатора з системами збудження та зйому коливань, датчика температури з підсилювачем, в якому згідно з винаходом система збудження ввімкнута в схему авто генератора, що послідовно з'єднаний з смуговим фільтром, формувачем вихідного сигналу і мікропроцесорним пристроєм, датчик температури ввімкнутий в мостову схему, а його підсилювач приєднаний до другого входу мікропроцесорного пристрою. Введення таких додаткових елементів, як автогенератор, смуговий фільтр, формувач вихідного сигналу, мікропроцесорний пристрій , мостова схема та їх підключення згідно з винаходом дає можливість підвищити точність вимірювання параметра тиску. На фіг.1 Зображено функціональну схему датчика тиску. Ме ханічний резонатор 1 датчика тиску складається із внутрішнього вібруючого циліндра 2, зовнішнього циліндра 3, які в нижній частині за допомогою зварки з'єднуються з загальною основою. Об'єм між циліндрами герметизований. Вузол збудження резонансних коливань 4 розміщений в центрі конструкції і являє собою єдине ціле з основою. В вузлі збудження під кутом 90 відносно одна одної закріплені котушки 5 систем збудження коливань та зйому вихідного сигналу. Котушка системи збудження ввімкнута в схему автогенератора 6, який послідовно з'єднаний з смуговим фільтром 7, формувачем вихідних сигналів 8 і мікропроцесорним пристроєм 9. На основі розміщено датчик температури 10, який ввімкнено в мостову схему 11, що підключена до підсилювача 12, з'єднаного з другим входом мікропроцесорного пристрою 9. Датчик тиску працює наступним чином. Вимірюємий тиск подається через штуцер в порожнину між вузлом збудження 4 і внутрішнім вібруючим циліндром 2. Тиск в герметизованому об'ємі між циліндрами 2, 3 використовується як еталон при порівнянні з вимірюємим тиском. Резонансні коливання стінки внутрішнього циліндра 2 збуджуються котушкою 5 збудження, що включена в схему автогенератора 6, а зйом вихідного сигналу реалізується котушкою 5 системи зйому коливань. При відсутності вимірюємого тиску циліндр вібрує на самій низькій власній частоті механічного резонатора 1, яка визначається його геометрією. В відносно короткому, замкнутому на торцях тонкостінному циліндрі 2 за рахунок зміни крайових умов може існувати декілька мод (типів) коливань. В запропонованому датчику використовується мода коливань з вісьмома вузловими точками, як показано на фіг.2, де представлено вид циліндра 2 зверху. Частотний сигнал, пропорційний вимірюємому тискові, через смуговий фільтр 7 поступає на формувач ви хідного сигналу 8. На виході формувача виникає послідовність імпульсів з частотою коливань циліндра F=f(P), де Ρ - вимірюємий тиск. Ці сигнали поступають на перший вхід мікропроцесорного пристрою 9. На основі 1 датчика розміщується резисторний або термочутливий елемент 10, що включений в мостову схему 11. Зміна температури призводить до розбалансу мостової схеми, а різницевий сигнал поступає на підсилювач 12, з якого підсилений сигнал U=f(Τ), де Τ - температура газу в середині датчика, поступає на другий вхід мікропроцесорного пристрою 9. В мікропроцесорному пристрої враховується поправка на зміну температури та формується вихідний сигнал величини вимірюємого тиску. Таким чином, запропонований датчик тиску дозволяє підвищити точність вимірювання указаного параметру за рахунок підвищення точності вимірювання температури, точності* перетворення параметра тиску в частотний сигнал та врахування в мікропроцесорному пристрої поправки на зміну температури.