PL151337B1 - Układ do pomiaru ciśnienia - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 151 337

POLSKA

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nr-Zgłoszono: 85 12 04 (P. 256603)

Pierwszeństwo--Zgłoszenie ogłoszono: 87 08 10

Opis patentowy opublikowano: 1991 01 31

Int. Cl.⁵ G01L 9/04 G01F 23/14

Twórca wynalazku: Władysław Marcinkowski

Uprawniony z patentu: Ogólnokrajowe Gwarectwo Węgla Brunatnego Centralny Ośrodek Badawczo-Projektowy Górnictwa Odkrywkowego „Poltegor“, Wrocław (Polska)

Układ do pomiaru ciśnienia

Przedmiotem wynalazku jest układ do pomiaru ciśnienia przeznaczony zwłaszcza do pomiaru poziomu lustra wody w piezometrach i w studniach odwodnieniowych, rozmieszczonych na terenie kopalni odkrywkowych.

Znane układy do pomiaru ciśnienia, a zwłaszcza do pomiaru poziomu lustra wody oparte są na metodzie zwarciowej, drabinkowo-rezystorowej lub wykorzystaniu czujników indukcyjnych bądź pojemnościowych. We wszystkich tych układach stosowane są osobne przewody odpowiednio dla zasilania i dla odbioru sygnału pomiarowego, co jest niekorzystne w przypadku pomiaru ciśnień na znaczną odległość i przy dużych głębokościach.

Z polskiego opisu patentowego nr 95117 znany jest miernik ciśnienia do współpracy z czujnikiem indukcyjnym, zawierający stabilizowany zasilacz sieciowy, generator zasilający i wzmacniacz oraz generator napięcia sinosuidalnego połączony ze wzmacniaczem. W torze ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza włączony jest mostek prostowniczy, który w przekątną ma włączone szeregowo wskaźniki i rejestrator. Wejście odwracające wzmacniacza jest połączone z czujnikiem pomiarowym poprzez zmienny rezystor, stanowiący korektor wychylenia. Wyjście generatora połączone jest z czujnikiem poprzez zmienny rezystor, stanowiący korektor napięcia zasilającego, którego suwak połączony jest poprzez układ prostująco-filtrujący z przełącznikiem wskaźnika.

W układzie tym możliwe jest dostrajanie miernika do indywidualnej charakterystyki czujnika. Czujnik pomiarowy z pozostałymi elementami układu połączony jest za pomocą co najmniej trzech przewodów, a to ogranicza zasięg pomiaru ze względu na znaczne koszty kabla połączeniowego.

Wynalazek dotyczy układu do pomiaru ciśnienia o czujniku membranowym, wyposażonym w mostkowy układ tensometryczny, połączony ze wzmacniaczem sygnału wejściowego. Istota wynalazku polega na tym, że układ składa się z części nadawczej utworzonej z czujnika i połączonego z jego wyjściem wzmacniacza obciążonego stopniem tranzystorowym, stanowiącym wzmacniacz prądowy oraz z części odbiorczej połączonej z nadawczą dwuprzewodowym kablem, zbudowanej z wejściowego układu progowego, połączonego ze stabilizatorem, przy czym obie części mają wspólne źródło zasilania.

Część nadawcza jest zabudowana w hermetycznej obudowie i przeznaczona jest do umieszczania w studni lub w piezometrze, część odbiorcza połączona z nadawczą dwuprzewodowym kablem może być umieszczona bądź przy miejscu pomiarowym na powierzchni,bądź w pomieszczeniu centralnych pomiarów. Kabel elektryczny dwużyłowy zasila część nadawczą, zarazem transmituje sygnał pomiarowy i wreszcie utrzymuje część nadawczą w otworze pomiarowym. Dzięki zastosowaniu stopnia tranzystorowego stanowiącego wzmacniacz prądowy w części nadawczej oraz układu progowego na wejściu części odbiorczej możliwe stało się wydzielenie z sumarycznego prądu pobieranego przez czujnik sygnału proporcjonalnego do składowej zależnej od wartości ciśnienia, mierzonej przez zespół membrana-układ tensometryczny. Możliwość łączenia obu części kablem tylko dwuprzewodowym pozwala na użycie typowych kabli dwuprzewodowych znacznie tańszych od kabli wielożyłowych z ekranem, co przy dużych odległościach i głębokościach pomiarów ma niebagatelne znaczenie dla obniżenia kosztów instalacji. Cienki kabel sprzyja także miniaturyzacji całego urządzenia, istotnej zwłaszcza przy pomiarach w wąskich studzienkach.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym jest pokazany schemat ideowy układu.

Układ według przykładowego wykonania zgodnego z wynalazkiem składa się z nadawczej części 1 wyposażonej w czujnik 2, utworzony z membrany 3 i naklejonych na nią tensometrów pracujących w mostkowym układzie 4. Mostkowy tensometryczny układ 4 połączony jest z wejściem operacyjnego wzmacniacza 5 obciążonego tranzystorowym stopniem 6, stanowiącym prądowy wzmacniacz. Tranzystorowy wzmacniacz 6 ma w obwodzie emitera diodę Zenera 7 połączoną posobnie z rezystorem 8 połączonym do jednego z przewodów kabla 9 i zarazem poprzez rezystor 10 do punktu zasilania tensometrycznego mostka 4. Kolektor tranzystorowego stopnia 6 połączony jest z drugim przewodem kabla 9 i zarazem poprzez rezystor 11 z drugim punktem zasilania tensometrycznego mostka 4. Część odbiorcza 12 ma na wejściu progowy układ 13 oparty na operacyjnym wzmacniaczu 14 i trzech posobnie połączonych rezystorach 15,16,17, z których pierwszy rezystor 15 przyłączony jest do jednego przewodu kabla 9 i zarazem bezpośrednio do nieodwracającego wejścia wzmacniacza 14, punkt wspólny połączeń pierwszego rezystora 15 i drugiego rezystora 16 połączony jest z jednym z zacisków źródła zasilania 18, zaś wspólny punkt drugiego rezystora 16 i trzeciego rezystora 17 połączony jest z odwracającym wejściem wzmacniacza 14. Druga końcówka trzeciego rezystora 17 połączona jest z drugim przewodem kabla 9 i zarazem z wyjściem układu stabilizatora 19. Stabilizator 19 oparty jest na tranzystorze szeregowym 20, którego emiter połączony jest z przewodem zasilającym, a baza połączona jest z wyjściem operacyjnego wzmacniacza 21. Kolektor tranzystora 20 połączony jest z wyłącznikiem 22 źródła zasilania 18. Odwracające wejście wzmacniacza 21 połączone jest z emiterem tegoż tranzystora 20, a nieodwracające wejście wzmacniacza 21 połączone jest z punktem wspólnym rezystora 23 i diody Zenera 24. Druga końcówka rezystora 23 połączona jest z wyłącznikiem 22. Druga elektroda diody Zenera 24 przyłączona jest do drugiego zacisku źródła zasilania 18.

Działanie układu jest następujące. Tensometryczny mostkowy układ zasilany jest napięciem stabilizowanym poprzez symetryzujące rezystory 10,11. Sygnał rozrównoważenia mostka powodowany odkształceniami membrany 3 poddawany jest wzmocnieniu we wzmacniaczu 5. Sygnał wyjściowy wzmacniacza 5 steruje prądem kolektorowym tranzystorowego stopnia 6. Poziom zerowy prądu kolektorowego ustalany jest napięciem występującym na diodzie Zenera 7, zakres zmian tego prądu ustalany jest wartością rezystora 8. Dzięki zastosowaniu stabilizowanego napięcia nadawcza część 1 pobiera odpowiednio dwie składowe prądu, składową stałą dla zasilania, określoną parametrami mostka, wzmacniacza i symetryzujących rezystorów i składową proporcjonalną do wartości mierzonego ciśnienia. W odbiorczej części 12, dzięki zastosowaniu odpowiedniego połączenia trzech rezystorów 15,16,17 wzmacniacz operacyjny 14 wydziela z sumarycznego prądu, pobieranego przez nadawczą część 1, sygnał proporcjonalny do wartości mierzonego ciśnienia.

151 337

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do pomiaru ciśnienia o czujniku membranowym wyposażonym w mostkowy układ tensometryczny, połączony ze wzmacniaczem sygnału wejściowego, znamienny tym, że składa się z nadawczej części (1) utworzonej z czujnika (2) i połączonego z jego wyjściem wzmacniacza (5), obciążonego stopniem tranzystorowym (6), stanowiącym wzmacniacz prądowy oraz z odbiorczej części (12) połączonej z nadawczą dwuprzewodowym kablem (9), zbudowanej z wejściowego progowego układu (13), połączonego ze stabilizatorem (19), przy czym obie części (1), (12) mają wspólne źródło zasilania (18).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że tranzystorowy stopień (6) ma w obwodzie emitera diodę Zenera (7) połączoną posobnie z rezystorem (8) przyłączonym do jednego z przewodów kabla (9) i zarazem poprzez rezystor (10) z punktem zasilania tensometrycznego mostka (4), zaś kolektor ma połączony z drugim przewodem kabla (9) i zarazem poprzez rezystor (11) z drugim punktem zasilania tensometrycznego mostka (4).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że progowy układ (13) odbiorczej części (12) oparty jest na operacyjnym wzmacniaczu (14) i trzech posobnie połączonych rezystorach (15), (16), (17), z których pierwszy rezystor (15) przyłączony jest do jednego przewodu kabla (9) i zarazem bezpośrednio do nieodwracającego wejścia wzmacniacza (14), punkt wspólny połączenia pierwszego rezystora (15) i drugiego rezystora (16) połączony jest z jednym z zacisków źródła zasilania (18), zaś wspólny punkt drugiego rezystora (16) i trzeciego rezystora (17) połączony jest z odwracającym wejściem wzmacniacza (14), natomiast druga końcówka trzeciego rezystora (17) połączona jest z drugim przewodem kabla (9) i zarazem z wyjściem układu stabilizatora (19).
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że stabilizator (19) oparty jest na tranzystorze szeregowym (20), którego emiter połączony jest z wyjściem progowego układu (13), a baza połączona jest z wyjściem operacyjnego wzmacniacza (21), zaś kolektor z wyłącznikiem (22) źródła zasilania (18), natomiast odwracające wejście wzmacniacza (21) połączone jest z emiterem tegoż tranzystora (20), a nieodwracające wejście wzmacniacza (21) połączone jest z punktem wspólnym rezystora (23) i diody Zenera (24), przy czym druga końcówka tego rezystora (23) połączona jest z wyłącznikiem (22) źródła zasilania (18), zaś druga elektroda diody Zenera (24) przyłączona jest do drugiego zacisku źródła zasilania (18).

   Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz. Cena 3000 zł