RU59823U1

RU59823U1 - PRESSURE DETERMINATION DEVICE

Info

Publication number: RU59823U1
Application number: RU2006124773/22U
Authority: RU
Inventors: Олег Сергеевич Бохов; Виктор Викторович Лучинин; Андрей Владимирович Корляков
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2006-12-27

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в информационно-измерительных системах косвенного определения давления в малоинерционном объекте. Наиболее эффективно ее использовать в многопараметрических информационно-сервисных системах микромеханических узлов. Устройство содержит установленный в контролируемом объекте электронагревательный элемент (ЭНЭ), подключенный к источнику переменного напряжения с длительностью периода полуколебания не более постоянной времени ЭНЭ, датчик температуры ЭНЭ, подключенный к первому входу блока обработки результатов, и узел индикации, связанный с выходом блока обработки результатов. Для решения технической задачи обеспечения удобства эксплуатации устройство дополнительно содержит датчик температуры контролируемого объекта, подключенный ко второму входу блока обработки результатов, причем блок обработки результатов выполнен в виде фазового дискриминатора. Для уменьшения систематической погрешности устройство содержит также контур автоматического регулирования среднего значения температуры ЭНЭ. 1 нз., 1 зв. п.ф., 1 фиг.The utility model relates to measuring technique and can be used in information measuring systems for indirect pressure determination in a low-inertia object. It is most effectively used in multiparameter information and service systems of micromechanical units. The device contains an electric heating element (ENE) installed in a controlled object, connected to an AC voltage source with a half-oscillation period of no more than an ENE time constant, an ENE temperature sensor connected to the first input of the results processing unit, and an indication unit associated with the output of the results processing unit. To solve the technical problem of ensuring ease of use, the device further comprises a temperature sensor of the monitored object connected to the second input of the result processing unit, the result processing unit being made in the form of a phase discriminator. To reduce the systematic error, the device also contains a circuit for automatically controlling the average value of the temperature of the EEE. 1 nz., 1 star pf, 1 FIG.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в информационно-измерительных системах косвенного определения давления в малоинерционном объекте. Наиболее эффективно ее использовать в многопараметрических информационно-сервисных системах микромеханических узлов.The utility model relates to measuring technique and can be used in information measuring systems for indirect pressure determination in a low-inertia object. It is most effectively used in multiparameter information and service systems of micromechanical units.

Известно устройство для определения давления, содержащее последовательно включенные мультивибратор, осциллятор, трансформатор, электрический нагревательный элемент, расположенный в контролируемом объекте, датчик температуры нагревательного элемента и блок обработки результатов, оснащенный узлом индикации, где первый вход блока обработки результатов связан с датчиком температуры нагревателя, а второй вход - с выходом осциллятора. При этом блок обработки результатов выполнен с возможностью определения длительности достижения установившегося значения температуры нагревателя, по значению которой судят о давлении в контролируемом объекте (JP 56018752, G 01 L 21/12; G 01 N 27/16; G 01 P 5/12; G 01 L 21/00; G 01 N 27/14; G 01 P 5/10, 1981).A device for determining pressure is known, comprising a multivibrator, an oscillator, a transformer, an electric heating element located in a controlled object, a temperature sensor of the heating element and a processing unit equipped with an indication unit, where the first input of the processing unit is connected to the heater temperature sensor, and the second input - with the output of the oscillator. In this case, the results processing unit is configured to determine the duration of reaching a steady-state value of the heater temperature, the value of which judges the pressure in the controlled object (JP 56018752, G 01 L 21/12; G 01 N 27/16; G 01 P 5/12; G 01 L 21/00; G 01 N 27/14; G 01 P 5/10, 1981).

Однако данное устройство обладает низкими точностью и чувствительностью из-за отсутствия непосредственной информации о состоянии контролируемого объекта.However, this device has low accuracy and sensitivity due to the lack of direct information about the state of the controlled object.

Известно также устройство для определения давления, содержащее установленный в контролируемом объекте электромеханический вибрационный резонатор, подключенный к источнику переменного напряжения, фазовый детектор и узел индикации, где фазовый детектор выполнен с возможностью определения сдвига фазы на выходе вибрационного резонатора по отношению к фазе напряжения питания для расчета значения давления в объекте в зависимости от величины сдвига фаз (JP 62137533, G 01 L 9/00; G 01 L 9/00; G 01 L 21/00, 21/22, 1987).There is also known a device for determining pressure, containing an electromechanical vibration resonator installed in a controlled object connected to an AC voltage source, a phase detector and an indication unit, where the phase detector is configured to determine the phase shift at the output of the vibration resonator relative to the phase of the supply voltage to calculate the value pressure in the object depending on the magnitude of the phase shift (JP 62137533, G 01 L 9/00; G 01 L 9/00; G 01 L 21/00, 21/22, 1987).

Недостатком данного устройства являются значительные габариты элементов его чувствительного узла (вибрационного резонатора).The disadvantage of this device is the significant dimensions of the elements of its sensitive node (vibration resonator).

Наиболее близким к заявляемому является устройство для определения давления, содержащее установленный в контролируемом объекте электронагревательный элемент (ЭНЭ), подключенный к источнику переменного напряжения с длительностью периода полуколебания не более постоянной времени ЭНЭ, датчик температуры ЭНЭ, подключенный к первому входу блока обработки результатов, блок измерения мощности, рассеиваемой ЭНЭ, и узел индикации, связанный с выходом блока обработки результатов, причем блок обработки результатов представляет собой вычислительное устройство, выполненное с возможностью определения давления в контролируемом объекте по градуировочным зависимостям давления от температуры разогрева и мощности, рассеиваемой ЭНЭ (RU 2036448, G 01 L 21/10, 21/12, 1995).Closest to the claimed one is a device for determining pressure, containing an electric heating element (EHE) installed in a controlled object, connected to an AC voltage source with a half-oscillation period of no more than an EHE time constant, an EHE temperature sensor connected to the first input of the results processing unit, a measurement unit the power dissipated by the ENE, and an indication unit associated with the output of the result processing unit, the result processing unit being An apparatus made with the possibility of determining the pressure in a controlled object from the calibration dependences of the pressure on the heating temperature and power dissipated by the electric power generator (RU 2036448, G 01 L 21/10, 21/12, 1995).

Однако прототипное устройство неудобно в эксплуатации, так как оно требует предварительного определения семейства градуировочных зависимостей между давления в объекте от температуры ЭНЭ и рассеиваемой им мощности. Это усложняет выполнение блока обработки результатов. Кроме того, оно обладает низкой надежностью из-за отсутствия корректировки обрабатываемой информации в зависимости от действующей помехи, вызывающей, в частности, изменение температуры и связанного с ней давления в объекте.However, the prototype device is inconvenient in operation, since it requires a preliminary determination of the family of calibration dependences between the pressure in the object from the temperature of the electric power element and the power dissipated by it. This complicates the execution of the result processing unit. In addition, it has low reliability due to the lack of adjustment of the processed information depending on the existing interference, causing, in particular, a change in temperature and associated pressure in the object.

Технической задачей предлагаемого устройства является обеспечение удобства его эксплуатации.The technical task of the proposed device is to ensure ease of use.

Решение указанной задачи заключается в том, что в устройство для определения давления, содержащее установленный в контролируемом объекте ЭНЭ, подключенный к источнику переменного напряжения с длительностью периода полуколебания не более постоянной времени ЭНЭ, датчик температуры нагревателя, подключенный к первому входу блока обработки результатов, и узел индикации, связанный с выходом блока обработки результатов, вносятся следующие изменения:The solution to this problem lies in the fact that in the device for determining the pressure that contains an ENE installed in a controlled object, connected to an AC voltage source with a half-oscillation period of no more than an ENE time constant, a heater temperature sensor connected to the first input of the results processing unit, and a unit indications associated with the output of the processing unit, the following changes are made:

1) устройство дополнительно содержит датчик температуры контролируемого объекта;1) the device further comprises a temperature sensor of the controlled object;

2) датчик температуры контролируемого объекта подключен ко второму входу блока обработки результатов;2) the temperature sensor of the controlled object is connected to the second input of the processing unit;

3) блок обработки результатов выполнен в виде фазового дискриминатора.3) the results processing unit is made in the form of a phase discriminator.

Причинно-следственная связь между внесенными изменениями и достигнутым техническим результатом заключается во впервые установленной авторами неизвестной ранее закономерности увеличения фазового сдвига между колебаниями температур в малоинерционных объекте и ЭНЭ по мере увеличения давления в объекте. Данный принцип действия ограничивает область применения предлагаемого устройства малоинерционными объектами, поскольку в инерционных объектах будет происходить сглаживание колебаний температуры.The causal relationship between the changes made and the technical result achieved lies in the first established by the authors of an unknown previously regularity of the increase in the phase shift between temperature fluctuations in the low-inertia object and EEE with increasing pressure in the object. This principle of action limits the scope of the proposed device to low-inertia objects, since inertial objects will smooth out temperature fluctuations.

Основная погрешность описанного устройства связана с дрейфом средней температуры объекта и/или ЭНЭ. Поэтому для повышения точности измерений целесообразно дополнительное оснащение устройства контуром автоматического регулирования среднего значения температуры объекта или ЭНЭ. Для предотвращения сглаживания колебаний температуры в объекте и ЭНЭ на входе регулирующего контура может быть установлен интегрирующий элемент. Еще более целесообразно использовать регулирующий контур с интегральным или пропорционально-интегральным (изодромным) алгоритмом управления (законом регулирования). Для миниатюризации узла контролируемого объекта датчик температуры ЭНЭ и сам ЭНЭ могут быть выполнены совместно в виде резистора из высокоомного материала, что общеизвестно.The main error of the described device is associated with the drift of the average temperature of the object and / or EEE. Therefore, to increase the accuracy of measurements, it is advisable to additionally equip the device with an automatic control loop for the average temperature of an object or EEE. To prevent smoothing of temperature fluctuations in the object and the EEE, an integrating element can be installed at the input of the control circuit. It is even more advisable to use a control loop with an integral or proportional-integral (isodromic) control algorithm (regulation law). To miniaturize the node of the controlled object, the temperature sensor of the EEE and the EEE itself can be made together in the form of a resistor made of high-resistance material, which is well known.

На фиг 1. приведена функциональная схема предлагаемого устройства в варианте с контуром автоматического регулирования средней температуры ЭНЭ.In Fig 1. shows a functional diagram of the proposed device in the embodiment with a circuit for automatically controlling the average temperature of the EEE.

Данное устройство содержит установленный в контролируемом объекте 1 электронагревательный элемент 2, подключенный к регулируемому источнику 3 переменного напряжения с длительностью периода полуколебания не более постоянной времени ЭНЭ, датчик 4 температуры электронагревательного элемента 2, подключенный к первому входу блока 5 обработки результатов, и узел 6 индикации, связанный с выходом блока 5 обработки результатов. Устройство дополнительно содержит датчик 7 температуры контролируемого объекта 1, подключенный ко второму входу блока 5 обработки результатов. Блок 5 выполнен в виде фазового дискриминатора и оснащен масштабным преобразователем для настройки коэффициента пересчета значения рассогласования фаз колебаний температур в ЭНЭ и объекте в единицы давления.This device contains an electric heating element 2 installed in a controlled object 1, connected to an adjustable AC voltage source 3 with a half-oscillation period of no more than an ENE time constant, an electric heating element 2 temperature sensor 4 connected to the first input of the result processing unit 5, and an indication unit 6, associated with the output of block 5 processing results. The device further comprises a temperature sensor 7 of the controlled object 1 connected to the second input of the result processing unit 5. Block 5 is made in the form of a phase discriminator and is equipped with a scale converter for setting the conversion factor of the value of the mismatch of the phases of the temperature fluctuations in the EEE and the object into pressure units.

Данный вариант устройства оснащен также контуром 8 автоматического регулирования среднего значения температуры ЭНЭ 2, включающим изодромный регулятор 9, выполненный на базе микроконтроллера, и операционный усилитель 10, используемый в качестве исполнительного механизма для управления регулируемым источником 3 переменного напряжения. Вход регулятора 9 связан с выходом блока 4 измерения температуры ЭНЭ 2, выход регулятора 9 связан с входом операционного усилителя 10, а выход операционного усилителя 10 подключен к управляющему входу источника 3 переменного напряжения.This embodiment of the device is also equipped with a circuit 8 for automatically controlling the average value of the temperature of the EEE 2, including an isodromic regulator 9 based on a microcontroller, and an operational amplifier 10 used as an actuator to control an adjustable source of alternating voltage 3. The input of the controller 9 is connected to the output of the unit 4 for measuring the temperature of the EEE 2, the output of the controller 9 is connected to the input of the operational amplifier 10, and the output of the operational amplifier 10 is connected to the control input of the source 3 of an alternating voltage.

При изменении давления в контролируемом объекте 1 происходит соответствующее изменение сдвига фаз колебаний температур в объекте 1 и ЭНЭ 2, которое измеряется блоком 5 и учитывается с помощью узла 6 индикации в единицах давления. Для уменьшения систематической погрешности в данном варианте контур 8 осуществляет автоматическое регулирование средней температуры ЭНЭ 2.When the pressure in the controlled object 1 changes, a corresponding change in the phase shift of the temperature fluctuations in the object 1 and ENE 2, which is measured by block 5 and taken into account using the display unit 6 in pressure units. To reduce the systematic error in this embodiment, the circuit 8 performs automatic control of the average temperature of the EEE 2.

Чувствительность предлагаемого устройства с включенным и выключенным контуром 8 определялась на моделях с постоянными времени микромеханических объекта и ЭНЭ, равными соответственно 0,4 и 0,1 с, и длительностью The sensitivity of the proposed device with the on and off circuit 8 was determined on models with time constants of the micromechanical object and EEE equal to 0.4 and 0.1 s, respectively, and duration

полуколебания напряжения, подаваемого на ЭНЭ, равной 0,02 с. Установлено, что данное устройство чувствительно к изменению давления в диапазоне от 0,1 до 5 кгс/см². При этом диапазону изменения давлений от 0,1 до 1 кгс/см² соответствует изменение сдвига фаз колебаний температур объекта и ЭНЭ от 2 мкс до 4 мс.the oscillations of the voltage supplied to the EEE equal to 0.02 s. It was found that this device is sensitive to pressure changes in the range from 0.1 to 5 kgf / cm ² . In this case, the pressure change range from 0.1 to 1 kgf / cm ² corresponds to a change in the phase shift of the temperature fluctuations of the object and the EEE from 2 μs to 4 ms.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом обеспечивает удобство в эксплуатации, так как при настройке блока обработки результатов требуется снятие лишь одной экспериментальной характеристики, а именно зависимости сдвига фазы колебаний измеряемых температур от давления в объекте. Техническим результатом, производным от достигнутого, является упрощение и миниатюризация конструкции в связи с отсутствием датчика рассеиваемой мощности ЭНЭ и возможностью монолитного исполнения датчика температуры ЭНЭ и самого ЭНЭ.Using the proposed device in comparison with the prototype provides ease of use, since when setting up the processing unit, it is necessary to remove only one experimental characteristic, namely the dependence of the phase shift of the measured temperature on the pressure in the object. The technical result, which is derived from what has been achieved, is the simplification and miniaturization of the structure due to the lack of a power dissipation sensor and the possibility of a monolithic design of the temperature sensor and the energy of the energy source itself.

Claims

1. A device for determining pressure, containing an electric heating element installed in a controlled object, connected to an AC voltage source with a half-oscillation period of no more than a constant time of the electric heating element, an electric heating element temperature sensor connected to the first input of the result processing unit, and an indication unit associated with the output of the processing unit, characterized in that it further comprises a temperature sensor of a controlled volume a cta connected to the second input of the result processing unit, the result processing unit being made in the form of a phase discriminator.

2. The device according to claim 1, characterized in that it further comprises a circuit for automatically controlling the average temperature of the electric heating element.