SU1714231A1

SU1714231A1 - Pneumoelectric analog converter

Info

Publication number: SU1714231A1
Application number: SU904821365A
Authority: SU
Inventors: Юрий Дмитриевич Амоль; Александр Иванович Бугаенко; Борис Исаакович Пинус
Original assignee: Воронежское опытно-конструкторское бюро автоматики Научно-производственного объединения "Химавтоматика"
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1990-04-02
Publication date: 1992-02-23

Abstract

Изобретение относитс к пневмоэ- лектрическим аналоговым средствам автоматики и может быть использовано дл преобразовани пневматических сигналов вэлектрические. Цель изобретени - повышение точности преобразовател . Пневмоэ- лектрический аналоговый преобра1зователь содержит корпус 1, в котором установлены в ла мембрана 2 и пьезокерамический элемент 7, подключенный к пр мому входу пер- 'вогоэлектронного усилител 15, св занного выходом с выходным каналом 17, первый клапан 8, выход которого соединен с входной камерой 6 в корпусе 1 и входом второго клапана 9, соединенного выходом с атмосферой. Преобразователь также снабжен дискретным электропневмопреобразо- вателем 11с двум взаимно инверсными выходами, подключенными к управл ющим входам первого 8 и второго 9 клапанов, формирователем импульсов 13, вторым электронным усилителем 16, транзисторнымсоС^ (JSbiK.4i!^ Ю СОThe invention relates to pneumatic analog electrical automation and can be used to convert pneumatic signals into electrical ones. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the converter. The pneumatic electric analog converter includes a housing 1 in which membrane 2 is installed and a piezoceramic element 7 connected to the direct input of the first electronic amplifier 15 connected to the output channel 17, the first valve 8 whose output is connected to the input camera 6 in the housing 1 and the inlet of the second valve 9 connected to the atmosphere by the outlet. The converter is also equipped with a discrete electropneumatic converter 11 with two mutually inverse outputs connected to the control inputs of the first 8 and second 9 valves, a pulse driver 13, a second electronic amplifier 16, and a transistor (^ JSbiK.4i! ^ SO

Description

ключом 14 и резистором 18. В корпусе дополнительно установлена упруга мембрана 3, на которой закреплен пьезокерамический элемент 7, расположенньгй в герметичной камере 4 между двум мембранами. Камера 5, наход ща с между корпусом 1 и в лой мембраной 2, соединена с атмосферой, а входна камера 6 расположена между корпусом 1 и упругой мембраной 3. Вход первого клапана соединен с входным каналом 10. Выход генератора импульсов 12 соединен с входами дискретного алектропнеамопреобразовател 11 и формирователи импульсов 13, выход которого св зан с управл ющим входом транзисторного ключа 14, информационный вход которого соединен с выходом второго электронного усилител 16, а выход - с пьезоквраммческим элш ентом 7 и пр мым входом первого электронного усилител 15, выход которого резистор 18 св зан с инверсными входами первого 15 и второго 16 электронных усилителей. Пр мой вход усилител 16 и корпус 1 преобразовател соединен с общей шиной. 1 ил.a key 14 and a resistor 18. In the case, an elastic membrane 3 is additionally installed, on which piezoceramic element 7 is fixed, located in an airtight chamber 4 between two membranes. The chamber 5, located between the housing 1 and the blunt membrane 2, is connected to the atmosphere, and the inlet chamber 6 is located between the housing 1 and the elastic membrane 3. The inlet of the first valve is connected to the inlet channel 10. The output of the pulse generator 12 is connected to the inputs of the discrete transducer 11 and pulse formers 13, the output of which is connected to the control input of the transistor switch 14, whose information input is connected to the output of the second electronic amplifier 16, and the output to the piezoelectric amplifier 7 and the direct input of the first elec throne amplifier 15, the output of which a resistor 18 is coupled to the inverted inputs of the first 15 and second 16 electronic amplifiers. The direct input of amplifier 16 and converter case 1 are connected to a common bus. 1 il.

Изобретение относитс к пневмоэлектрическим аналоговым средствам автоматики и может быть использовано дл преобразовани пневматических сигналов в электрические.This invention relates to pneumo-electric analog automation devices and can be used to convert pneumatic signals into electrical ones.

Известен пневмоэлектрический преобразователь , содержащий генератор импульсов, корпус с двум камерами, пьезоэлектрическую мембрану и упор. В одну камеру подаетс сигнал от генератора, другую, где расположен упор, входной сигнал. В зависимости от знака разницы сигналов генератора и измер емого мембрана будет либо изгибатьс и тогда на ней возникнет потенциал, либо ложитьс на упор и разр жатьс до нул гKnown pneumatic transducer, comprising a pulse generator, a housing with two cameras, a piezoelectric membrane and an emphasis. The signal from the generator is fed to one camera, the other where the stop is located is the input signal. Depending on the sign of the difference between the generator signals and the measured membrane, the membrane will either bend and then the potential will arise on it, or lie down on the support and discharge to zero g.

Недостатком указанного преобразовател вл етс невысока точность из-за того , что пьезокерамическа мембрана имеет значительный гистерезис, длительно измен ющийс во времени, невысокую надежность , так как происходит механический контакт мембраны и упора, что ведет к разрушению мембраны в точке контакта.The disadvantage of this converter is low accuracy due to the fact that the piezoceramic membrane has a significant hysteresis, which varies for a long time, low reliability, as the mechanical contact of the membrane and the stop occurs, which leads to destruction of the membrane at the point of contact.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс пневмоэлектрический преобразователь аналоговых сигналов, содержащий корпус, в котором установлены в ла мембрана и пьезокерамический элемент, подключенный к пр мому входу электронного усилител , св зани Ьго своим выходом с выходным каналом, первый клапан, выход которого соединен с входной камерой в корпусе и с входом второго клапана, соединенного своим выходом с атмосферой, и генератор импульсов.Closest to the present invention, there is an pneumatic electric converter of analog signals, comprising a housing in which a membrane and a piezoceramic element are installed, connected to the direct input of an electronic amplifier, connected by its output to the output channel, the first valve, the output of which is connected to the input chamber in the housing and with the inlet of the second valve, connected by its outlet with the atmosphere, and a pulse generator.

Недостатком известного устройства вл етс невысока точность и стабильность преобразовани . Ухудшение стабильности работы преобразовател снижает его точностные характеристики. Точность работы устройства не может быть выше точности поддержани опорного сигнала. Прилегание мембраны к пьеэокерзмическому элементу есть процесс случайный, вли юи й на точность преобразовани . Пьвзокерам14ческий элемент находитс в среде воздуха,A disadvantage of the known device is the low accuracy and stability of the conversion. The deterioration of the stability of the converter reduces its accuracy characteristics. The accuracy of the device cannot be higher than the accuracy of the reference signal. The adherence of the membrane to the pioneer element is a random process, affecting the accuracy of the conversion. Pyvzokeram 14 element is in an environment of air,

влажность которого может мен тьс со временем , это ведет к изменению сопротивлени утечки электрического зар да элемента, что вли ет на стабильность работы п юо&раэоватед , и ведет к снижению точности,the humidity of which may vary with time, this leads to a change in the leakage resistance of the electric charge of the element, which affects the stability of the operation of the device, and leads to a decrease in accuracy,

Целью изобретени вл етс повышение точности преобразовател .The aim of the invention is to improve the accuracy of the converter.

Поставленна цель достигаетс тем, что устройство, содержащее входной квнал, KopnyCi в котором установлены в ла м(ембранз и пьезокерзмический элемент, подключенный к пр мому входу первого электронного усилител , св занного своим выходом с выходным каналом, первый клапан , выход которого соединен с входнойThe goal is achieved by the fact that a device containing an input signal, KopnyCi in which is installed in the lanes (the membranes and a piezo-thermal element connected to the direct input of the first electronic amplifier connected with its output to the output channel, the first valve whose output is connected to the input

камерой в корпусе и с входом второго клапана , соединенного своим выходом с атмосферой , и генератор импульсов, снабжено дискретным электропневмопреобразователем с двум взаимно инверсными выходами , подключенными к управл ющим входам первого и второго клапанов, формирователем импульсов, вторым электронным усилителем , транзисторным ключом и резистором, а в корпусе дополнительно установлена упруга мембрана, на которой закреплен пьезокерамический элемент, расположенный в герметичной камере между двум мембранами; При этом камера, наход ща с между корпусом и в лой мембраной, соединена сThe camera in the housing and the inlet of the second valve connected to the atmosphere with its output and the pulse generator are equipped with a discrete electropneumatic converter with two mutually inverse outputs connected to the control inputs of the first and second valves, a pulse driver, a second electronic amplifier, a transistor switch and a resistor, and in the case an elastic membrane is additionally installed, on which a piezoceramic element is fixed, which is located in a hermetic chamber between two membranes; In this case, the chamber located between the casing and in the blunt membrane is connected to

атмосферой, а входна камера расположена между корпусом и упругой мембраной, вход первого клапана соединен с входным каналом , выход генератора импульсов соедачнен с входами дискретного злектропневмопреобразовател и формировател импульсов, выход которого св зан с управл ющим входом транзисторного ключа, информационный вход которого соединен с выходомthe atmosphere and the inlet chamber are located between the housing and the elastic membrane, the input of the first valve is connected to the input channel, the output of the pulse generator is connected to the inputs of the discrete electropneumatic converter and the pulse generator, the output of which is connected to the control input of the transistor switch, the information input of which is connected to the output

BTOpofa электронного усилител , а выход с пьезокерамическим элементом и с пр мым входом первого электронного усилител , выход которого через резистор св зан с инверсными входами первого и второго электронных усилителей, пр мой вход которого и корпус преобразовател соединены с об1цвй шиной.BTOpofa is an electronic amplifier, and an output with a piezoceramic element and a direct input of the first electronic amplifier, the output of which through a resistor is connected to the inverse inputs of the first and second electronic amplifiers, the direct input of which and the converter housing are connected to the common bus.

Йа чертеже представлена принципиальна схема преобразовател .The drawing is a schematic diagram of the converter.

В корпусе 1 установлена в ла мембрана 2 и упруга мембрана 3. образующие три камери: первую герметичную камеру 4, вторую камеру 5, соединенную с атмосферой, и входную камеру 6. На мембране 3 закреплен пьезокерзмический элемент 7. Преобразователь содержит также первый клапан 8 и второй клапан 9, причем вход клапана 8 соединен с входным каналом 10, выход клапана 8 св зан с входом клапана 9 и с входной камерой 6, а выход клапана 9 сообщен с атмосферой. Управл ющие входы клапанов 8 и 9 соединены с взаимно инверсными выходами дискретного электропневмопреобразовател 11, входом св занного с выходом электронного генератора 12 импульсов и входо формировател 13 импульсов, управл ющим транзисторным ключом 14, выполненным на полевом транзисторе. Выход ключа 14 и пьезокерамический элемент 7 св заны с пр мым входом первого электронного усилител 15, а информационный вход ключа 14 - р выходом второго электронного усилител 16.In case 1, membrane 2 and elastic membrane 3 are installed. They form three chambers: the first hermetic chamber 4, the second chamber 5 connected to the atmosphere, and the inlet chamber 6. On the membrane 3 there is a piezocerm element 7 fixed. The converter also contains the first valve 8 and the second valve 9, the valve inlet 8 is connected to the inlet 10, the outlet of the valve 8 is connected to the inlet of the valve 9 and to the inlet chamber 6, and the outlet of the valve 9 is in communication with the atmosphere. The control inputs of the valves 8 and 9 are connected to the mutually inverse outputs of the discrete electropneumatic transducer 11, the input connected to the output of the electronic pulse generator 12 and the input of the pulse former 13, which is controlled by a field-effect transistor. The output of the key 14 and the piezoceramic element 7 are connected with the direct input of the first electronic amplifier 15, and the information input of the key 14 is connected with the output of the second electronic amplifier 16.

Вход усилител 15 соединен с выходным каналом 17 и через резистор 18 с инверсными входами усилителей 15 и 16. Пр мой вход усилител 15 и корпус 1 соединены с йбщей шиной.The input of the amplifier 15 is connected to the output channel 17 and through a resistor 18 to the inverse of the inputs of amplifiers 15 and 16. The direct input of the amplifier 15 and the housing 1 are connected to the common bus.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

С генератора 12 с заданной частотой подаютс импульсы. Эти импульсы преобразователем 11 преобразуютс в пневматические взаимоинверсные сигналы. Водин полупериод работы генератора клапан 8 открыт , а клапан 9 закрыт. В этот полупериод сигнал РВХ поступает в камеру 6 и воздействует на упругую мембрану 3. Камера 5 всегда сообщена с атмосферой и давление в ней через в лую мембрану 2 передаетс в камеру 4. При этом в ла мембрана никогда не дотрагиваетс до пьезокерамического элемента 7. Учитыва , что в камере 4 всегда атмосферное давление, то на мембрану 3 действует перепад давлений, равный РВХ (измерение в избыточном давлении), и мембрана 3 прогибаетс , изгиба элемент 7. Величина прогиба, пропорциональна РВХ, а так как возникающий на пьезокристаллеPulses are given from generator 12 at a predetermined frequency. These pulses are converted by the transducer 11 into pneumatic mutual inverted signals. Vodin the period of operation of the generator valve 8 is open and valve 9 is closed. In this half-period, the PBX signal enters chamber 6 and acts on the elastic membrane 3. Chamber 5 is always in communication with the atmosphere and pressure is transmitted through it into the membrane 2. In this case, the membrane never touches the piezoceramic element 7. Considering that in chamber 4 is always atmospheric pressure, a pressure differential equal to PBX (measurement in overpressure) acts on the membrane 3, and membrane 3 bends, bending element 7. The deflection is proportional to PBX, and since it appears on the piezocrystal

потенциал пропорционален изгибу, то снимаемое с элемента 7 напр жение пропорционально давлению РВХ. Это напр жение усиливаетс по мощности усилителем 15the potential is proportional to the bending, then the voltage removed from element 7 is proportional to the pressure PBX. This voltage is amplified by the power of the amplifier 15.

(ключ 13 в этот момент разомкнут) и поступает на выход 17 преобразовател . Усилитель 15 имеет высокоомный вход, что уменьшает утечки зар да с элемента 7. Но полностью исключить утечки практически(the key 13 is open at this moment) and arrives at the output 17 of the converter. The amplifier 15 has a high-resistance input, which reduces the charge leakage from the element 7. But completely eliminate the leakage

нельз и поэтому нужно снова подать изгибающий элемент 7 сигнал. Поэтому во втором полупериоде работы генератора клапан 9 открываетс , а 8 - закрываетс , в камереit is not possible and therefore the bending element 7 needs to signal again. Therefore, in the second half-period of the generator, the valve 9 opens, and 8 closes, in the chamber

6давление становитс атмосферным и мембранаЗ (и элемент 7) распр мл етс . Потенциал на элементе 7 становитс близким к нулю. Его величина случайна, зависит от р да внешних факторов и соизмерима с погрешностью преобразовани . Поэтому в этот полупериод срабатывает формирователь импульсов 13 и включает ключ 14. Выход усилител 16 соедин етс с элементом6, the pressure becomes atmospheric and the membranes (and element 7) expand. The potential on element 7 becomes close to zero. Its value is random, depends on a number of external factors and is commensurate with the error of conversion. Therefore, in this half-period, the pulse shaper 13 is triggered and switches on the key 14. The output of the amplifier 16 is connected to the element

7и входом усилител 15. Так как потенциал на элементе 7 отличен от нул , то его значение , пройд через усилитель, поступает на инвертирующий вход усилител 16 и на выходе последнего по вл етс сигнал, противоположный по знаку потенциалу на элементе 7. Начинаетс разр дка элемента7 and the input of amplifier 15. Since the potential on element 7 is different from zero, its value, passed through the amplifier, is fed to the inverting input of amplifier 16 and the output of the latter appears the signal opposite in sign to the potential on element 7. Discharge begins

7 на выход усилител 16. Этот процесс продолжаетс до тех пор, пока потенциал на элементе 7 не станет равен нулю (земле).7 to the output of amplifier 16. This process continues until the potential at element 7 reaches zero (ground).

Теперь в новомполупериоде работы преобразовател изменение потенциалаNow in the new wave of the work of the potential change converter

при изгибе элемента 7 начнетс от нул .when bending element 7 starts from zero.

Таким образом, точность преобразовател повышаетс за счет того, что уровень изменени потенциала всегда начинаетс от нул за счет принудительной разр дкиThus, the accuracy of the converter is increased due to the fact that the level of potential change always starts from zero due to forced discharge.

элемента 7 на выход усилител 15. Этот усилитель вырабатывает сигнал, равный по величине сигналу зар да на элементе 7, но противоположный по знаку. Такое включение усилител 15 ускор ет процесс стокаelement 7 to the output of the amplifier 15. This amplifier produces a signal equal in magnitude to the signal of charge on the element 7, but opposite in sign. This inclusion of the amplifier 15 accelerates the drain process.

зар да с элемента 7 и всегда приводит процесс к нулю независимо от наличи помех. Применение упругой мембраны, характеристика которой практически не имеет гистерезиса, позволило существенноcharge from element 7 and always leads to zero process regardless of the presence of interference. The use of an elastic membrane, the characteristic of which has practically no hysteresis, allowed significantly

уменьшить гистерезис изгиба, присутствующий в пьезокерамике.reduce bending hysteresis present in piezoelectric ceramics.

В предлагаемом устройстве нет опорного сигнала, а величина входного сигнала отсчитываетс от уровн атмосферногоIn the proposed device, there is no reference signal, and the magnitude of the input signal is counted from the atmospheric level.

давлени и колебани последнего не сказываютс на результатах преобразовани .the pressure and fluctuations of the latter do not affect the results of the transformation.

Мембрана не касаетс элемента 7, так как она служит дл передачи атмосферного давлени , т.е. вл етс разделительной.The membrane does not touch element 7, since it serves to transfer atmospheric pressure, i.e. is dividing.

Корпус, усилители и одна из обкладок п езокерамики заземлены. Поэтому электрические наводки не вли ют на результаты показаний.The housing, amplifiers and one of the plates of ezoceramics are grounded. Therefore, electrical interference does not affect the results of indications.

Результаты эксперимента показали, что возможно получить точность преобразовани в пределах 0,2%.Experimental results showed that it is possible to obtain conversion accuracy within 0.2%.

Claims

Pneumoelectric analogue converter comprising an input channel, a housing in which a membrane and a piezoceramic element are mounted, connected to the direct input of the first electronic amplifier connected with its output to the output channel, the first valve whose output is connected to the input chamber in the housing and with the inlet of a second valve connected to its outlet with the atmosphere, and a pulse generator, characterized in that, in order to increase the accuracy, the converter is provided with a discrete electropneumatic pneumatic with the forming two mutually inverted outputs connected to the control inputs of the first and second valves, generator

imgulsov, second electronic amplifier

transistor key and resistor.

In addition, an elastic membrane is installed in the housing, on which a piezoceramic element is located, located in a sealed first chamber between two membranes, the second chamber located between the housing and the membrane, is connected to the atmosphere, and the entrance chamber is located between the housing and the elastic membrane , the input of the first valve is connected to the input channel, the output of the pulse generator is connected to the inputs of the discrete electropneumatic converter and the pulse former, the output of which is connected to the control input t anisistor switch, the information input of which is connected to the output of the second electronic amplifier, and the output to the piezoelectric element and to the direct input of the first electronic amplifier, the output of which through a resistor is connected to the inverse inputs of the first and second electronic amplifiers, the direct input of the second amplifier and the housing the converter is connected to the common bus.