Пневмоэлектрический аналоговый преобразователь — SU 1714231 (original) (raw)
(19 5 С 3/04 САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ торскоственно ототип). АЛООневмоэвам ввано для гналов в Х ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР(54) ПНЕВМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АНВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ(57) Изобретение относится к плектрическим аналоговым средсттоматики и может быть использовпреобразования пневматических си электрические. Цель изобретения - повышение точности преобразователя, Пневмоэлектрический аналоговый преобразователь содержит корпус 1, в котором установлены вялая мембрана 2 и пьезокерамический элемент 7, подключенный к прямому входу первого электронного усилителя 15, связанного 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 электропневмопреобразователем 11 с двумя взаимно инверсными выходами, подключенными к управляющим входам первого 8 и второго 9 клапанов, формирователем импульсов 13, вторым элект, ронным усилителем 16, транзисторным1714231 10 15 20 25 30 35 ключом 14 и резистором 18. Б корпусе дополнительно установлена упругая мембрана 3, на которой закреплен пьезокерамичвский элемент 7, расположенный в герметичной камере 4 между двумя мембранами, Камера 5, находящаяся между корпусом 1 и вялой мембраной 2, соединена с атмосферой, а входная 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 электропневИзобретение относится к пневмоэлектрическим аналоговым средствам автоматики и может быть использовано для преобразования пневматических сигналов в электрические,Известен пневмоэлектрический преобразователь, содержащий генератор импульсов, корпус с двумя камерами, пьезоэлектрическую мембрану и упор. В одну камеру подается сигнал от генератора, а в другую, где расположен упор, входной сигнал. В зависимости от знака разницы сигналов генератора и измеряемого мембрана будет либо изгибаться и тогда на ней возникнет потенциал, либо ложиться на упор и разряжаться до нуляНедостатком указанного преобразователя является невысокая точность из-за того, что пьезокерамическая мембрана имеет значительный гистерезис, длительно изменяющийся во времени, невысокую надежность, так как происходит механический контакт мембраны и упора, что ведет к разрушению мембраны в точке контакта.Наиболее близким к предлагаемому является пневмоэлектрический преобразователь аналоговых сигналов, содержащий корпус, в котором установлены вялая мембрана и пьезокерамический элемент, подключенный к прямому входу электронного усилителя, связаннЬго 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,Недостатком известного устройства является невысокая точность и стабильность преобразования. Ухудшение стабильности работы преобразователя снижает его точностные характеристики. Точность работы устройства не может быть выше точности поддержания опорного сигнала. Прилегамопреобразователя 11 и формирователя им- . пульсов 13, выход которого связан с управляющим входом транзисторного ключа 14, информационный вход которого соединен с выходом второго электронного усилителя 16, а выход - с пьезокерамическим элементом 7 и прямым входом первого электронного усилителя 15, выход которого через резистор 18 связан с инверсными входвии первого 15 и второго 16 электронных усилителей. Прямой вход усилителя 16 и корпус 1 преобразователя соединен с общей шиной. 1 ия. ние мембраны к пьеэокеравечвскому эвементу есть процесс случайный, влияющий на точность преобразования. Пьезокерамический элемент находится в среде воздуха, влажность которого может меняться со временем, это ведет к изменению сопротивления утечки электрического заряда элемента, что влияет на стабильность работы щеобразователя, и ведет к снижению точности.Целью изобретения является повышение точности преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее входной канал, корпус, в котором установлены вялая мембрана и пьезокерамический элемент, подключенный к прямому входу первого электронного усилителя, связанного 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, снабжено дискретным электропневмопреобраэоввтелем с двумя взаимно инверсными выходами, подключенными к управляющим входам первого и второго клапанов, формирователем импульсов, вторым электронным усилителем, транзисторным ключом и резистором, а в корпусе дополнительно установлена упругая мембрана, на которой закреплен пьезокерамический элемент, расположанный в герметичной камере между двумя мембранами. При этом камера, находящаяся между корпусом и вялой мембраной, соединена с атмосферой, а входная камера расположена между корпусом и упругой мембраной, вход первого клапана соединен с входным каналом, выход генератора импульсов соединен с входами дискретного электропневмопре 40 обраэователя и формирователя импульсов, выход которого связан с управляющим входом транзисторного ключа, информационный вход которого соединен с выходомключа 14 и пьезокерамический элемент 7 30связаны с прямым входом первого электронного усилителя 15, а информационный 40 45 50 второго электронного усилителя; а выход - с пьезокерамическим элементом и с прямым входом первого электронного усилителя, выход которого через резистор связан с инверсными входами первого и второго электронных усилителей, прямой вход которого и корпус преобразователя соединены с общей шиной.. На чертеже представлена принципиальная схема преобразователя,В корпусе 1 установлена вялая мембрана 2 и упругая мембрана 3, образующие три камеры: первую герметичную камеру 4, вторую камеру 5, соединенную с атмосферой, и входную камеру 6. На мембране 3 закреплен пьезокерамический элемент 7, Преобразователь содержит также первый клапан 8 и второй клапан 9, причем вход клапана 8 соединен с входным каналом 10, выход клапана 8 связан с входом клапана 9 и с входной камерой 6. а выход клапана 9 сообщен с атмосФерой, Управляющие входы клапанов 8 и 9 соединены с взаимно инверсными выходами дискретного электропневмопреобразоватепя 11, входом связанного с выходом электронного генератора 12 импульсов и входом формирователя 13 импульсов, упраелвощим транзисторным ключом 14, вылолненвым на полевом транзисторе. Выход вход ключа 14 - с выходом второго электронного усилителя 16,Вход усилителя 15 соединен с выходным каналом 17. и через резистор 18 с инверсными входами усилителей 15 и 16. Прямой вход усилителя 15 и корпус 1 соединены с общей шиной. Преобразователь работает следующимобразом. С генератора 12 с заданной частотой подаются импульсы, Эти импульсы преобразователем 11 преобразуются в пневматические. взаимоинверсные сигналы, Водин полупериод работы генератора. клапан 8 открыт, а клапан 9 закрыт, В этот полупериод сигнал Рэх поступает в камеру б и воздействует на упругую мембрану 3, Камера 5 всегда сообщена с атмосферой и давление в ней через вялую мембрану 2 передается в камеру 4. При этом вялая мембрана никогда не дотрагивается до пьезокерамического элемента 7, Учитывая, что в камере 4 всегда атмосферное давление, то на мембрану 3 действует перепад давлений, равный Рвх (измерение в избыточном давлении), и мембрана 3 прогибается, изгибая элемент 7. Величина прогиба, пропорциональная Рвх, а так как возникающий на пьезокристалле 5 10 15 20 25 потенциал пропорционален изгибу, то снимаемое с элемента 7 напряжение пропорционально давлению Рвх. Это напряжение усиливается по мощности усилителем 15 (ключ 13 в этот момент разомкнут) и поступает на выход 17 преобразователя. Усилитель 15 имеет высокоомный вход, что уменьшает утечки заряда с элемента 7, Но полностью исключить утечки практически нельзя и поэтому нужно снова подать изгибающий элемент 7 сигнал, Поэтому во втором полупериоде работы генератора клапан 9 открывается, а 8 - закрывается, в камере.6 давление становится атмосферным и мембрана 3 (и элемент 7) распрямляется, Потенциал на элементе 7 становится близким к нулю. Его величина случайна, зависит от ряда внешних Факторов и соизмерима с погрешностью преобразования. Поэтому в этот полупериод срабатывает формирователь импульсов 13 и включает ключ 14, Выход усилителя 16 соединяется с элементом 7 и входом усилителя 15. Так как потенциал на элементе 7.отличен от нуля, то его значение, пройдя через усилитель, поступает на инвертирующий вход усилителя 16 и на вь- ходе последнего появляется сигнал, противоположный по знаку потенциалу на элементе 7. Начинается разрядка элемента 7 на выход усилителя 16. Этот процесс продолжается до тех пор, пока потенциал на элементе 7 не станет равен нулю (земле).Теперь в новом полупериоде работы преобразователя изменение потенциала при изгибе элемента 7 начнется от нуля.Таким образом, точность преобразователя повышается за счет того, что уровень изменения потенциала всегда начинается от нуля за счет принудительной разрядки элемента 7 на выход усилителя 15. Этот усилитель вырабатывает сигнал, равный по величине сигналу заряда на элементе 7, но противоположный по знаку, Такое включение усилителя 15 ускоряет процесс стока заряда с элемента 7 и всегда приводит прочесс к нулю независимо от наличия помех.Применение упругой мембраны, характеристика которой. практически не име-, ет гистерезиса, позволило существенно уменьшить гистерезис изгиба, присутствующий в пьезокерамике.В предлагаемом устройстве нет опорного сигнала, а величина входного сигнала отсчитывается от уровня атмосферного давления и колебания последнего не сказываются на результатах преобразования,Мембрана не касается элемента 7, таккак она служит для передачи атмосферногодавления, т.е, является разделительной.Заказ 676 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Корпус, усилители и одна из обкладок пьезокерамики заземлены. Поэтому электрические наводки не влияют на результаты показаний.Результаты эксперимента показали, что 5 возможно получить точность преобразования в пределах 0,2 О. Формула изоб ретен ияПневмоэлектрический аналоговый пре образователь, содержащий входной канал, корпус, в котором установлены вялая мембрана и пьезокерамическийэлемент, подключенный к прямому входу первого электронного усилителя, связанного своим 15 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, преобразователь снабжен дискретным электропневмопреобразователем с двумя взаимно инверсными выходами, подключенными к управляющим входам перво го и второго клапанов, формирователем им ульсов, вторым электронным усилителем, транзисторным ключом и резистором, а в орпусе дополнительно установлена упругая мембрана, на которой закреплен пьезокерамический элемент, расположенный в герметичной первой камере между двумя мембранами, причем вторая камера, находящаяся между корпусом и вялой мембраной, соединена с атмосферой, а входная камера расположена между корпусом и упругой мембраной, вход первого клапана соединен с входным каналом, выход генератора импульсов соединен с входами дискретного электропневмопреобразователя и формирователя импульсов, выход которого связан с управляющим входом транзисторного ключа, информационный вход которого соединен с выходом второго электронного усилителя, а выход - с пьезокерамическим элементом и с прямым входом первого электронного усилителя, выход которого через резистор связан с инверсными входами первого и второго электронных усилителей; прямой вход второго усилителя и корпус преобразователя соединены с общей шиной.