Измерение давлений частотным методом

При этом методе используют измерительные частотные преобразователи, выходной величиной которых является частота выходного сигнала. Такие преобразователи называют частотными. Из частотных преобразователей наибольшее распространение получили преобразователи, основанные на изменении частоты собственных колебаний струны или пластины (перемычки) под действием измеряемого давления. Преобразователи, в качестве чувствительного элемента которых использована струна, называют струнными, а преобразователи с перемычками — вибрационно-частотными. Принцип работы обоих преобразователей одинаков.

На рис. 5.7, а показана принципиальная схема прибора с таким преобразователем [28]. Измеряемое давление р воздействует на мембрану 7, благодаря чему изменяется натяжение плоской струны 2 и как следствие изменяется частота собственных колебаний. При колебаниях струны в адаптере 4 наводится ЭДС, частота которой равна частоте колебаний перемычки. Колебания поддер

Рис. 5.7. Частотно-цифровой преобразователь:

 

а — принципиальная схема; б — структурная схема; 1 — мембрана; 2 — струна; 3 — возбудитель; 4 — адаптер; 5 — усилитель; 6 — частотомер

живаются электромагнитным возбудителем 5, подключенным на выходе усилителя 5 сигнала с адаптера (рис. 5.7, б). Такая схема подключения позволяет создать автоколебательную систему, частота которой практически соответствует частоте собственных колебаний перемычки. Преобразование сигнала с усилителя сводится к счету периодов сигнала в течение определенного момента времени и осуществляется частотомером 6. Выходная частота преобразователя / связана с измеряемым давлением нелинейной зависимостью вида

Существенным недостатком этого преобразователя является нелинейность градуировочной характеристики.

Малой нелинейностью градуировочной характеристики обладают дифференциальные струнные преобразователи. На рис. 5.8 изображен малогабаритный дифференциальный преобразователь

 

Рис. 5.8. Малогабаритный дифференциальный струнный частотный преобразователь давления:

1,5 — струны; 2 — корпус; 3 — планки; 4 — винты; 6, 14 — перемычки; 7 — рычаг; 8 — мембрана; 9 — штуцер; 10,11 — возбудители; 72,13 — адаптеры

 

для измерения давления. Корпус 2 изготовлен единым целым с мембраной 8, рычагом 7 и перемычками 6 и 14. На корпусе и рычаге с помощью планок 3 и винтов 4 в натянутом состоянии закреплены две плоские стальные струны 7 и 5. При воздействии подводимого через штуцер 9 измеряемого давления мембрана прогибается, вызывая через перемычку 14 поворот рычага 7 относительно перемычки 6. При повороте рычага 7 натяжение струны 5 увеличивается, а струны 7 — уменьшается, что приводит к изменению их частот собственных колебаний. Под струнами расположены адаптеры 72 и 13 и возбудители 70, 77. Особенностью электрической схемы измерения этим преобразователем является наличие в электрической цепи специального устройства, включающего смеситель и фильтр, благодаря чему на частотомер поступает сигнал разностной частоты. Соответствующим выбором плеч рычага 7 удается уменьшить нелинейность градуировочной характеристики до значения, меньшего 0,1 %. Основная погрешность частотных преобразователей составляет 0,1...0,5 %.

Основными достоинствами частотных преобразователей являются высокая точность измерений и малое влияние на результаты измерений измерительных линий. К недостаткам следует отнести ограниченную возможность измерения быстро меняющихся давлений, а также чувствительность к вибрациям и температуре. Влияние значения температуры на показания преобразователя можно исключить путем размещения его в термостате, обеспечивающем постоянство температуры, близкой к температуре при аттестации, или учесть при дешифровке путем введения поправок в градуировочные характеристики.

В качестве частотомеров используются электронно-счетные устройства, принцип действия которых в большинстве случаев основан на заполнении нескольких периодов сигнала частотного измерительного преобразователя импульсами генератора эталонной частоты. При изменении периода колебаний чувствительного элемента меняется и число стандартных импульсов для выбранного числа периодов. Информация, снимаемая со счетчика импульсов, регистрируется на носителе информации. На основе градуировочной зависимости преобразователя производится дешифровка результатов измерений.