SU1751646A1

SU1751646A1 - Piston engine pressure converter

Info

Publication number: SU1751646A1
Application number: SU894774128A
Authority: SU
Inventors: Александр Михайлович Казаков; Иван Федорович Дьяков
Original assignee: Ульяновский политехнический институт
Priority date: 1989-12-25
Filing date: 1989-12-25
Publication date: 1992-07-30

Abstract

Использование: в устройствах, предназначенных дл изм рёйй быстроперемен- ных давлений. Сущность изобретени устройство содержит датчик 1 давлени , формирователь 8 импульсов, инверторный усилитель 5, два интегратора 6,7, компенсационный чувствительный элемент 2, два усилител 3, 4, аналоговое вычитающее устройство 9 7 ил.Usage: in devices designed for measuring fast-variable pressures. SUMMARY OF THE INVENTION The device comprises a pressure sensor 1, a pulse shaper 8, an inverter amplifier 5, two integrators 6.7, a compensation sensitive element 2, two amplifiers 3, 4, an analog subtracter 9 7 or less.

Description

Фиг. ГFIG. R

VI елVi ate

о about

ОABOUT

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в различных устройствах, предназначенных дл измерени быстропе- ременных давлений.The invention relates to a measuring and control technique and can be used in various devices for measuring fast-variable pressures.

Известны устройства измерени и преобразовани давлени В качестве датчика используют пьезоэлемент и акустический волновод.Pressure measurement and conversion devices are known. A piezoelectric element and an acoustic waveguide are used as a sensor.

Известен датчик давлени , содержащий пьезоэлемент (кварцевый кристалл), акустический волновод, корпус, который заполнен демпфирующим веществом, например , резиноподобным материалом ВКА-С-4М, а между пьезоэлементом и световодом расположен электрод, сигнал с которого снимаетс с кабелем, причем пьезоэлемент, электрод и торец световода св заны эпоксидной смолой Вторым электродом служит мембрана, закрывающа торцовую поверхность датчикаA pressure sensor is known that contains a piezoelectric element (a quartz crystal), an acoustic waveguide, a housing that is filled with a damping substance, for example, a VKA-C-4M rubber-like material, and between the piezoelectric element and the light guide there is an electrode, the signal from which is removed from the cable, and the piezoelectric element, electrode and the end of the light guide are connected by epoxy resin. The second electrode is a membrane covering the end surface of the sensor.

Недостатком известных устройств вл етс больша погрешность измерени давлени с помощью пьезоэлемента из-за высокой чувствительности к механическим колебани м, создаваемым двигателем.A disadvantage of the known devices is the large error in measuring pressure using a piezoelectric element due to the high sensitivity to mechanical vibrations created by the engine.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл преобразовани давлени газов, содержащее датчик давлени , установленный в цилиндре и подсоединенный через первый масштабный резистор к инвертирующему входу усилител , выход которого вл етс выходом преобразовател , резистор обратной св зи усилител , ключ, входом соединенный с выходом усилител , а выходом через операционный усилитель , в цепь обратной св зи которого включен конденсатор и второй масштабный резистор с инвертирующим входом усили- теп , управл ющий вход ключа присоединен к выходу преобразовател через одновибратор, удвоитель частоты, триггер со счетным входом и формирователь импульсовClosest to the present invention is a device for converting gas pressure, comprising a pressure sensor installed in a cylinder and connected via a first large-scale resistor to an inverting input of an amplifier whose output is an output of a converter, a feedback feedback resistor of an amplifier, a switch connected to an output of an amplifier and the output through the operational amplifier, in the feedback circuit of which a capacitor and a second large-scale resistor with an inverting input voltage are connected, the control input of the switch connected to the output transducer via the monostable multivibrator, the frequency doubler, a trigger input and a countable pulse shaper

Недостатками данного устройства вл етс низка чувствительность при измерении в области малых давлений Это объ сн етс тем, что у таких элементов как удвоители частоты точность преобразовани обеспечиваетс только при входной частоте , равной f 2 Кроме того, на выходной сигнал устройства дл преобразовани давлени накладываетс также сигнал от вибраций объекта, на котором производитс намерениеThe disadvantages of this device are low sensitivity when measuring at low pressures. This is because elements such as frequency doublers ensure conversion accuracy only at an input frequency equal to f 2. Moreover, the output signal of the pressure conversion device also superimposes from the vibrations of the object on which the intention is produced

Цель изобретени - повышение точности измерени динамического давлени - достигаетс путем дополнительного включени второго компенсационного чувствительного элемента двух усилителейThe purpose of the invention — an increase in the accuracy of measuring dynamic pressure — is achieved by additionally turning on a second compensation sensing element of two amplifiers.

дополнительного интегратора аналогового вычитающего устройства, входы которого подключены к выходам обоих интеграторов первые входы которых св заны с формирователем импульсов причем датчик давлени и компенсационный чувствительный элемент через усилители соединены соответственно со вторым входом дополнительного интегратора и со входом инверторногоan additional integrator of an analog detractor device whose inputs are connected to the outputs of both integrators whose first inputs are connected to a pulse shaper; the pressure sensor and the compensation sensitive element are connected via amplifiers respectively to the second input of the additional integrator and to the inverter input

0 усилител , выход которого подключен ко второму входу интегратора0 amplifier whose output is connected to the second input of the integrator

На фиг 1 приведена блочна схема прибора; на фиг 2 - датчик, общий вид, на фиг 3 - схема усилител ; на фиг 4 - ее характе5 ристика; на фиг 5 - схема интегратора, на фиг 6-схема вычитани ; на фиг 7 - характеристика работы преобразовател давлени Fig 1 shows the block diagram of the device; Fig 2 is a sensor, a general view; Fig 3 is an amplifier circuit; Fig 4 shows its characteristic; Fig. 5 is an integrator circuit; Fig. 6 is a subtraction circuit; Fig. 7 illustrates the operation characteristic of the pressure transducer.

Устройство состоит из двух чувствитель0 ных элементов 1 и 2, усилителей 3 и 4 инвертора 5, двух интеграторов 6 и 7, формировател 8 импульсов и аналогового вычитающего устройства 9The device consists of two sensitive elements 1 and 2, amplifiers 3 and 4 of inverter 5, two integrators 6 and 7, a driver 8 impulses and an analog subtractor 9

Чувствительные элементы 1 и2помеще5 ны в корпусе 10, который соединен с одной стороны через штуцер 11 с впускным коллектором двигател , а с другой стороны с атмосферным давлением через крышку 12, между корпусом 10 и крышкой 12 закрепле0 на жестка шайба 13, на которой установлены чувствительные элементы 1 и 2 В качестве чувствительных элементов использованы микрофон типа МКЭ-30, обеспечивающий максимальный динамическийSensitive elements 1 and 2 are placed in housing 10, which is connected on one side through fitting 11 to the engine intake manifold, and on the other hand to atmospheric pressure through cover 12, between housing 10 and cover 12 is fixed to a hard washer 13, on which sensitive elements are mounted 1 and 2 As an element of sensitivity, an FEM-30 type microphone is used, which provides maximum dynamic

5 диапазон и чувствительность при малых изменени х давлени 5 range and sensitivity with small changes in pressure

Устройство работает следующим образомThe device works as follows

При включении двигател пульсирую0 щее давление во впускном трубопроводе вызывает изменение емкости чувствительного элемента 1, одновременно второй чувствительный элемент 2 будет воспринимать все механические колебани и изменени When the engine is turned on, the pulsating pressure in the intake manifold causes a change in the capacitance of the sensing element 1, at the same time the second sensing element 2 will perceive all mechanical vibrations and changes

5 атмосферного давлени , входные сигналы от чувствительных элементов поступают в усилители 3 и 4 (рис 3) чувствительность которых составл ет 0,3 мВ, входное сопротивление 47 кОм, нелинейные искажени 5 atmospheric pressure, the input signals from the sensing elements are fed to amplifiers 3 and 4 (Fig. 3) whose sensitivity is 0.3 mV, the input impedance is 47 kΩ, non-linear distortion

0 0,05% Компенсаци вли ни входных токов и напр жени смещени ОУ (операционного усилител ) производ т подстройкой величины резистора 14 Конденсатор С 15 включен в схему дл обеспечени разв зки0 0.05% Compensation of the influence of the input currents and the bias voltage of the op-amp (operational amplifier) is made by adjusting the value of the resistor 14 The capacitor C 15 is included in the circuit to ensure isolation

5 по посто нному току Базовым элементом усилител 3 использована (м/с 140 УД6) выходна характеристика показана на фиг 4. Выходное напр жение усилител 3 подключено к входу интегратора 6 (фиг 4) с непрерывной выборкой и автоматическим5 with direct current. The base element of amplifier 3 is used (m / s 140 UD6). The output characteristic is shown in Fig. 4. The output voltage of amplifier 3 is connected to the input of integrator 6 (Fig. 4) with continuous sampling and automatic

сбросом результата интегрировани Устройство выборки-хранени (УВК-16) поочередно осуществл ет- выборку и хранение предыдущего значени проинтегрированного входного сигнала Хранимое напр же- ние подаетс на вход схемы, в результате чего происходит непрерывный сброс в течение всего времени интегрировани . В качестве ключей УВХ 16 и УВХ 17 могут использоватьс либо две пары дополн ю- щих МДП-транзиеторов КП 313 с одной шиной управлени по цепи затворов, либо любые другие МДП транзисторы но с разделенными цеп ми управлени resetting the result of the integration The sample-store (UVK-16) alternately performs the sampling and storage of the previous value of the integrated input signal. The stored voltage is fed to the input of the circuit, resulting in a continuous reset during the entire integration time. As keys of the WCX 16 and UVH 17, either two pairs of supplementary current KP 313 MOS-transistors with one control bus along the gate circuit, or any other MOS transistors but with separate control circuits can be used.

Интегрирующий блок ОУ построен в ви- де обычного интегратора на базе ОУ типа 153 УД5, имеющего малый дрейф параметров . В течение времени интегрировани проинтегрированный сигнал по цепи ОС через ОУ-19 подаетс в суммирующую точку ОУ-18, осуществл тем самым сброс интег- ратора Тем временем происходит интегрирование вновь поступившего входного сигнала и его запоминание в открытом У ВХ- 16. Калибровка схемы осуществл етс сна- чала при разомкнутой обратной св зи подбором сопротивлени 19 так, чтобы получить необходимую скорость нарастани выходного напр жени операционного усилител (ОУ-18). Затем замыкаетс обратна св зь (ОС) и подбираетс сопротивление 20 из расчета минимальных искажений выходного сигнала при ступенчатом входе. Погрешность интегрировани такой схемы достигает 0,1%, но может быть уменьшена на пор док при отрегулированном напр жении смещени нул операционного усилител (ОУ).The integrating unit OU is built as a normal integrator based on OU type 153 UD5, which has a small parameter drift. During the integration time, the integrated signal along the OC-19 circuit is fed to the OU-18 summing point, thereby resetting the integrator. In the meantime, the newly received input signal is integrated and stored in the open VX-16 circuit. First, with open-loop feedback, selection of the resistance 19 so as to obtain the necessary rate of rise of the output voltage of the operational amplifier (OU-18). Then, the feedback (OS) closes and a resistance of 20 is selected on the basis of the minimum distortion of the output signal at the step input. The integration error of such a circuit reaches 0.1%, but can be reduced by an order of magnitude when the bias voltage of the operational amplifier (op amp) is adjusted.

Аналогичные операции выполн ет второй интегратор 7, но сигналы поступают от инвертирующего усилител 5. Использование инвертирующего усилител 5 необходимо дл того, чтобы обеспечить идентичность характеристик по обоим каналам обработки сигнала, те усилители 3 и 4 выполнены по одной и той же схеме (этим обеспечиваетс идентичность характеристик усилителей и их температурна стабильность), а усилитель 6 выполнен по схеме усилител - инвертора со 100% обратной св зью те с коэффициентом подачи К 1 1 Дл управлени прецизионными интеграторами используетс автоколебательный генератор 8 с амплитудой выходных напр жений ±15 с частотой f 1 Гц Выходные сигналы от интеграторов 6 и 7 поступают в блок вычитани (фиг 5) и производитс вычитание Ui-U2 PK Характеристика работы устройства дл измерени давлени приведена на фиг 6.Similar operations are performed by the second integrator 7, but the signals come from inverting amplifier 5. Using inverting amplifier 5 is necessary in order to ensure that the characteristics of the two signal processing channels are identical, those amplifiers 3 and 4 are made according to the same scheme (this ensures the same characteristics of the amplifiers and their temperature stability), and the amplifier 6 is made according to the amplifier – inverter circuit with 100% feedback and the feed rate is K 1 1 For controlling precision integrators A self-oscillating generator 8 is used with an amplitude of output voltages of ± 15 with a frequency of f 1 Hz. The output signals from integrators 6 and 7 are fed to the subtraction unit (Fig. 5) and the subtraction is performed. Ui-U2 PK The characteristic of the pressure measurement device is shown in Fig. 6.

Технико-экономическа эффективность предлагаемого преобразовател давлени состоит в том что повышаетс точность и оперативность измерени быстро переменных давленийThe technical and economic efficiency of the proposed pressure transducer is that the accuracy and efficiency of measuring fast variable pressures is improved.

Claims

Claims of pressure transducer of a piston engine, comprising a pressure sensor, a pulse shaper, an inverter amplifier and an integrator, characterized in that, in order to improve accuracy, a compensation sensing element, two amplifiers, an additional integrator and an analog subtractor, whose inputs are introduced into it connected to the outputs of both integrators, the first inputs of which are connected to the pulse shaper, the pressure sensor and the compensation sensing element through amplifiers oedineny respectively to a second input of the additional integrator and with the input of an inverter amplifier whose output is connected to the second input of the integrator.

12

JO

Fyg2

Fig.Z