3.4 Датчики полного и статического давления типа "ддг".

В рассматриваемой СВС для измерения давлений используются так называемые генераторные датчики давления типа "ДДГ. Конструкция, принципы действия обеих датчиков одинаковы и поясняются рис.3.

Рис. 3. Принципиальная схема датчика давления. 1 - резонатор; 2, 3 - катушка

Чувствительным элементом датчика является тонкостенный стальной цилиндр I, помещенный в корпус, заполненный гелием или водородом под небольшим давлением (порядка 10 мм.рт.ст.). Измеряемое давление подается внутрь цилиндра. Очевидно, что от величины этого давления будет зависеть частота собственных колебаний цилиндра, как упругой системы. Колебания цилиндра возбуждаются и поддерживаются с помощью двух взаимно-перпендикулярных катушек (2 и 3) с (сердечниками из постоянных магнитов. При подаче питания к датчику в первый момент времени в катушке возбуждения 2 всегда бывает небольшой, бросок тока, достаточный для начала возбуждения системы.

Начальные колебания цилиндра вызывают появление в катушке обратной связи ЭДС, которая после усиления и ограничения передается на катушку 2. Система самовозбуждения на частоте колебаний цилиндрического резонатора, которая принимается за входной информационный сигнал. Формы колебаний цилиндра изображены на рис.

Всю систему (резонатор-автогенератор) можно представить в виде колебательного звена:

Т - постоянная времени (для реальных ДДГ Т - 0,035-10с);  - декремент затухания (обычно = 10); X(t) - изменение координаты стенки цилиндра в поперечном сечении; K₁=1/C(P), С(р) - жесткость цилиндра, зависящая от измеряемого даления Р; F_в(t) - возбуждающая сила катушки 2.

Сила F_в(t) - периодическая и зависит только от времени (т.к. магнитные потоки катушек 2 и 3 d каждый момент времени постоянны, т.е. Ф = const). Необходимый фазовый сдвиг (F_в(t) по отношению к равный (это следует из фазочастотных характеристик колебательного звена), обеспечивается фильтрами в тракте усиления и преобразования сигнала от катушки 3 к катушке 2 (на рис.3 не показано).

Передаточная функция ДДГ для линейной зоны имеет вид:

где к = k₁ k₂ k_y k_o- число витков катушки 3, k_y, k_o - коэффициенты усиления соответственно усилителя А1 и ограничителя; k_f – коэффициент, характеризующий электромагнитную силу катушки 2

Для возникновения колебаний систему делают неустойчивой, что достигается при kk_f > 2T. Рост амплитуды колебаний ограничивается ограничителем.

Зависимость между измеряемым давлением Р и частотой f имеет вид:

Где

₀ =₀ (m,n,R,L,h,) - частота колебаний резонатора при Р = 0;

R,L,h - средний радиус, длина и ширина стенки резонатора;

Е,, - модуль упругости, плотность и коэффициент Пуассона цилиндра;

n- число волн, укладывающихся по окружности цилиндра;

m - число продольных полуволн;

₀, ₁ - безразмерные величины, являющиеся функциями перечисленных параметров.

Для большинства датчиков ДДГ f = 4500 Гц, а сигналы частоты представляют собой прямоугольные импульсы положительной полярности, выдаваемые в устройство ввода вычислителя через согласующее устройств!! (на рис.З) - блок, следующий за ограничителем.

Особенностью ДДГ является отсутствие в них термостатироавания. Температурная коррекция сигналов осуществляется самим вычислителем по информации с текущей температуре в ДДГ. Датчик температуры ДДГ -обычный гермодиод (1 на рис.3), включенный в мостовую схему. График сигнала температуры изображен на рис.3 рядом с обозначением усилителя А2.

Следует отметить, что зависимость P(f) в приведенном выше приближенном виде в вычислителе не используется. Вместо нее расчет давления производится по более сложной точной зависимости, аппроксимированной на 16-ти интервалах полиномами пятой степени:

р = k_o + k_1f + k₂f² + k₃f³ + k₄f⁴ + k₅f⁵.

Коэффициенты "k" определяются индивидуально для каждого датчика при калибровке.

Точность ДДГ достаточно велика и характеризуется значениями:

• для ДДГ P_ст погрешность составляет (1 -2)-10^-4;

• для ДДГ Р_п погрешность при Р_п > 1000 мм.рт.ст. достигает 10^-3.