Устройство для измерения давления

Устройство для измерения давления

Реферат

 

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к тензорезисторным датчикам, и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред в условиях повышенного давления окружающей среды. Цель изобретения - повышение точности измерения. Сущность изобретения: устройство для измерения давления включает датчик давления, содержащий корпус, мембрану, на которой сформированы первая мостовая измерительная схема из тензорезисторов 11 - 14 и два терморезистора 15, 16, включенные в противоположные плечи третьей мостовой схемы, а также включает источник питания, первый, второй и третий усилители 25, 32, 28, сумматор 26, блок компараторов 29, первый и второй управляемые делители 30, 31, регулятор напряжения 24, регистрирующий прибор 27. В устройство введена дополнительная мембрана 6 со второй мостовой схемой из тензорезисторов 19 - 22, противоположная сторона которой образована полостью 7, соединенной каналом 8 с окружающей средой и изолированной из измеряемой среды. Положительный эффект: использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения примерно на порядок за счет исключения погрешности, возникающей при изменении давления окружающей среды. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления с тензорезисторными датчиками, и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред в широком диапазоне температур при работе в условиях повышенного давления окружающей среды. Транзисторные датчики давления известны (1).

Известен датчик давления, содержащий корпус с закрепленной в нем мембраной, на которой сформированы тензорезисторы, соединенные в два измерительных моста, причем тензорезисторы одного моста расположены попарно симметрично с тензорезисторами другого относительно центра мембраны, температурные коэффициенты сопротивления и тензочувствительные тензорезисторы одного моста на порядок больше соответствующих коэффициентов тензорезисторов другого моста, коэффициенты тензочувствительности резисторов обоих мостов имеют один и тот же порядок (2).

Конструкция этого датчика не обеспечивает защиту упругого элемента от перегрузок, вызванных повышенным давлением окружающей среды в процессе эксплуатации, что приводит к изменению начального выходного сигнала и чувствительности датчика и в свою очередь, к снижению точности измерения.

Целью измерения является повышение точности измерения за счет исключения влияния повышенного давления окружающей среды.

Эта цель достигается тем, что в устройство для измерения давления, включающее датчик давления с установленной в корпусе первой мембраной, на которой сформирован первый измерительный мост из тензорезисторов, выход которого через первый усилитель подключен к первому входу сумматора, соединенного своим выходом с регистрирующим прибором, а также включающее второй измерительный мост из тензорезисторов одинаковой топологии с первым, вход которого подключен к источнику питания, а выход - ко входу второго усилителя, введены блок компараторов, первый и второй управляемые делители, регулятор напряжения и третий измерительный мост с третьим усилителем на выходе, а датчик давления снабжен второй мембраной, идентичной первой мембране, образующей в корпусе полость, сообщенную с атмосферой и изолированную от измеряемой среды, а также двумя терморезисторами расположенными на первой мембране и включенными в противоположные плечи третьего измерительного моста, вход которого подключен к источнику питания, при этом второй измерительный мост расположен на второй мембране, выход второго усилителя соединен со вторым входом сумматора, выход третьего усилителя соединен со входом блока компараторов, выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго управляемых делителей, выход первого из которых подключен к третьему входу сумматора, а выход второго - к первому входу регулятора напряжения, второй вход которого подсоединен к источнику питания, а выход - ко входу первого измерительного моста.

На фиг. 1 показана конструкция тензорезисторного датчика давления; на фиг. 2 - размещение тензорезисторов на мембране (топология); на фиг.3 - структурная схема устройства.

Устройство включает датчик давления 1 (фиг.3) и измерительный блок 2 (фиг. 3). Датчик давления содержит корпус 3, соединенный со штуцером 4. В корпусе 3 выполнены измерительная мембрана 5 и дополнительная мембрана 6. Полость 7 соединена с окружающей средой каналом 8 и изолирована от измеряемого давления крышкой 9. К корпусу 3 прикреплены герметичный кожух 10. На измерительной мембране сформированы первая мостовая измерительная схема из тензорезисторов 11-14 и два терморезистора 15, 16. Терморезисторы включены в противоположные плечи третьей мостовой схемы, два других плеча которой образованы резисторами 17, 18, расположенными в измерительном блоке. На дополнительной мембране 6 сформирована вторая мостовая схема из тензорезисторов 19-22, идентичных тензорезисторам 11-14. Контактные площадки 23 служат для подключения измерительных мостов и терморезисторов к общей измерительной схеме. К входной диагонали первой мостовой схемы через регулятор напряжения 24 подводится напряжение U_пит. источника питания. К входным диагоналям второй и третьей мостовых схем подводится напряжение U_пит. источника питания. Выход первой мостовой измерительной схемы подключен к входу усилителя 25, соединенного своим выходом с первым входом сумматора 26, выход которого подключен к измерительному прибору 27. Выход третьей мостовой схемы соединен со входом усилителя 28, выход которого подключен к входу блока компараторов 29, выходы которого соединены со входами управляемых делителей 30, 31. выход управляемого делителя 30 соединен со вторым входом сумматора 26, а выход управляемого делителя 31 с регулятором напряжения 24. Выход второй мостовой схемы подключен ко входу усилителя 32, выход которого соединен с третьим входом сумматора 26.

Устройство работает следующим образом.

При подаче измеряемого давления через штуцер 4 на измерительную мембрану 5, последняя прогибается. Тензорезисторы 11-14 испытывают деформацию. Вследствие этого на выходе первой мостовой схемы появляется сигнал, пропорциональный измеряемому давлению, который усиливается усилителем 25 и через сумматор 26 поступает на измерительный прибор 27. Часть измерительной схемы, включающая третью мостовую схему, усилитель 28, блок компараторов 29, управляемые делители 30, 31, регулятор напряжения 24, осуществляет компенсацию температурной погрешности устройства.

Изменение давления окружающей среды вызывает деформации корпуса датчика, а следовательно, и деформации жестко связанной с ним измерительной мембраны, что приводит к изменению выходного сигнала первой мостовой схемы (увеличению измерительной погрешности).

Одновременно давление окружающей среды через канал 8 и полость 7 подается на дополнительную мембрану 6. Тензорезисторы 19-22 испытывают деформацию и на выходе второй мостовой схемы появляется сигнал, пропорциональный изменению давления окружающей среды, который усиливается усилителем 32 и поступает на третий инвертирующий вход сумматора 26, где вычитается из выходного сигнала первой мостовой схемы и обеспечивает тем самым коррекцию погрешности выходного сигнала датчика, возникающую в результате изменения давления окружающей среды. Для того, чтобы изменение давления окружающей среды оказывало одинаковое воздействие на первую и вторую мостовые схемы, диаметр и толщина измерительной и дополнительной мембран выбраны одинаковыми. Кроме того, измерительная и дополнительная мембраны расположены симметрично относительно оси симметрии датчика, а тензорезисторы первой и второй мостовых схем идентичны.

Таким образом, выходной сигнал устройства зависит только от измеряемого давления, а изменение давления окружающей среды практически не влияет на выходную характеристику.

Использование предлагаемого устройства для измерения давления позволяет повысить точность измерения примерно на порядок за счет исключения погрешности, возникающей от изменения давления окружающей среды.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ, включающее датчик давления с установленной в корпусе первой мембраной, на которой сформирован первый измерительный мост из тензорезисторов, выход которого через первый усилитель подключен к первому входу сумматора, соединенного своим выходом с регистрирующим прибором, а также включающее второй измерительный мост из тензорезисторов одинаковой топологии с первым, вход которого подключен к источнику питания, а выход - к входу второго усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок компараторов, первый и второй управляемые делители, регулятор напряжения и третий измерительный мост с третьим усилителем на выходе, а датчик давления снабжен второй мембраной, идентичной первой мембране, образующей в корпусе полость, сообщенную с атмосферой и изолированную от измеряемой среды, а также двумя терморезисторами, расположенными на первой мембране и включенными в противоположные плечи третьего измерительного моста, вход которого подключен к источнику питания, при этом второй измерительный мост из тензорезисторов расположен на второй мембране, выход второго усилителя соединен с вторым входом сумматора, выход третьего усилителя соединен с входом блока компараторов, выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго управляемых делителей, выход первого из которых подключен к третьему входу сумматора, а выход второго - к первому входу регулятора напряжения, второй вход которого подсоединен к источнику питания, а выход - к входу первого измерительного моста.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3