Устройство для измерения давления

Устройство для измерения давления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАЙ ИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 547661 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01.08.75 (21) 2160529/10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.02.77. Бюллетень № 7 (45) Дата опубликования описания17.06.77 (51) М. Кл.g

G 01 L 9/04

Государственный «омитет

Совета Министров СССР оо делам изооретений и открытий (53) УДК

531.787 (088.8) Ю. А. Выгода, Т. В. Тихонова, В. А. Фильчиков и Л. А. Дубовая (72) Авторы изобретения

Пензенский политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления жидких и газообразных сред в условиях повышенных и быстроменяющихся температур.

Известны устройства для изменения давления, в которых осуществляется компенсация температурной погрешности тензодатчиков за счет температурного изменения сопротивления дополнительных термозависимых резисторов так или иначе подключенных к мостовой схеме тензодатчика, либо посредством введения поправки в выходной сигнал, вырабатываемыи в зависимости от температуры, при которой работает датчик (1) .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее два рабочих тензорезистора и два пассивных, соединенныхпо мостовой схеме (2). Выход мостовой схемы соединен с вольтметром. Ток, потребляемый мостовой схемой от источника напряжения, измеряется миллиамперметром, включенным в неразветвленную цепь мостовой схемы.

Вольтметр и миллиамперметр охвачены системой обратной связи, содержащей вычислитель и электронные усилители.

Выходной сигнал схемы, зависящий от давления и температуры, измеряется вольтметром. Под действием температуры окружающей среды изменяется сопротивление тензорезисторов и соответственно изменяется ток, потребляемьтн схемой от источника питания. Поскольку тензорезисторы, включенные в соседние плечи моста, под действием давления получают одинаковые по величине и противоположные по знаку приращения сопротивле1О ний, то ток в неразветвленной цепи будет зависеть только от температуры и не будет зависеть от давления. Зависимость указанного тока от температуры используется в вычислительном блоке известного устройства для выбора соответствующего

15 коэффициента температурной поправки, в результате чего на выходе вычислительного блока формируется сигнал температурной поправки, используемый для коррекции показаний вольтметра.

2О В известных устройствах невозможно осуществить с достаточной точностью компенсацию температурной погрешности тензодатчика в условиях повышенных температур и особенно в переходном тепловом режиме.

25 Цель изобретения — повышение точности изме547661

2U„L„K 4ер

Хб схемы;

V, 22 „+ЭХ) 2 и (б) чтя =11 "11Р рениядавления и расширение рабочего диапазона температур.

Это достигается тем, что устройство для измерения давления, содержащее чувствительный элемент с двумя рабочими тензорезисторами, два компенсирующих тензорезистора, включенные в мостовую измерительную схему, снабжено генератором импульсов, выход которого соединен с шестью ключевыми схемами, неинвертирующими масштабным усилителем переменного тока, инвертирующим масштабным усилителем переменного тока, множительным устройством и сумматором, причем, четыре ключа включены в плечи мостовой схемы, выход которой соединен с входом пятого и шестого ключей, выход пятого ключа соединен с входом неинвертирующего масштабного усилителя переменного тока, выход которого соединен с первым входом множительного устройства и первым входом сумматора, выход шестого ключа соединен с входом инвертирующего масштабного усилителя переменного тока, выход которого соединен с вторым входом множительного устройства, выход множительного устройства соединен с вторым входом сумматора.

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы работы устройства.

Предлагаемое устройство для измерения давления содержит два рабочих тензорезистора Z > и 24 и два пассивных тензорезистора Z2 и Еэ, образующих мостовую схему 1, генератор тактовых импульсов 2, который управляет шестью ключевыми устройствами 3 — 8, неинвертирующий масштабный усили;ель переменного тока 9, инвертирующий масштабный усилитель переменного тока 10, множительное устройство 11 и сумматор 12, причем ключи 3 — 6 включены в плечи мостовой схемы 1, выход которой соединен с входами ключей 7 и 8, выход ключа 7 соединен с входом неинвертирующего масштабного усилителя переменного тока 9, выход которого соединен с первым входом множительного устройства 11 и первым входом сумматора, выход ключа 8 соединен с входом инвертирующего масштабного усилителя переменного тока 10, выходкоторого соединен с вторым входом множительного устройства 11, выход последнего соединен с вторым входом сумматора 12.

Предлагаемое устройство для измерения давления работает следующим образом. Активные тензорезисторы Z, и 2,2 под действием давления получают приращения AZp, и бар„,равные по величине и противоположные по знаку, а под действием температуры — приращения QZt> и AZt4 одинаковые по величине и знаку. Для формирования температурной поправки к выходному сигналу необходимо с мостовой схемы 1 получить два линейнонезависимых сигнала, являющихся функциями давления и температуры. С этой целью в мостовую схему введены ключи 3 — 6, управляемые генератором тактовых импульсов 2. Работа ключей осуществляется в два такта. В первом такте открыты ключи 3 и 6, этим обеспечивается соединение точек а и с, d и Ь и с мостовой схемы поступает сигнал U = р, (р, т), во втором такте открьггы ключи 4, 5, при этом обеспечивается соединение точек а и d, с и Ь и с мостовой схемы поступает сигнал U, = р, (р, t) .

Известные из теории мостовых схем выражения для выходных сигналов U, и О, при условии,что сопротивление ключей в открытом состоянии значительно меньше, а в закрытом состоянии значительно больше сопротивления тензорезистора, имеют вид

z„((2zazt) -ь2)> )+2z((z+azt)+z(z+ zt)-azp*J (i) 11 (; д + aZp ) Uä

Z„((ZL45Zt) -52p )+ZZ((Z+hZk) +Z,(Z+nZt)-ЬГр) (2) где Uz — напряжение питания мостовой схемы;

Ен — сопротивление нагрузки мостовой

Z — номинальное значение сопротивления плеча мостовой схемы.

Как видно из формул (1) и (2), напряжение U, приблизительно пропорционально измеряемому давлению и равно нулю при AZp =О,т.е.при отсутствии давления, а напряжение U, зависит в основном от температуры и с точностью до малой второго порядка, обусловленной членом ЬЕр, равно нулю при отсутствии изменений температуры, т.е. когда 6Zt = О.

Это позволяет использовать сигнал О, для осуществления температурной коррекции сигнала

Ui.

Если решить совместно уравнения (1) и (2), тс выражение для скорректированного напряжения

U, имеет вид (с точностью до малой второго порядка)

U

А

4К Ь /2ZíÔ9Z

Таким образом, для получения скорректированного (не зависящего от температуры) напряжения U, действительное напряжение U, должно быть умножено на коэффициент

Поскольку — 2 1, то формуле (3) можно

П2. придать вид и

547661 где

zz,„isz

К=— и н

Работа устройства протекает в соответствии с алгоритмом (6) и поясняется с помощью временных диаграмм.

В течение первого такта открыты ключи 3, 6 и 7 и выходное напряжение мостовой схемы (см. фиг.

2, а) поступает на вход неинвертирующего масштабного усилителя переменного тока 9. Во втором такте открыты ключи 4, 5 и 7 и выходной сигнал мостовой схемы U (см. фиг. 2, б) поступает на вход инвертирующего масштабного усилителя переменного тока 10.

Выходной сигнал усилителя 9 (см. фиг. 2, в) в виде последовательности двуполярных импульсов поступает на первый вход множительного устройства 11 и на первый вход сумматора 12, Выходной сигнал уа лителя 10 в виде последовательности двухполярных импульсов (см. фиг, 2, r) поступает на второй вход множительного устройства 11, с выхода которого сигнал произведения поступает на второй вход сумматора 12.

Таким образом, на выходе сумматора образуется сигнал Ок= n(U, + KU, U,), пропорциональный скорректи ров анно му в ыходному напряжению мостовой схемы.

Использование новых элементов и связей позволяет повысить точность измерения давления в переходном и установившемся тепловых режимах датчика и расширить рабочий диапазон температур посредством непрерывной выработки поправочного сигнала IIQ давлению как в условиях установившегося, так и в условиях переходного теплового режима при любых температурах чувствительного элемента и уменьшить зависимость сигналов от колебаний напряжения питания, так как оба сигнала, необходимые для выработки коррекции, снимаются с диагонали моста и испытывают влияние нестабильности напряжения питания в равной степени, но в значительно меньшей, чем сигнал, регистрируемый миллиамперметром в прототипе.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержа10 щее чувствительный элемент с двумя рабочими тензорезисторами, два компенсирующих тензорезистора, включенные в мостовую измерительную схему отличающее ся тем, что с целью повышения точности измерения и рас1б ширения рабочего диапазона температур, оно снабжено генератором импульсов, выход которого соединен с шестью ключевыми схемами, инверткрующим и неинвертирующим масштабными усилителями переменного тока, множительным устройст20 вом и сумматором, причем четыре ключевые схемы включены в плечи мостовой схемы, выход которой соединен с входами пятой и шестой ключевой схемы, выход пятой ключевой схемы соединен с входом неинвертирующего масштабного усилителя

25 переменного тока, выход которого соединен с первым входом множительного устройства и первым входом сумматора, выход шестой ключевой схемы соединен с входом инвертирующего масштабного усилителя переменного тока, выход которсго сое30 динен с вторым входом множительного устройства, выход последнего соединен с вторым входом сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

35 1. Патент США N 3448607 кл. 73 — 88,5, 1969 г.

2. Патент СШАХ 3290928 кл.73 — 88,5, 1968 г. (прототип) .

547661

Составитель О. Сафонов

Техред А. Асталош

Корректор С. Шекмар

Редактор Е. Гончар

Заказ 633/97

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 1 052 Подписное

4НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5