Преобразователь давления в электрический сигнал
Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений при одновременном снижении трудоемкости изготовления датчика. Преобразователь давления содержит мембрану с измерительным тензопреобразователем и термокомпенсирующую схему. Термокомпенсирующая схема выполнена в виде разбалансированного резистивного моста, причем резисторы R1, R2 и R3 этого моста выполнены с одинаковыми температурными коэффициентами сопротивления α<SB POS="POST">1-3</SB>, например, в виде пленочных резисторов, а номинальные значения сопротивлений резисторов и температурный коэффициент сопротивления α<SB POS="POST">4</SB> четвертого резистора связаны соотношением: {[R3(1+R1/R2)/R4]/(1+R3/R4)}<SP POS="POST">.</SP>[(Α<SB POS="POST">4</SB>-Α<SB POS="POST">1-3</SB>)/(R3/R4-R1/R2)]=+δS, где δS - температурный коэффициент чувствительности измерительно тензопреобразователя. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 1 9/06
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
СПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4311364/24-10 (22) 01 10,87 (46) 23.12.90. Бюл. М 47 (71) Уральский политехнический институт им.С.М,Кирова (72) С.Г.Осипова, Х.Н.Гайнанов, С.П.Ессяк и Г.С.Ранченко (53) 531.787 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
hL 731328, кл. G 01 . 9/04, 1980. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерений при одновременном снижении трудоемкости изготовления датчика. Преобразователь давления содержит мембрану с измерительным тензопреобразователем и
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах измерения давления.
Цель изобретения — повышение точности измерений давления.
На чертеже изображена принципиальная схема преобразователя.
Преобразователь содержит мембранный датчик с измерительным тензомостом 1 и термокомпенсирующую схему 2, выполненную в виде разбалансированного резистивного моста с резисторами R1, R2 R3, R4 и подключенную параллельно с измерительным тензомостом 1 к общему источнику 3 напряжения питания, Выходы измерительного тензомоста 1 и термокомпенсирующей схемы 2 подключены к сигнальным входам переключателя 4, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя 5 Ж 1615580 А1 термокомпенсирующую схему. Термокомпенсирующая схема выполнена в виде разбалансированного резистивнаго моста, причем резисторы R1, R2 и Й3 этого моста выполнены с одинаковыми температур н ыми коэфф и циентами сопротивления й1-3, например, в виде пленочных резисторов, а номинальные значения сопротивлений резисторов и температурный коэффициент сопротивления а4 четвертого резистора связаны соотношением
R3 . R1 — (1 + — )
R4 R2) 4 — al-3
1+КЗ) (Вз/К4 Я1/R2) .R4 температурный коэффициент чувствительности измерительного тензопреобразователя, 1 ил. канальных интервалов времени. Последнее звено устройства может быть выполнено в виде двухфазного мультивибратора; дли- 0, тельности импульса и паузы которого долж- а ны соответствовать требуемым значениям у длительности канальных интервалов.
Преобразователь давления работает следующим образом.
Измерительный тензомост 1 формирует напряжение 0и, определяемое соотношением
Ои = Un (Еи, Щ = Яи (8) Р). (1)
Термокомпенсирующая схема 2 формирует масштабирующее напряжение U>, определяемое соотношением
0„=ЕМ (В) Ип.,, (2) где е — разбаланс резистивного моста при
Оп - 1 В. Напряжения Ои и U через переключатель 4 поочередно подключаются к
1615580 выходу устройства, так что преобразователь выдает в устройство обработки результатов измерения давления последовательность разделенных во времени информативного и масштабирующего сигналов. Формирова- 5 тель 5 канальных интервалов времени управгяет работой переключателя 4 и определяет продолжительность времени, в течение которого снимается с выхода преобразователя информативный и масштаби- 10 рующий сигналы. Функция преобразования давления представляет собой отношение Хр напряжений U и U .
u U.(е (Я+Я Ф) Р)
3 ,. (e)+S. (e) Р () Производная этой функции по температуре среды имеет вид
dХр дХр dЕио „дХр d Яи+ с Еио б д Ь ddd (4) д дХр дЕм бР
Произведя вычисления по формуле(4), полу- 25 чают выражения для температурной погрешности на выходе преобразователя. Аддитивная составляющая температурной погрешности равна д бЬ Ь бе (5)30 а мультипликативная составляющая равна ф„„, - (.. -d-tl „ 14) (6)
Разделив выражения(5) и(6) на чувствительбХр Su ность преобразователя — =. —, получают б Р Ем формулы для составляющих те,лпературной погрешности, приведенйой к входу преобразователя. Аддитивная составляющая равна
СИ Sè б 3 Ем бУ
Мультипликативная составляющая равна
-И „= З.б",„. d"0 (8)
Анализ формулы (8) показывает, что поскольку температурная зависимость чувстd SM вительности — б- имеет детермирован8и б ный характер, путем соответствующего выбора параметров термокомпенсирующей 55 схемы 2 можно добиться выполнения условия б Яи бЕм (9)
Зиб Ем d в результате чего мультипликативная составляющая температурной погрешности преобразователя давления обращается в нуль. Если учесть, что
Ем "
1. (10)
1+ — 1+— пг 4
R1 пз введя обозначения — = K1 и — = K2, полуR2 R4 чают
1 1
1+К1 1+К2
Температурная зависимость разбаланса ем, при условии, что температурные коэффициенты aреэисторов R1, Вг и йз равны между собой a1 = а = аз = a1-з, определяется выражением — — — (12) б e„К2 (а4 -a1 3) (1 + Кг)
Относительное изменение разбаланса от температуры равно
d ем Кг (1 + К1) (сц - а1 -з)
Ем С (1 + К2) (К2 — К1), (13)
Из выражений (9) и (13) получают соотношения для расчета элементов термокомпенсирующей схемы, при выполнении которого имеет место полная компенсация мультипликативной составляющей температурной погрешности преобразователя давления; — (1+ — ) (a1 з -сц)
Вз
)с-„R4 R2 (4) (1+ — )(— — — )
Ra R2
R4 R4 R2
Формула изобретения
Преобразователь давления в электрический сигнал, содержащий мембранный датчик давления с измерительным тензопреобразователем, включенным в измерительный мост, и термокомпенсационный тензопреобразователь, подключенные параллельно к общему источнику напряжения питания, причем выходы измерительной мостовой схемы и термокомпенсационного тензопреобраэователя подключены к сиг-. нальнblм" входам переключателя, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности, он дополнительно снабжен формирователем интервалов времени; выход которого подключен к управляющему входу переключателя, а выход переключателя является выходом преобразователя, при.этом термокомпенсационный тензопреобразователь выполнен в виде разбалансированного резистивного моста, три резистора R1, Кг и R3 которого выполнены с одинаковыми температурными коэффициентами сопротивления а1 — з, а значения сопротивлений резисторов R1, R2 и Вз и температурный ко1615580 где д S— - температурный коэффициент чувствительности измерительного тензопреобразователя. эффициент сопротивления а4 четвертого резистора R4 связаны соотношением — (1 + — ) (а1-> — а4) 1+ з) з 1) а 3 13 зз1
R4 R4 RZ
Составитель B.Óëüÿíoâ
Техред M. Моргентал Корректор Л.Пилипенко
Редактор E.Ïàïï
Произеодстеенно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. ул.Гагарина, 101
Заказ 3981 Тираж 469 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб., 4I5
