Датчик давления

 

Изобретение может быть использовано для измерения давления с повышенной точностью в условиях воздействия термоудара. Поскольку две мостовые измерительные схемы с одинаковой топологией размещены на мембране так, что каждому тензорезистору одного моста соответствует расположенный симметрично с ним тензорезистор другого моста, то тензорезисторы попарно находятся в равных температурных полях, полях температурных деформаций, а также в равных деформационных зонах. В результате того, что ТКС и ТКЧ тензорезисторов одного моста отличаются на порядок от ТКС и ТКЧ тензорезисторов другого моста, имеется возможность получения дополнительного термозависимого сигнала, используемого для коррекции температурной погрешности основного сигнала при воздействии термоудара. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1663460 А1 (я)з G 01 L9/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4650266/10 (22) 13.02.89 (46) 15,07.91, Бюл. М 26 (72) В.А. Зиновьев и А.В. Кузекмеев (53) 531,787(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1ч . 1377633, кл. G 01 1 9/04, 1987. (54) ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано для измерения давления с повышенной точностью в условиях воздействия термоудара, Поскольку две мостовые измерительные схемы с одинаковой топологией размещены на мембране так, что каждому тензорезиИзобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано в датчиках для измерения давления жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы (при термоударе), Целью изобретения является повышение точности измерения давления при воздействии термоудара.

На фиг. 1 показана конструкция датчика давления; на фиг. 2 — размещение тензоре зисторов на мембране (топология); на фиг. 3 — измерительная схема.

Устройство включает корпус 1, мембрану 2, выполненную за одно целое с корпусом, На мембране сформированы два измерительных моста, защищенные от окружающей среды гермокрышкой 3.

При этом один мост состоит из тензорезисторов 4-7, а другой — из тенэорезисто ров

8 — 11, контактные площадки 12служатдля

1 стору одного моста соответствует расположенный симметрично с ним тензорезистор другого моста, то тензорезисторы попарно находятся в равных температурных полях, полях температурных деформаций, а также в равных деформационных зонах. В результате того, что ТКС и ТКЧ тензорезисторов одного моста отличаются на порядок от ТКС и ТКЧ тензорезисторов другого моста, имеется возможность получения дополнительного термозависимого сигнала, используемого для коррекции температурной погрешности основного сигнала при воздействии термоудара. 3 ил. подключения мостовых измерительных цепей к общей измерительной схеме (фиг. 3). К входной диагонали каждого моста подводится напряжение U T источника питания, К выходным диагоналям мостов подключены операционные усилители 13, 14, с которых сигнал поступает на блок 15 вычитания и через масштабный усилитель 16 на блок 17 вычитания.

Устройство работает следующим образом, При подаче измеряемого давления на воспринимающую мембрану 2 последняя прогибается, Тенэорезисторы 4-7 и 8-11 испытывают деформацию, Вследствие этого на выходе мостовых измерительных цепей появляются сигналы, пропорциональные измеряемому давлению, которые поступают на входы операционных усилителей 13, 14.

Выходные сигналы операционных усилителей 13, 14 будут иметь вид

01З = К1 (0р1+ U>1), U14 = К2 (Up2 4 От2), 1663460

20

55 где Up1 0р2 составляющие выходных сигналов мостов, пропорциональные измеряемому давлению;

UT1, От2 — составляющие выходных сигналов мостов, пропорциональные температуре;

К1, K2 — коэффициенты усиления.

При этом Up1 = Up2, à 0т1 0т2, так как

КЧ тензореэисторов обоих мостов равны, а

ТКС и ТКЧ различны.

Тензорезисторы 4 и 8, 5 и 9, 6 и 10, 7 и

11 находятся попарно в равных термпературных условиях и равных условиях от рабочей нагрузки, В нормальных температурных условиях измерительная схема настраивается таким образом, что на выходе блока 15 вычитания сигнал равен нулю

0 l5 = U13 014 =- K1 (0р1+ 0т1) К2 (Up2+

-т 0т2)-= О, Gr влияния на мостовые схемы температуры на выходе блока 15 вычитания появляется термозависимый сигнал, причем в стационарных температурных условиях (на всех тензорезисторах одинаковая температура) этот сигнал обусловлен только ТКЧ тензореэисторов, а от влияния TKC самокомпенсируется в каждой из мостовых схем из условия работы моста.

Таким образом, на выходе блока 15 вычитания при любой стационарной температуре (для приведенного случая в диапазоне температур от минус 200 до 150 С) и при отсутствии воздействия измеряемого давления сигнал равен нулю. При воздействии давления на выходе блока 15 вычитания появится термозависимый сигнал за счет различных значений ТКЧ тензорезисторов 4-7 по сравнению с тензорезисторами 8-11.

В нестационарных условиях (например, мгновенное значение температуры на тензорезисторах 4, 8, 6, 10 отличается от мгновенного значения температуры на тензорезисторах 5, 9, 7, 11, а также может иметь место и различная температурная деформация) происходит изменение выходных сигналов мостовых цепей пропорционально разнице температур и температурных деформаций. Так как ТКС и

ТКЧ тенэорезисторов каждого моста различны, то и величина изменения выходных сигналов различна, Вследствие этого на выходе вычитания 15 появляется термозависимый сигнал, пропорциональный разнице температур и температурных деформаций на отдельных парах тензорезисторов. Этот сигнал преобразуется в масштабном усилителе 16 с необходимым коэффициентом усиления и поступает на вход блока 17 вычитания, на другой вход которого поступает выходной сигнал мостовой цепи из тензорезисторов 8-11, пропорциональный измеряемому. давлению и температурным изменениям и усиленный в операционном усилителе 14.

Таким образом, в блоке 17 вычитания происходит коррекция основного сигнала цепи 8-11, 14, 17 термозависимым и не зависящим от измеряемого давления сигналом, снимаемым с обоих мостов, отдельным от рабочего сигнала в блоке 15 вычитания и преобразованным до необходимой величины в масштабном усилителе 16.

0вых == K2 (Up2 + 0т2) К3 (K10p1 + К10т1

K2Up2 К20т2) Учитывая, что K2Up2 = К10р1, К20т21 К10т1, а К20т2 = К3 (К20т2 К10т1), где К3— коэффициент усиления масштабного усилителя 16, получаем

0вых = K20p2, ТаКИМ 00р330М, ВЫХОДНОЙ сигнал датчика зависит только от измеряемого давления, а изменения температуры практически не влияют на выходную характеристику, причем аддитивная составляющая температурной погрешности компенсируется за счет различия ТКС, а мультипликативная — за счет различия ТКЧ тензорезисторов одно моста по сравнению с тензорезисторами другого.

Использование датчика давления позволяет повысить точность измерения в диапазоне температур от минус 200 до 150 С примерно в 4-5 раз за счет уменьшения температурной погрешности, Формула изобретения

Датчик давления, содержащий корпус с закрепленной в нем мембраной, на которой сформированы тензорезисторы, соединенные в два измерительных моста, причем оба моста выполнены с одинаковой топологией, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности измерения давления при воздействии термоудара, в нем тенэорезисторы одного моста расположены попарно симметрично с тенэорезисторами другого моста относительно центра мембраны, причем температурные коэффициенты сопротивления и тенэочувствительности тензорезисторов одного моста на порядок больше соответствующих коэффициентов тенэорезисторов другого моста, а коэффициенты тензорезисторов обоих мостов имеют один и тот же порядок, 1663460

1663460

5ыс

Ьул .

Составитель О.Слюсарев

Техред М,Моргентал . Корректор Л.Бескид

Редактор О,Спесивых

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. yn,Гагарина, 101

Заказ 2259 Тираж 357 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35; Раушская наб„4/5