Термокомпенсированный параметрический преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике и может найти применение , в частности, втензометрическойи фотометрической аппаратуре. Цель изобретена - повышение точности измерения за счет компенсации температурных погрешностей параметрического измерительного моста -достигается тем, что в преобразователь , содержащий измерительный четырехплечий мост, источник 1, опорного напряжения, операционный усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 10, введены два масштабных алгебраических сумматора 9 и 11 и токозадающий резистор 3. Для минимизации термозависимости начального напряжения смещения измерительного моста 4 выбирают определенные значения коэффициентов, варьируя значениями коэффициентов, получают необходимую степень термокомпенсации чувствительности преобразователя.1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 R "t7/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТО Р С КОМУ С В Иц ЕТЕР Ь СТВУ (21) 4491242/21 (22) 06.10.88 (46) 15.09.91. Бюл, ¹ 34 (71) Азербайджанское научно-производственное объединение "Нефтегазавтомат" (72) З.М.Бромберг, АЛ.Белоусов и П,A.Хубов (53) 621.317.733 {088,8) (56} Phiilps Data Handbook, Semiconductors, book. S13, Sensors — Philips, 1986, р. 45.

Приборы и системы управления, 1985, ¹9, с.21.

{54) ТЕРМОКОМПЕНСИРОВАННЫЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике, автоматике и может найти применение, в частности, в тензометрической и (19) (ll) 1 о//6ЗО А1 фотометрической аппаратуре. Цель изобретения — повышение точности измерения эа счет компенсации температурных погрешностей параметрического измерительного моста — достигается тем, что в преобразователь, содержащий измерительный четырехплечий мост, источник 1, опорного напряжения, операционный усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 10. введены два масштабных алгебраических сумматора 9 и 11 и токозадающий резистор 3, Для минимизации термозависимости на/ чального напряжения смещения измерительного моста 4 выбирают определенные значения коэффициентов, варьируя значениями коэффициентов, получают необходимую степень термокомпенсации чувствительности преобразователя. 1 ил.

1677650

Изобретение относится к области измерительной техники, автоматики и телемеханики и може — найти применение, в частности, в устройствах для измерения давления силы тензометрического типа, например, в дифференциальных фотометрах.

Целью изобретения является повышение точности измерения эа счет компенсации температурных погрешностей параметрического измерительного моста.

На чертеже представлена функциональная электрическая схема термокомпенсированного параметрического преобразователя, Схема содержит источник 1 опорного напряжения, операционный усилитель 2, токозадающий резистор 3, параметрический измерительный мост 4, состоящий из резисторов 5-8, получающих приращения при воздействии измеряемой величины, причем питающая диагональ измерительного моста

4 включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя 2, выходная диагональ измерительного моста

4 соединена с первым и вторым входом первого масштабного алгебраического сумматора 9, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразователя (л ЦП)

10, выход операционного усилителя 2 соединен с третьим входом первого 9 и первым входом второго алгебраических сумматоров

11, первый вывод источника 1 опорного напряжения соединен с четвертым входом первого и вторым входом второго масштабных алгебраическлх сумматоров, токозадающий резистор 3 вкл очен между первым вblBÎQÎM ICT09HиKа 1 ОпОpHОГО:на0pя кеHMя и инвертирующим входом операционного усилителя 2, второй вывод источника 1 опорного напряжения и неинвертирующий вход операционного усилителя 2 соединены с общей шиной, выход второго масштабного алгебраического сумматора 11 соединен с входом опорного напряжения АЦП 10, выход которого является выходом устройства.

Устройство работает следу,ощим образом.

Выходное напряжение Ug сумматора 9

U9=2ЛUK+ U2K1» UlK2, (1) где Л U — полезный слгнал напряжения в выходной диаГонали мОста 4, U2 — выходное напряжение опсрационНОГО УСилителя 2;

К, К1 — коэффициенты передачи су ..маторэ 9 по соответствующим входам;

U> — напряжение истсчника 1;

К2 — коэффициент передачи напряжения опорного источника 1.

Напряжение 02 описывается выражением

Ы =-и R 4 — О М" + М )(2) з Рз где R3,4 — эквивалентное сопротивление питающей диагонали измерительного моста 4;

8 — начальное сопротивление питающей диагонали измерительного моста 4 при температуре т,; а — температурный коэффициент эквивалентного сопротивления питающей диагонали измерительного моста 4;

Л t — абсолютное отклонение температурь. измерительного моста 4 от начального значения to, Вз — сопротивление токазадающего резистора 3.

При постоянной температуре эквивалеHòíîå сопротивление измерительного моста 4 с четырьмя активными плечами (причем, противоположные плечи получают одноименные приращения, а смежные— противофазные поиращения) не зависит от значения внешнего измеряемого параметра, т.е. R 4 не зависит от AU. Это свойство четырехплечного измерительного моста 4 позволяет использовать сигнал напряжения на питаюгцей диагонали (при питании моста постоянным стабильным током) в качестве величины, зависящей от температуры, и пролзводить термокомпенсацию измерительного моста 4; его начального смещения (при нулевом значенил измеряемого параметра) и чувствительности, Выражение (1) в соответствии с (2) можно записать в виде

Ug = 2 AU K — К101 х — — — - — - + u к . <з

Вз

При выборе значений коэффициентов

К1 и К2 таких., что выполняется равенство K1= . Ra

= К2 — выра>кение (3) приобретает вид

Ro

Ug =2 UK — К10 — аht. (4)

Ro

Второй член выражения (4) линейно завислт от разности температур ht (между текущим и начальным значениями) и не зависит от слгнала Л U, а следовательно, и измеряемого параметра моста 4, Выбором значений коэффициентов К1 и К2 возможно скомпенсировать собственный температурный коэффициент ао начального смещения измерительного моста 4.

Используя тот же принцип. можно уменьшить температурные погрешности чувствительности параметрического преобразователя. Для этого сигнал с выхода питающей диагонали измерительного моста 4 суммируют с опорным напряжением АЦП 10

1677650 (либо с сигналом на входе операционного усилителя 2).

Выходной код АЦП 10 определяется выражением

N-Np 0 (5)

011 где Np — опорное число (конец шкалы);

U11 — опорное напряжение, поступающее с выхода сумматора 11, Напряжение 011 определяется как

011 = 02 КЗ+ О1 К4. (6).

С учетом (2), (4) выражение (5) можно переписать в виде

2Л0 К вЂ” К101 — „ а Лт

Вз

Rp Rp

U1K4 — » — - КЗ+01 — Ka

Л0 (01 Rp Rp к4 — — кз+ — кзaAt з з

K1 — асс

Кз — К + — Кз(1 — аЛ1>

Ro

Ra

Анализ выражения (7) показывает следующее, Первый член выражения характеризует полезный сигнал, пропорциональный напряжению Л U. Выбором значенлй коэффициентов Кз и К1 добиваются минимального температурного коэффициента чувствительности преобразователя (при этом достигается компенсация температурного коэффициента чувствительности самого измерительного моста 4), Второй член выражения не зависит от полезного сигнала Л U, выбирая определенные значения коэффициентов К1, К2 (как это показано), минимизируют термозависимость начального напряжения смещения измерительного моста 4, В случае, если компенсировать начальное смещение не требуется (например, используется микросхема АЦП с автоматической коррекцией нуля или ручная балансировка измерительного моста 4), то коэффициенты К1 и К2 выбирают равным

О, Формула (7) при этом будет иметь вид

N=2, (8)

K4 — Кз — (1 — а Лт )

Ro

Варьируя значения коэффициентов Кз и

К4, добиваются необходимой степени термокомпенсации чувствительности преобразователя, Следует отметить, что коэффициенты

К2, К1, Кз и К4 могут иметь как положительн:. .й, так и отрицательный знак.

Коэффициент К выбирается, исходя из необходимости согласования уровня полез5

10 ного сигнала на выходе измерительного моста и чувствительности АЦП.

Коэффициенты К1 и К2 выбирают, исходя из условия компенсации температурного коэффициента ао начального смещения измерительного моста (коэффициент Qo приводится в справочниках из расчета на 1 В питающего напряжения и на 1 С). Математически условие компенсации, исходя из формулы (3), записывается как

К1 = (а,/а) (Вз/Rp), (9)

Kz = K1(Rс/йз) = ао /а (10)

Б частном случае, когда Rp = Кз., имеем

К1= К2

Аналогично для компенсации температурного коэффициента д чувствительности моста, коэффициенты Кз и К4 должны удовлетворять уравнению, полученному из формул (7) или (8):

1 + д К4 КЗ(1 г )(R3/Ro), откуда получаем окончательно

Кз = (д/2)(йз/Rp), (12)

« = 1+ K (Rp/Rç) = 1+ д/а (13)

Как это следует из приведенных формул (9)-(13), для точного расчета коэффициентов

К1-К4 необхолимо значение коэффициентов, а, а и дизмер4тельноп>моста.Однаковозможно использование эмпиоического метода настройки, Для этого предварительно сбалансированный при нормальной температуре мост и прл отключенной физической (измеряемой) вел ичи не помещают в термокамеру.

Нагревают мост до предельной рабочей температуры и, регулируя К1 и Kz, добиваются минимального разбаланса моста.

Затем то же самое, но при подключенной физической величине, проделывают в отношения коэффициентов Кз и К4, добиваясь одинаковых показаний при двух температурах, Для достижения высокой точности процесс регулировки можно проводить итерацион но, в нес кол ько приемов.

В предложенном решении сигнал с вы45 ходной диагонали используется собственно для измерения, а сигнал с питающей диагонали — для термокомпенсации, т.е. по сути работают одни и те же элементы, один и тот же мост. Нет ни временного ни физического разделения первичных элементов канала измерения и канала компенсации. Это обусловливает более высокую, чем в аналогах, точность измерения ввиду отсутствия неизбежных при разделении этих каналов температурных ошибок, и упрощает устройство, так как снимается необходимость в использовании дополнительных термопреобразователей канала термокомпенсации, 1677650

Формула изобретения

Составитель В. Семенчук

Редактор О. Спесивых Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M Максимишинец

Заказ 3112 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Термокомпенсированный параметрический преобразователь, содержащий параметрический измерительный мост, источник 5 опорного напряжения, операционный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены два масштабных алгебраических сумматора и 10 токозадающий резистор, причем питающая диагональ измерительного моста включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилителя, выходная диагональ измерительного моста соединена с 15 первым и вторым входами первого масштабного алгебраического сумматора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход операционноro усилителя соединен с третьим входом первого и первым входом второго алгебраического сумматоров, первый вывод источни ка опорного. на п ряжения соедин ен с четвертым входом первого и вторым входом второго масштабных алгебраических сум- маторов, токозадающий резистор включает между первым выводом источника опорного напряжения и инвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод источника опорного напряжения и неинвертирующий вход операционного усилителя соединены с общей шиной, выход второго масштабного алгебраического сумматора соединен с входом опорного напряжения аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя является выходом термокомпенсированного параметрического преобразователя,