Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения, контроля и регулирования давления. Цель изобретения - повышение точности измерения давления в потоках жидкостей и газов. Сущность изобретения: устройство для измерения давления содержит источник питания 1, источник смещения 2, аналоговый сумматор 3, дифференциальный усилитель 4 с выходом 5, измерительный мост 6 с операционным усилителем 7, тензопреобразователем 8 и резисторами 9-12. Аналоговый сумматор 3 образован операционным усилителем 13 и резисторами 14-16. Устройство обеспечивает коррекцию температурной погрешности тензопреобразователя 8 за счет введения положительной обратной связи операционного усилителя измерительного моста 6. В качестве информативного параметра использована зависимость сопротивлениявходной диагонали тензопреобразователя от температуры его чувствительного элемента. Положительный эффект: благодаря введению в электрическую схему устройства аналогового сумматора 3, источника смещения 2 и измерительного моста 6, обеспечивается компенсация аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности тензопреобразователя. 1 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

Ю (21) 4901479/10 (22) 09.01.91 (46) 23.01.93. Бюл. ¹ 3 (71) Омское научно-производственное объединение "Сибкриотехника" (72) В.С.Пономарев, А.B.Åðìàêîâè÷ и

А.И.Щелканов (56) Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем.— М.: Мир, 1989, с. 65, рис. 3.1.3в.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1434286, кл. G 01 L 9/00, 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения, контроля и регулирования давления. Цель изобретения — повышение точности измерения давления в потоках жидкостей и газов. Сущность изобретения: устройство для измерения давления содержит источник питания 1, источник смещения 2, аналоговый сумматор 3, диф„„!Ы„„1789892 А1 ференциальный усилитель 4 с выходом 5, измерительный мост 6 с операционным усилителем 7, тензопреобразователем 8 и резисторами 9 — 12. Аналоговый сумматор 3 образован операционным усилителем 13 и резисторами 14 — 16. Устройство обеспечивает коррекцию температурной погрешности тензопреобразователя 8 за счет введения положительной обратной связи операционного усилителя измерительного моста 6. В качестве информативного параметра использована зависимость сопротивления входной диагонали тензопреобразователя от температуры его чувствительного элемента. Пол ожител ьн ый эффект: благодаря введению в электрическую схему устройства аналогового сумматора 3, источника смещения 2 и измерительного моста 6, обеспечивается компенсация аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности тензопреобразователя. 1 ил.

1789892

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения, контроля и регулирования давления.

Известно устройство для измерения давления, содержащее тензопреобразователь, источник питания тензопреобразователя, датчик температуры и резисторы, включенные в цепь обратной связи первого и второго операционных усилителей, дифференциальный усилитель и усилитель напряжения смещения,, Недостатком устройства является низкая точность преобразования, обусловленная использованием внешнего (не имеющего достаточно удовлетворительного теплового контакта с кристаллом тензопреобразователя) датчика температуры, что предполагает значительное отличие температуры кристалла тензопреобразователя от температуры датчика температуры. Это вносит существенную погрешность при измерении давления в проточных системах, например, в газовых магистралях микрокриогенных систем, поскольку температура чувствительного элемента тензопреобразователя при неустановившемся процессе может существенно отличаться от температуры датчика температуры.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для измерения давления, содержащее источник термозависимого напряжения, усилитель, тензопреобразователь, дифференциальный усилитель и амплитудный модулятор. Недостатком устройства является низкая точность измерения, вследствие необходимости использования в составе термозависимого источника и амплитудного модулятора внешних по отношению к чувствительному элементу тензопреобразователя терморезисторов. Отличие температур указанных элементов из-за конечных значений тепловых сопротивлений между ними определяет погрешность, значение которой становится существенным при измерении давления в проточных системах.

Цель изобретения — повысить точность измерения давления в потоках жидкостей и газов, Для решения данной задачи устройство, содержащее источник питания, операционный усилитель и тензопреобразователь, выход которого связан через дифференциальный усилитель с выходом устройства, снабжается аналоговым сумматором, источником напряжения смещения и измерительным мостом, плечи которого образованы, соответственно, введенными в устройство

55 первым, вторым, третьим резисторами и цепочкой из последовательно соединенных входной диагонали тензопреобразователя и введенного четвертого резистора, в выходную диагональ измерительного моста включен операционный усилитель, соединенный неинвертирующим входом с точкой соединения первого и второго резисторов, инвертирующим — с точкой соединения третьего резистора и тензопреобразователя, а выходом — с точкой соединения тензопреобразователя и четвертого резистора измерительного моста, входная диагональ измерительного моста одним выводом, образованным соединением первого и третьего резисторов, подключена к источнику питания, а другим, образованным соединением второго и четвертого резисторов — к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого подключен к выходу источника напряжения смещения, а выход- ко входу смещения дифференциального усилителя, при этом аналоговый сумматор выполнен на введенных в устройство втором операционном усилителе и пятом, шестом, и седьмом резисторах, пятый резистор включен в цепь отрицательной обратной связи второго операционного усилителя, выход которого является выходом аналогового сумматора, неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей шиной, его инвертирующий вход соединен с первыми выводами шестого и седьмого резисторов, вторые выводы которых являются, соответственно, первым и вторым входами аналогового сумматора, На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство.для измерения давления содержит источник питания 1, источник смещения 2, сумматор 3, дифференциальный усилитель 4, выход 5, измерительный мост 6 с операционным усилителем 7, тензопреобразователем 8 и резисторами 9, 10, 11, 12.

Аналоговый сумматор 3 образован операционным усилителем 13, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, инвертирующий вход подключен к первому и второму входам сумматора, соответственно через резисторы 14 и 15, а выход — через резистор 16 к инвертирующему входу операционного усилителя 13 и является выходом сумматора, Измерительный мост 6 образован резисторами 9 — 12, тензопреобразователем 8. При этом резисторы 9 — 11 и последовательно включенные резистор 12 и тензопреобразователь 8 являются плечами измерительного моста 6. Операционный усилитель 7 включен в его выходную диагональ и подключен неинвертирующим вхо1789892

Ip = Uox

В1 х

)40

55 дом к точке соединения резисторов 9 и 10, инвертирующим — к точке соединения резистора 11 и тензопреобразователя 8, а своим выходом соединен с точкой соединения тензопреобразователя 8 и резистора 12. Входная диагональ измерительного моста 6 одним выводом, образованным соединением резисторов 9 и 11, подключена к источнику питания 1, а другйм, образованным соединением резисторов 10 и 12, подключена к второму выводу резистора 14, являющемуся первым входом сумматора 3.

Второй вход сумматора 3 (второй вывод резистора 15) подключен к выходу источника смещения 2, а выход — к входу смещения дифференциального усилителя 4. Выход тензопреобразователя 8 соединен с входом дифференциального усилителя 4, выход которого является выходом устройства.

Устройство для измерения давления работает следующим образом.

После подачи напряжения измерительный мост 6 устанавливается в состояние баланса вследствие наличия отрицательной обратной связи, которой охвачен операционный усилитель 7 через тензопреобразователь 8. При этом измерительный мост 6 оказывается включенным между выходом источника питания 1 и общей шиной через резистор 14, так как на инвертирующем выходе операционного усилителя 13, охваченного отрицательной обратной связью, присутствует нулевое напряжение, равное напряжению на его неинвертирующем входе, Через тензопреобразователь 8 протекает ток Io З Й5 В2+н4 +R4 R1+R2 R5R

R"„ В2, Вз, R4, R5 — сопротивления резисторов 9 — 12, 14 соответственно;

Rt — входное сопротивление тензопреобразователя 8.

При изменении температуры тензопреобразователя, например, в сторону увеличения, происходит снижение чувствительности тензопреобразователя 8 как датчика давления, При этом сопротивление входной диагонали тензопреобразователя 8, являющееся информативным параметром температуры его чувствительного элемента, возрастает, Ток I, протекающий через тензопреобразователь 8, увеличивается за счет наличия положительной обратной связи через резисторы 10, 12 и 14 (в соответствии с

35 выражением (1)). Следует отметить, что при разрыве положительной обратной связи путем исключения, например, резистора 12, ток через преобразователь 8 оставался бы на неизменном уровне (независимо от входного сопротивления Ri тензопреобразователя 8) за счет наличия только отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель 7, С увеличением тока I тензопреобразователя

8 повышается и устанавливается близкой к первоначальному значению. Таким образом осуществляется компенсация изменения тензочувствительности тензопреобразователя 8, Поступающее на первый вход аналогового сумматора 3 (первый вывод резистора

14) напряжение 1, равное

U1-Uo 1(2) является функцией от температуры тензопреобразователя 8, с увеличением которой оно уменьшается. В свою очередь, начальное напряжение смещения U <м выходного напряжения тензопреобразователя 8 также является функцией температуры, с повышением которой оно также уменьшается, Выходное напряжение 2 сумматора 3 увеличивается, так как аналоговый сумматор выполнен по типу инвертирующего усилителя, и поступает на вход смещения дифференциального усилителя 4, Функция преобразования дифференциального усилителя 4, выполненного по схеме, приведенной на фиг.2, имеет вид

Овых. = K(Ua Оь) + 02, (3) где U и Ub — напряжения на дифференциальном выходе тензопреобразователя;

К вЂ” коэффициент дифференциального усилителя 4.

Таким образом, благодаря увеличению напряжения U2 на входе смещения дифференциального усилителя с ростом температуры тензопреобразователя 8 осуществляется компенсация уменьшения начального напряжения смещения UcM выходного сигнала тензопреобразователя, т.е. происходит исключение мультипликативной составляющей изменения напряжения смещения тензопреобразователя 8 от температуры. Аддитивная составляющая этого напряжения, не зависящая от температуры, исключается подачей на второй вход сумматора 3 выходного напряжения источника смещения 2.

Регулировка устройства осуществляется следующим образом.

1789892 рабочих температур. После установки требуемой чувствительности тензопреобразователя 8 устанавливается значение сопротивления резистора 14, определяющего коэффициент изменения напряжения

Uz на входе смещения дифференциального усилителя от температуры. Последним определяется сопротивление резистора 15, обеспечивающее исключение остаточного напряжения смещения, приведенного к выходу дифференциального усилителя 4.

Формула изобретения

Составитель А,Кулакова

Техред М.Моргентал Корректор И.Шмакова

Редактор Т.Иванова

Заказ 345 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

Коэффициент усиления К дифференциального усилителя 4 задается в соответствии с требуемым уровнем выходного напряжения устройства. Сопротивления резисторов 9, 11, 14 выбираются постоянными 5 и не зависят от типа и градуировочных характеристик тензопреобразователя 8. Сопротивление резисторов 10 и 12 рассчитываются или подбираются экспериментально и определяют начальный ток че- 10 рез датчик и его изменение в диапазоне

Устройство для измерения давления, содержащее источник питания, операционный усилитель и тензопреобразователь, выход которого связан через дифференциальный усилитель с выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения давления в потоках жидкостей и газов, оно снабжено аналоговым сумматором, источником напряжения смещения и измерительным мостом, плечи которого образованы соответственно введенными в устройство первым, вторым, третьим резисторами и цепочкой из последовательно соединенных входной диагонали тензопреобразователя и введенного четвертого резистора, в выходную диагональ измерительного моста включен операционный усилитель, соединенный неинвертирующим входом с точкой соединения первого и второго резисторов, инвертирующим — с точкой соединения третьего резистора и тензопреобразователя, а выходом — с точкой соединения тензопреобразователя и четвертого резистора измерительного моста, входная диагональ измерительного моста одним выводом, образованным соединением первого и третьего резисторов, подключена к источнику питания, а другим, образованным соединением второго и четвертого резисторов,— к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого подключен к выходу источника напряжения смещения, а выход — к входу смещения дифференциального усилителя, при этом аналоговый сумматор выполнен на введенных в устройство втором операционном усилителе и пятом, шестом и седьмом резисторах, пятый резистор включен в цепь отрицательной обратной связи второго операционного усилителя, выход которого является выходом аналогового сумматора, неинвертирующий вход второго операционного усилителя соединен с общей шиной, его инвертирующий вход соединен с первыми выводами шестого и седьмого резисторов, вторые выводы которых являются соответственно первым и вторым входами аналогового сумматора,