Преобразователь давления и температуры

 

Изобретение относится к устройствам дистанционного преобразования изменения сопротивлений резистивных датчиков и может использоваться для характеристик двух данных в мостовых схемах при трехпроводной линии связи. Устройство содержит резистивный датчик температуры, резистивный датчик давления, четыре неуправляемых ключа (диода), компенсационный и уравновешивающий резисторы, дифференциальный усилитель и двухполярный коммутируемый источник тока. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам дистанционного преобразования изменений сопротивлений резистивных датчиков, в частности для преобразования давления и температуры.

Известен преобразователь веса бурового инструмента и осевой нагрузки на долото, содержащий датчики в виде резистивных дифференциальных датчиков и резисторы, соединенные по мостовой схеме, использующие трехпроводную линию связи и подключенные к усилителю с отрицательной обратной связью [1] Недостатком этого устройства является необходимость использования шестипроводной линии связи и магнитоэлектрических логометров с гальванически разделенными рамками, у которых градуировка шкал индивидуальна и неравномерна.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство [2] содержащее резистивный датчик температуры, первый вывод которого соединен с общим проводом трехпроводной линии связи, первый и второй сигнальные провода которой через соответственно компенсационный и добавочный резисторы с первыми выводами последовательно соединенных первого и второго резисторов резистивного моста и соответственно с инвертирующим и с неинвертирующим входами дифференциального усилителя, включенного по схеме повторителя напряжения, а также логометр, источник напряжения, соединенный последовательно с одной из рамок логометра, другая рамка которого, соединенная последовательно с компенсационным резистором, образует цепь обратной связи дифференциального усилителя.

Недостатками этого устройства являются необходимость доработки серийно выпускаемых логометров, трудность анализа результатов измерений из-за индивидуальности и нелинейности шкал переделанных логометров, а также невозможность прямой операции преобразования данных для ЦВМ.

Изобретение решает задачу по расширению арсенала технических средств, позволяющих производить измерение нескольких (двух) параметров одновременно при передаче данных по одной трехпроводной линии связи при одновременном повышении точности.

Сущность изобретения заключается в том, что в преобразователе давления и температуры, содержащем резистивный датчик температуры, первый вывод которого соединен с общим проводом трехпроводной линии связи, первый и второй сигнальные провода которой через соответственно компенсационный и добавочный резисторы соединены с первыми выводами последовательно соединенных первого и второго резисторов резистивного моста и соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами дифференциального усилителя, что общий вывод резистивного дифференциального датчика давления соединен с общим проводом трехпроводной линии связи непосредственно, а первый и второй его выводы соединены через соответственно первый и второй неуправляемые ключи соответственно с первым и с вторым сигнальными проводами трехпроводной линии связи, которые через соответственно третий и четвертый неуправляемые ключи соединены соответственно с вторым выводом резистивного датчика температуры и с первым выводом уравновешивающего резистора, второй вывод которого соединен с общим проводом трехпроводной линии связи и с первым выводом двухполярного коммутируемого источника тока, второй вывод которого соединен с вторыми выводами первого и второго резистивного моста, выход дифференциального усилителя через последовательно соединенные первый и второй измерительные резисторы соединен с первым сигнальным проводом трехпроводной линии связи, при этом проводимости первого и второго неуправляемых ключей относительно соответственно первого и второго сигнальных проводов трехпроводной связи совпадают и противоположны соответствующим проводимостям третьего и четвертого неуправляемых ключей.

На чертеже приведена электрическая схема преобразователя давления и температуры.

Преобразователь давления и температуры содержит дифференциальный усилитель 1, инвертирующий вход которого соединен с первым выводом первого резистора 2 резистивного моста и через компенсационный резистор 3 с первым сигнальным проводом 4 трехпроводной линии связи. Выход дифференциального усилителя 1 через последовательно соединенные первый и второй измерительные резисторы 5 и 6 соединен также с первым сигнальным проводом 4 трехпроводной линии связи. Неинвертирующий вход дифференциального усилителя 1 соединен через добавочный резистор 7 с вторым проводом 8 трехпроводной линии связи и через второй резистор 9 резистивного моста с вторыми выводами первого резистора 2 резистивного моста и источника 10 тока, первый вывод которого соединен с общим проводом 11 трехпроводной линии связи. Общий вывод резистивного дифференциального датчика 12 давления, плечи которого представляют собой резисторы 13 и 14, соединен с общим проводом 11 трехпроводной линии связи, с первым выводом резистивного датчика 15 температуры и со вторым выводом уравновешивающего резистора 16. Первый и второй выводы дифференциального резистивного датчика 12 давления через соответственно первый и второй неуправляемые ключи 17 и 18 соединены соответственно с первой и второй сигнальными проводами 4 и 8 трехпроводной линии связи. Второй вывод резистивного датчика 15 температуры и первый вывод уравновешивающего резистора 16 через соответственно третий и четвертый неуправляемые ключи 19 и 20 соединены соответственно с первым и вторым сигнальными проводами 4 и 8 трехпроводной линии связи. Проводимость первого и второго неуправляемых ключей 17 и 18 относительно первого и второго сигнальных проводов 4 и 8 трехпроводной линии связи совпадают между собой и противоположны соответствующим проводимостям третьего и четвертого неуправляемых ключей 19 и 20.

В качестве неуправляемых ключей могут быть использованы диоды или, что предпочтительнее с точки зрения повышения точности, транзисторы в диодном включении. Источник 10 тока может представлять симметричный мультивибратор с собственным изолированным источником питания или иметь трансформаторный выход. При этом длительность сигналов на выходах источника 10 определяется необходимым временем для съема информации с резисторов 5 и 6.

Устройство работает следующим образом.

При одной полярности выходного сигнала источника 10 открыты ключи 17 и 18 и закрыты ключи 19 и 20. Протекающий через резисторы 5 и 6 ток будет пропорционален разбалансу сопротивления резисторов 13 и 14 датчика 12. Резисторы 15 и 16 из-за закрытых ключей 19 и 20 оказываются отключенными от сигнальных проводов 4 и 8 и на работу устройства влияния не оказывают.

При изменении полярности на выходах источника 10 оказываются закрытыми ключи 18 и 17 и открытыми ключи 19 и 20. Протекающий в этом случае ток через резисторы 5 и 6 оказывается пропорциональным разбалансу сопротивлений резисторов 15 и 16, первый из которых является резистивным датчиком температуры. Резисторы 13 и 14 датчика 12 из-за закрытых ключей 17 и 18 на работу устройства влияния не оказывают.

Использование ключей 17-20 позволяет использовать и два однородных типа датчиков: например, использование двух датчиков давления позволяет или продублировать их работу ("горячее" резервирование), или установить датчики, имеющие различную чувствительность.

Следует отметить, что усилитель 1 совместно с резисторами мостовой схемы представляет собой генератор тока, то есть, ток через резисторы 5 и 6 не зависит от величины этих резисторов, что позволяет независимо изменять масштаб каждого из двух измеряемых параметров.

Использование трехпроводной линии связи позволяет значительно уменьшить расход материала, например меди, и при прочих равных условиях увеличить точность измерения.

Формула изобретения

Преобразователь давления и температуры, содержащий резистивный датчик температуры, первый вывод которого соединен с общим проводом трехпроводной линии связи, первый и второй сигнальные провода которой через соответственно компенсационный и добавочный резисторы соединены с первыми выводами последовательно соединенных первого и второго резисторов резистивного моста и соответственно с инвертирующим и с неинвертирующим входами дифференциального усилителя, отличающийся тем, что общий вывод резистивного дифференциального датчика давления соединен с общим проводом трехпроводной линии связи непосредственно, а первый и второй его выводы соединены через соответственно первый и второй неуправляемые ключи соответственно с первым и втором сигнальными проводами трехпроводной линии связи, которые через соответственно третий и четвертый неуправляемые ключи соединены соответственно с вторым выводом резистивного датчика температуры и с первым выводом уравновешивающего резистора, второй вывод которого соединен с общим проводом трехпроводной линии связи и с первым выводом двухполярного коммутируемого источника тока, второй вывод которого соединен с вторыми выводами первого и второго резисторов резистивного моста, выход дифференциального усилителя через последовательно соединенные первый и второй измерительные резисторы, падения напряжения на которых пропорциольным преобразуемым соответственно давлению и температуре соединен с первым сигнальным проводом трехпроводной линии связи, при этом проводимости первого и второго неуправляемых ключей относительно соответственно первого и второго сигнальных проводов трехпроводной линии связи совпадают и противоположны соответствующим проводимостям третьего и четвертного неуправляемых ключей.

РИСУНКИ

Рисунок 1