Устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство содержит источник питания, тензорезисторный мост, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессор и постоянное запоминающее устройство. Дополнительно в него введены цифровой датчик температуры, температурный корректор, идентификатор, обратный преобразователь, сумматор, компаратор и блок индикации и клавиатуры. В процессе работы устройства имеет место прямая коррекция температурной зависимости тензорезисторного моста, а также сигнализация при достижении входным давлением пороговых уровней. Таким образом, устройство характеризуется повышенной точностью измерения и расширенными функциональными возможностями. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давлений измерительными устройствами, построенными на базе тензорезисторных мостов.

Известно устройство для измерения давления по патенту Российской Федерации 2024831, кл. G 01 L 9/04, авторы Малакин В.П., Белозубов Е.М., Умнов В.П. (опубл. 15.12.94, Бюл. 23).

Устройство содержит тензорезисторы, соединенные в мостовую схему, два операционных усилителя, четыре транзистора, стабилитрон и резисторы.

Недостатком известного устройства является то, что невозможно в полной мере компенсировать влияние нелинейности тензорезисторов и их температурной погрешности в связи с использованием, с целью коррекции, нелинейных элементов, характеристики которых также зависят от температуры, что существенно снижает точность измерений и диапазон рабочих температур. Кроме того, данное устройство не обеспечивает сравнение и сигнализацию значения давления при достижении входным давлением пороговых уровней.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения давления по а. с. СССР 1800298 А1, кл. G 01 L 9/04, авторы Воловский В.В., Сохатюк Ю.В. (опубл. 07.03.93. Бюл. 9).

Устройство содержит тензорезисторный мост, входная диагональ которого подключена к его источнику питания, дифференциальный усилитель, вход которого соединен с выходной диагональю моста, а выход связан со входом аналого-цифрового преобразователя, микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, аналоговый коммутатор, термочувствительный мост и цифровой индикатор.

Использование данного устройства не обеспечивает высокой точности измерений давления в связи с косвенной коррекцией температурной зависимости тензорезисторного моста и итерационным приближенным вычислением значения давления. Применение устройства также не позволяет осуществлять сравнение и сигнализацию значения давления при достижении входным давлением пороговых уровней, что сужает функциональные возможности устройства.

Технический результат: повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство для измерения давления, содержащее тензорезисторный мост, входная диагональ которого подключена к его источнику питания, дифференциальный усилитель, вход которого соединен с выходной диагональю моста, а выход соединен со входом аналого-цифрового преобразователя, микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, дополнительно введены цифровой датчик температуры, температурный корректор, идентификатор, обратный преобразователь, сумматор, компаратор и блок индикации и клавиатуры. При этом выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом идентификатора, второй вход которого связан со вторым выходом микропроцессора. Выход идентификатора соединен с первым входом обратного преобразователя, второй вход обратного преобразователя связан с третьим выходом микропроцессора, первый выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя. Выход обратного преобразователя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого связан с выходом температурного корректора, а третий вход сумматора соединен с четвертым выходом микропроцессора, первый вход которого связан с выходом сумматора. Третий вход обратного преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя. Пятый выход микропроцессора соединен со вторым входом температурного корректора, первый вход которого связан с выходом цифрового датчика температуры. Шестой выход микропроцессора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого связан со вторым выходом постоянного запоминающего устройства, а выход компаратора соединен со вторым входом блока индикации и клавиатуры. Второй вход микропроцессора соединен с первым выходом постоянного запоминающего устройства, вход которого связан с седьмым выходом микропроцессора. Третий вход микропроцессора соединен с выходом блока индикации и клавиатуры, а первый вход блока индикации и клавиатуры связан с восьмым выходом микропроцессора.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежом, на котором представлена структурная схема устройства для измерения давления.

Устройство содержит тензорезисторный мост 1, входная диагональ которого подключена к источнику питания 2, дифференциальный усилитель 3, вход которого соединен с выходной диагональю моста 1, а выход - с первым входом аналого-цифрового преобразователя 4, микропроцессор 5, постоянное запоминающее устройство 6, а также цифровой датчик температуры 7, температурный корректор 8, идентификатор 9, обратный преобразователь 10, сумматор 11, компаратор 12 и блок индикации и клавиатуры 13. При этом выход аналого-цифрового преобразователя 4 соединен с первым входом идентификатора 9, второй вход которого связан со вторым выходом микропроцессора 5. Выход идентификатора 9 соединен с первым входом обратного преобразователя 10, второй его вход связан с третьим выходом микропроцессора 5, первый выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 4. Выход обратного преобразователя 10 соединен с первым входом сумматора 11, второй вход которого связан с выходом температурного корректора 8, а третий вход сумматора 11 соединен с четвертым выходом микропроцессора 5, первый вход которого связан с выходом сумматора 11. Третий вход обратного преобразователя 10 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 4. Пятый выход микропроцессора 5 соединен со вторым входом температурного корректора 8, первый вход которого связан с выходом цифрового датчика температуры 7. Шестой выход микропроцессора 5 соединен с первым входом компаратора 12, второй вход которого связан со вторым выходом постоянного запоминающего устройства 6, а выход компаратора 12 соединен со вторым входом блока индикации и клавиатуры 13. Второй вход микропроцессора 5 соединен с первым выходом постоянного запоминающего устройства 6, вход которого связан с седьмым выходом микропроцессора 5. Третий вход микропроцессора 5 соединен с выходом блока индикации и клавиатуры 13, первый вход блока индикации и клавиатуры 13 связан с восьмым выходом микропроцессора 5.

Работает устройство следующим образом.

При воздействии давления сопротивление тензорезисторов моста 1 изменяется и на измерительной его диагонали появляется напряжение, которое усиливается дифференциальным усилителем 3 и подается на аналого-цифровой преобразователь 4. Цифровой код аналого-цифрового преобразователя 4 подается в идентификатор 9, который осуществляет идентификацию нелинейной функции выходной характеристики тензорезисторного моста 1 путем определения коэффициентов заданной аппроксимирующей функции в режиме калибровки устройства. Обратный преобразователь 10 формирует на выходе величину входного давления по обратной аппроксимирующей функции, компенсируя тем самым нелинейность тензорезисторного моста 1. Сигнал с цифрового датчика температуры 7 поступает в температурный корректор 8, который формирует температурную поправку, компенсируя погрешность тензорезисторного моста 1 от изменения температуры. Сумматор 11 осуществляет вычисление значения давления с учетом температурной поправки. Микропроцессор 5 выполняет общее управление функциональными блоками устройства для измерения давления. Компаратор 12 сравнивает вычисленное значение давления с уставками из постоянного запоминающего устройства 6 и выдает сигнализацию на блок клавиатуры и индикации 13. Электрическое питание тензорезисторов моста 1 обеспечивает источник питания 2.

Предварительные испытания, проведенные в лаборатории фирмы "МИАС" г. Воронежа в IV квартале 1999 г., прошли успешно и подтвердили работоспособность, надежность и эффективность предлагаемого технического решения для измерения давления.

Использование предлагаемого устройства позволило скомпенсировать погрешность нелинейности тензорезисторов моста с 5,00% до 0,05% и температурную погрешность - с 25,0% на 100^oС до 0,1% на 100^oС.

Кроме этого, реализация предлагаемого изобретения позволила осуществить сравнение и сигнализацию значения давления при достижении входным давлением пороговых уровней.

В I квартале текущего года планируется широкое внедрение устройства для измерения давления, реализующего данное решение, для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Данное устройство будет применено на предприятиях химической, нефтехимической, газовой, горнодобывающей и в др. отраслях промышленности.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее тензорезисторный мост, входная диагональ которого подключена к его источнику питания, дифференциальный усилитель, вход которого соединен с выходной и диагональю моста, а выход - со входом аналого-цифрового преобразователя, микропроцессор и постоянное запоминающее устройство, отличающееся тем, что в него дополнительно введены цифровой датчик температуры, температурный корректор, идентификатор, обратный преобразователь, сумматор, компаратор и блок индикации и клавиатуры, при этом выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом идентификатора, второй вход которого связан со вторым выходом микропроцессора, выход идентификатора соединен с первым входом обратного преобразователя, второй вход обратного преобразователя связан с третьим выходом микропроцессора, первый выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход обратного преобразователя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого связан с выходом температурного корректора, а третий вход сумматора соединен с четвертым выходом микропроцессора, первый вход которого связан с выходом сумматора, третий вход обратного преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, пятый выход микропроцессора соединен со вторым входом температурного корректора, первый вход которого связан с выходом цифрового датчика температуры, шестой выход микропроцессора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого связан со вторым выходом постоянного запоминающего устройства, а выход компаратора соединен со вторым входом блока индикации и клавиатуры, второй вход микропроцессора соединен с первым выходом постоянного запоминающего устройства, вход которого связан с седьмым выходом микропроцессора, третий вход микропроцессора соединен с выходом блока индикации и клавиатуры, а первый вход блока индикации и клавиатуры связан с восьмым выходом микропроцессора.

РИСУНКИ

Рисунок 1