Способ измерения физической неэлектрической величины

Авторы патента:

G01D3/028 - уменьшение нежелательных воздействий, например температуры, давления

Владельцы патента RU 2554624:

Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" (RU)

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве измерительных преобразователей неэлектрических величин типа датчиков угловых скоростей, датчиков линейных, угловых ускорений и т.д. Согласно заявленному изобретению преобразуют измеряемую физическую величину в переменный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна физической величине. Осуществляют выпрямление сигнала с помощью детектора, выполненного на двух диодах, расположенных в корпусе микросборки из «n» диодов. Полученный постоянный сигнал усиливают и преобразуют в физическую величину, компенсирующую измеряемую физическую величину. При этом величина постоянного сигнала является мерой измеряемой физической величины. Третий диод микросборки используют в качестве датчика температуры, сигналом которого управляют током, протекающим через остальные последовательно соединенные «n-3» диода микросборки, обеспечивая при этом термостабилизацию внутри корпуса микросборки. Технический результат - повышение точности измерения физической неэлектрической величины за счет исключения из результатов измерения составляющей, обусловленной изменением температуры окружающей среды. 2 ил.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве измерительных преобразователей неэлектрических величин типа датчиков угловых скоростей, датчиков линейных, угловых ускорений, феррозондов, электромагнитных, электростатических подвесов и т.д.

Известен способ измерения физических неэлектрических величин [Г.П. Нуберт, // Измерительные преобразователи неэлектрических величин //, Л.: Энергия, 1970, с. 6] согласно которому производят преобразование физической неэлектрической величины в электрический сигнал, пропорциональный измеряемой физической величине, измеряют преобразованный сигнал. Затем рассчитывают по известным соотношениям между входной физической неэлектрической величиной и выходным сигналом значение входной физической неэлектрической величины.

В качестве примера может быть приведен способ измерения угла разворота объекта (физическая неэлектрическая величина) по значению выходного сигнала датчика угла.

Недостатком способа является малая точность. Указанный недостаток обусловлен тем, что соотношение в датчике между входным и выходным параметрами, зависит от методики калибровки, от условий окружающей среды, качества материалов датчика.

Известен также способ измерения физических неэлектрических величин [Г.П. Нуберт // Измерительные преобразователи неэлектрических величин // Л.: Энергия, 1970, с. 7], который принимается за прототип. Согласно способу, измеряемую физическую величину преобразуют в переменный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна физической величине, после чего осуществляют выпрямление переменного сигнала с помощью детектора, состоящего, например, из двух диодов. Для уменьшения размеров детектора диоды устанавливают в корпусе микросборки из «n» диодов. Полученный постоянный сигнал усиливают и преобразуют в физическую величину, компенсирующую (уравновешивающую) измеряемую физическую величину, при этом величина постоянного сигнала является мерой измеряемой физической величины.

Способ может быть пояснен на примере способа измерения углового ускорения [Г.П. Нуберт // Измерительные преобразователи неэлектрических величин // Л.: Энергия, 1970, с. 346-348]. При развороте основания с датчиком на чувствительный элемент датчика (крыльчатку) действует момент, который разворачивает крыльчатку вокруг оси подвеса, угол разворота с помощью датчика угла преобразуется в переменный сигнал, амплитуда которого пропорциональна действующему ускорению. Затем осуществляют выпрямление сигнала с помощью детектора выполненного на диодах. Выпрямленный сигнал усиливают и подают на датчик момента. Датчик момента преобразует электрический сигнал в момент, который прикладывается к крыльчатке и уравновешивает (компенсирует) момент от действующего ускорения. При равенстве моментов осуществляют измерение постоянного сигнала в цепи датчика момента, пропорционального действующему ускорению.

Недостатком способа является малая точность. Указанный недостаток обусловлен наличием в выходном сигнале составляющей, обусловленной изменением температуры окружающей среды. Наиболее чувствительным к изменениям температуры элементом в схеме измерения является детектор. При изменении температуры происходит изменение параметров его диодов [М.И. Ингберман и др. // Термостатирование в технике связи // М.: Связь, с. 101-103]. Решение проблемы возможно за счет за счет размещения всего устройства в термостабилизированном объеме, однако это решение неприемлемо по причине ограниченного объема, в котором оно должно размещаться.

Задачей настоящего изобретения является совершенствование способа измерения физической неэлектрической величины.

Достигаемый технический результат - повышение точности измерения физической неэлектрической величины.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе измерения физической неэлектрической величины, согласно которому преобразуют измеряемую физическую величину в переменный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна физической величине, после чего осуществляют выпрямление сигнала с помощью детектора, выполненного на двух диодах, расположенных в корпусе микросборки из «n» диодов, полученный постоянный сигнал усиливают и преобразуют в физическую величину, компенсирующую измеряемую физическую величину, при этом величина постоянного сигнала является мерой измеряемой физической величины, третий диод микросборки используют в качестве датчика температуры, сигналом которого управляют током, протекающим через остальные последовательно соединенные «n-3» диода микросборки, обеспечивая при этом термостабилизацию внутри корпуса микросборки.

Способ может быть пояснен на примере приведенного выше способа измерения углового ускорения объекта.

При действии углового ускорения (измеряемая физическая неэлектрическая величина) на чувствительный элемент датчика (крыльчатку) создается вращающий момент. Под действием момента крыльчатка разворачивается вокруг оси. Угол разворота с помощью датчика угла преобразуют в переменный электрический сигнал. Затем осуществляют выпрямление сигнала с помощью детектора, выполненного на 2 диодах, размещенных в корпусе микросборки из «n» диодов. Два диода позволяют организовать двухполупериодное выпрямление сигнала, более точное, чем на одном диоде (однополупериодное). Размещение диодов в едином корпусе микросборки, например диодной матрице 2ДС 627А, содержащей 8 диодов [// Справочник Полупроводниковые приборы. Диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры // под редакцией А.В. Голомедова, М.: Радио и связь, 1988] экономит отведенное для устройства пространство.

При этом с целью исключения влияния изменений температуры окружающей среды осуществляют термостабилизацию диодов детектора. Для этого корпус микросборки, в котором размещены диоды детектора, используют как корпус термостабилизированного объема (корпус термостата), третий диод микросборки используют, как датчик температуры. Сигналом которого управляют током, протекающим через цепочку остальных последовательно соединенных «n-3» диодов микросборки, выполняющих роль нагревателя.

Выпрямленный детектором сигнал усиливают и подают на датчик момента. Датчик момента преобразует электрический сигнал в момент, который прикладывают к крыльчатке и уравновешивают момент от действующего ускорения. При равенствемоментов осуществляют измерение сигнала в цепи датчика момента, пропорционального действующему ускорению.

При этом точность измерения ускорения (физической неэлектрической величины) повышается за счет исключения из результатов измерения составляющей обусловленной изменением температуры окружающей среды. На фиг. 1, в качестве примера, приведены полученные авторами экспериментальные зависимости выходного сигнала U детектора от изменения температуры Т окружающей среды: 1 - при реализации способа взятого за прототип, 2 - при реализации предлагаемого способа.

Авторы приводят пример практически реализованной ими схемы температурной стабилизации диодной микросборки феррозондового магнитометра. Схема приведена на фиг. 2.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения:

DA1, R1, R2, Я3 - диод и резисторы мостовой схемы;

DA2-DA6 - диоды, образующие цепь нагревателя;

МК - микросхема;

Т - транзистор;

+Uп,-Uп - клеммы для подключения питания схемы;

R4, Cl, С2, С3 - корректирующие элементы микросхемы;

R5 - ограничительное сопротивление в цепи нагревателя.

Работа схемы происходит следующим образом. При изменении (например, увеличении) температуры корпуса микросборки изменяется (увеличивается) температура диода DA1, соответственно изменяется его сопротивление, происходит разбалансировка мостовой схемы DA1, R1, R2, R3, настроенной на заданную (рабочую) температуру. На основе сигнала разбалансировки моста с помощью микросхемы МК формируется сигнал управления транзистором Т, регулирующим (в данном случае, уменьшающим) ток, протекающий через диоды DA2-DA6. Использование данного решения позволило по сравнению с другими известными решениями уменьшить габариты и повысить точность феррозондового магнитометра. В настоящее время на предприятии разрабатывается документация для внедрения данного устройства в производство.

На предприятии предлагаемый способ используется также при разработках измерительных преобразователей неэлектрических величин типа датчиков угловых скоростей, датчиков перемещений в электростатических подвесах гироскопов.

Способ измерения физической неэлектрической величины, согласно которому преобразуют измеряемую физическую величину в переменный электрический сигнал, амплитуда которого пропорциональна физической величине, после чего осуществляют выпрямление сигнала с помощью детектора, выполненного на двух диодах, расположенных в корпусе микросборки из «n» диодов, полученный постоянный сигнал усиливают и преобразуют в физическую величину, компенсирующую измеряемую физическую величину, при этом величина постоянного сигнала является мерой измеряемой физической величины, отличающийся тем, что третий диод микросборки используют в качестве датчика температуры, сигнал датчика температуры управляется током, протекающим через остальные «n-3» последовательно соединенные диоды микросборки, обеспечивая при этом термостабилизацию внутри ее корпуса.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре.

Система, снабженная электрической машиной, а также способ эксплуатации электрической машины // 2497262

Изобретение касается способа эксплуатации и системы, снабженной электрической машиной, которая включает в себя статор (4) и ротор (1), а также инфракрасным температурным сенсором, при этом поле детекции инфракрасного температурного сенсора ориентировано по поверхности корпуса ротора.

Способ и устройство для имитации фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения // 2470262

Изобретение относится к оптике, а именно к устройствам создания фоновой засветки без искажения спектра фонового излучения, в основном для проверки фоточувствительной поверхности фотоприемника.

Способ и устройство для поддержания амплитуды колебаний расходомерной трубки в интервале изменяющейся температуры // 2454636

Изобретение относится к расходометрии и может быть использовано в процессе измерения расхода среды с поддержанием постоянной амплитуды колебания трубки в интервале изменяющейся температуры.

Цепь емкостного датчика // 2401987

Датчик перемещения на поверхностных акустических волнах с температурной компенсацией // 2344371

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам, предназначенным для контроля различных физических величин. .

Способ температурной компенсации дифференциальных датчиков с линейными характеристиками // 2330243

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении физических величин с использованием дифференциальных датчиков на базе первичных измерительных преобразователей с раздельными электрическими выходами и неидентичными линейными характеристиками.

Способ компенсации аддитивной температурной погрешности датчика с вибрирующим элементом // 2306530

Способ компенсации аддитивной температурной погрешности датчика с вибрирующим элементом // 2300739

Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности // 2276325

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности.

Датчик дифференциального давления // 2559299

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к преобразователям давления, и может быть использовано в различных областях науки техники, связанных с измерением перепада давления среды. Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности датчика разности давления. Датчик давления содержит корпус, в котором герметично размещены полупроводниковые чувствительные элементы, на которых сформированы тензодатчики, две полости, заполненные электроизоляционной жидкостью и расположенные с торцов по ходу движения жидкости. Первый полупроводниковый чувствительный элемент с первым тензодатчиком расположены между полостями, второй полупроводниковый чувствительный элемент параллелен первому полупроводниковому чувствительному элементу. Корпус загерметизирован профилированными мембранами, расположенными с зазором относительно сторон корпуса. Полупроводниковые чувствительные элементы выполнены в виде микроэлектромеханических структур разной толщины. Второй чувствительный элемент со стороны тензодатчика соединен с атмосферой и имеет толщину большую, чем первый чувствительный элемент. 2 ил.

Инфракрасное измерение температуры и его стабилизация // 2567095

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры объекта. Представлены варианты системы инфракрасного (ИК) измерения температуры. Данное изобретение активно стабилизирует температуры объектов поблизости и на пути между инфракрасным (ИК) датчиком и целевым объектом. Для регулирования мощности, подаваемой на термопреобразователи сопротивления (RTD), используются измеритель и регулятор температуры, который регулирует силу тока, подаваемую на RTD. В результате температуры объектов, видимых в ИК-диапазоне, могут активно стабилизироваться при изменениях, например изменениях в температуре окружающей среды, что приводит к эффективным и точным показаниям температуры. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 16 ил.

Способ определения температурных коэффициентов расширения-сжатия газа // 2573175

Изобретение относится к способам определения коэффициента температурного расширения газа. При реализации предложенного способа на трубу, по которой осуществляется подача газа, устанавливают два счетчика, причем один из указанных счетчиков имеет температурный компенсатор, а второй - не имеет температурного компенсатора. Далее снимают показания с обоих счетчиков и по разности полученных показаний определяют величину коэффициента температурного расширения газа. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности определения точного значения коэффициента температурного расширения газа с помощью приборов учета.

Дисплейное устройство, компьютерная программа, носитель записи и способ оценивания температуры // 2578266

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценивания температуры окружающей среды вокруг дисплейного устройства. Предложены дисплейное устройство, которое обеспечивает возможность точного оценивания температуры окружающей среды вокруг дисплейного устройства, носитель записи и способ оценивания температуры окружающей среды. Датчик 10 температуры панели и датчик 20 температуры платы переключений расположены в отличающихся местах дисплейного устройства 100. Управляющий блок 30 задает информацию о соотношении, указывающую на соотношение между первой разностью ΔТр температур между температурой Тр, измеренной датчиком 10 температуры панели, и температурой Те окружающей среды, и второй разностью ΔTs температур между температурой Ts, измеренной датчиком 20 температуры платы переключений, и температурой Те окружающей среды. Управляющий блок 30 оценивает температуру Те окружающей среды на основе заданной информации о соотношении и температур Тр и Ts, измеренных датчиком 10 температуры панели и датчиком 20 температуры платы переключений. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 4 н. и 2 з.п.ф-лы, 10 ил.

Способ измерения давления и калибровки на основе тензомостового интегрального преобразователя давления // 2585486

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для прецизионного измерения давления на основе тензомостового интегрального преобразователя давления в широком диапазоне рабочих температур. Предложен способ измерения давления и калибровки, в котором калибровку аддитивной и мультипликативной температурной погрешностей проводят при непрерывном измерении напряжений с диагоналей тензомоста отдельно для минимального и максимального значения давления при изменении температуры от минимальной до максимальной рабочей температуры и обратно, а нелинейность преобразователя от давления оценивают при изменении давления в НУ и крайних точках рабочих температур. Давление вычисляют по коэффициентам, рассчитанным при калибровке, путем последовательной компенсации аддитивной и мультипликативной температурной погрешностей, а также нелинейности преобразователя от давления. Технический результат - повышение точности измерений за счет компенсации аддитивной, мультипликативной погрешностей и нелинейности тензомостового интегрального преобразователя давления во всем диапазоне изменения рабочих температур и давления при сокращении времени и трудоемкости калибровки. 4 ил.

Способ коррекции собственной температурной зависимости кремниевых фотоэлектрических преобразователей // 2585613

Изобретение относится к способам коррекции собственной температурной зависимости кремниевых фотопреобразователей (ФЭП) и может быть использовано при тепловакуумных испытаниях (ТВИ) космического аппарата (КА) или его составных частей с использованием имитатора солнечного излучения. В предложенном способе коррекции собственной температурной зависимости кремниевых ФЭП нелинейная температурная зависимость конкретного ФЭП определяется непосредственно перед тепловакуумными испытаниями путем измерения показаний температуры и освещенности ФЭП на разных уровнях освещенности, построением и аппроксимацией графиков полученных данных, анализом угловых коэффициентов зависимостей с последующим построением и решением трансцендентного уравнения. Получены следующие результаты: коррекция собственной температурной зависимости кремниевых ФЭП осуществляется аналитическим способом, исключая при этом ввод в вакуумную камеру дополнительных термостабилизирующих устройств. При этом в процессе ТВИ корректируются отклонения в показаниях ФЭП от реально установленной освещенности в пределах ±12%. Технический результат - упрощение способа коррекции собственной температурной зависимости кремниевых ФЭП. 3 ил.

Температурная компенсация в устройстве cmut // 2590938

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для температурной компенсации в устройстве CMUT. Устройства CMUT используют во многих применениях, например, ультразвукового формирования изображения и измерения давления. Эти устройства работают посредством считывания изменения электрической емкости, вызываемого отклонением мембраны (32), содержащей один из пары электродов в устройстве, из-за ультразвукового воздействия или давления, приложенного к мембране. Устройство CMUT может быть восприимчивым к воздействиям изменения температуры. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Способ или система измерения плотности жидкости // 2592043

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения плотности жидкости. В предложенном в изобретении способе, или системе измерения, соответственно, предусмотрен контактирующий с жидкостью (FL) вибрационный корпус (10), который приводится в состояние вибрации таким образом, что он испытывает, по меньшей мере, частично, механические колебания с резонансной частотой (резонансные колебания), зависящей от плотности жидкости, контактирующей с первой поверхностью (10+) вибрационного корпуса, а также от температуры вибрационного корпуса. Для формирования, по меньшей мере, одного сигнала измерения колебаний, который имеет, по меньшей мере, одну компоненту сигнала с частотой, соответствующей резонансной частоте, то есть зависящей от плотности жидкости, вибрации вибрационного корпуса определяются с помощью датчика колебаний (51). Кроме того, для формирования сигнала измерения температуры, представляющего меняющуюся во времени температуру вибрационного корпуса, применяется датчик температуры (61). Сигнал измерения температуры, обусловленный коэффициентом теплопроводности и теплоемкостью вибрационного корпуса, следует за изменением температуры вибрационного корпуса от начального значения температуры, Θ10,t1, до значения температуры, Θ10,t2, лишь с запаздыванием по времени. На основе сигнала измерения колебаний, а также сигнала измерения температуры формируются значения измерения плотности, представляющие плотность, причем разница, возникающая при этом между изменяющейся во времени температурой вибрационного корпуса и сигналом измерения температуры, учитывается, или компенсируется, по меньшей мере, частично. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н. и 11 з.п.ф-лы, 8 ил.

Способ компенсации систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков // 2598155

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей параметров движения - угловых скоростей и линейных ускорений для инерциальных навигационных систем и пилотажных систем управления подвижных объектов. Заявлен способ компенсации температурной зависимости систематических составляющих дрейфа гироскопических датчиков, включающий измерение в заводских условиях, в процессе отладки чувствительных элементов, значения систематических составляющих в виде нулевых сигналов и масштабных коэффициентов при фиксированных значениях ряда температур в рабочем диапазоне, описание кусочно-линейной или полиномной аппроксимацией зависимости нулевого сигнала и масштабного коэффициента от температуры. При этом измерение систематических составляющих в виде нулевых сигналов и масштабных коэффициентов при фиксированных значениях ряда температур в рабочем диапазоне осуществляют в процессе по меньшей мере двух запусков чувствительных элементов. Рассчитывают средние значения нулевых сигналов и масштабных коэффициентов при фиксированных значениях ряда температур в рабочем диапазоне, полученных в запусках. По полученным средним значениям определяют коэффициенты кусочно-линейной или полиномной аппроксимации температурной зависимости. Затем эти коэффициенты записывают в микроконтроллер для возможности осуществления алгоритмической компенсации температурной зависимости нулевых сигналов и масштабных коэффициентов в процессе эксплуатации. Технический результат - повышение точностных характеристик гироскопических датчиков. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения температурных характеристик трёхкомпонентного магнитометра и устройство для его осуществления // 2610932

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для измерений компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли. Сущность изобретения заключается в том, что предлагается способ определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра (ТМ), в котором нагреванием или охлаждением ТМ в заданном диапазоне температур оказывают на него воздействие температуры до полного установления ее внутри ТМ для необходимого количества значений диапазона температур и при каждом значении определяют параметры характеристики преобразования ТМ ориентацией его геометрических осей относительно осей опорной системы координат. Затем по результатам определения параметров при соответствующих температурах вычисляют его температурные характеристики. При этом измерение параметров характеристики преобразования ТМ осуществляют ориентацией его геометрических осей в магнитном поле Земли относительно осей базовой плоскости с помощью немагнитного поворотного устройства прямоугольной формы, а тепловое воздействие на ТМ осуществляют теплоемким телом поворотного устройства, которое с внешних сторон теплоизолируют после его нагрева или охлаждения. Также предложено устройство для определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра (ТМ), содержащее немагнитное поворотное устройство, камеру тепла и холода, подключенный к выходу испытуемого ТМ персональный компьютер, датчик температуры и подключенный к его выходу измеритель температуры, выход которого подключен ко второму входу персонального компьютера. Причем поворотное устройство прямоугольной формы выполнено из немагнитного материала, являющегося теплоемким телом, ребра которого коллинеарны соответствующим осям его собственной ортогональной системы координат. Поверхность расположения поворотного устройства в рабочем положении является базовой плоскостью, ориентированной собственными осями относительно вектора индукции магнитного поля Земли, причем на большей части поверхности каждой грани поворотного устройства выполнено равномерное прямоугольное углубление, в которое вставляется теплоизоляционная накладка, а остальная ребристая часть поверхности грани в виде узких полос по всему периметру углубления, прилегающих к ребрам поворотного устройства, покрыта тонким слоем нетеплопроводного покрытия (краской). Внутри теплоемкого тела поворотного устройства установлен температурный датчик, а также предусмотрено место и крепление для установки и фиксации испытуемого ТМ с направлением его собственных осей коллинеарно соответствующим осям системы координат поворотного устройства. Технический результат - упрощение средств определения температурных характеристик ТМ, обеспечивающих точность их температурной калибровки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.