Устройство для измерения давления

 

ОЙ ИСАНИНА

ИЗОЬРЕ1 ЕHИ;1

Союз Соеетских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.05.77 (21) 2488568j18-10 с присоединением заявки М (51) Ч. Кл- б 01L 11/00

ГосУдарстеенный комитет (23) Приоритет (53) УДК 531.787 (088.8) ло делам изобретений (43) Опубликовано 30.06.80. Бюллетень ¹ 24 и открытий (45) Дата опубликования описания 30.06.80 (72) Автор изобретения А. Ф. Алейников (71) Заявитель Специальное опытное проектно-конструкторско-технологическое бюро Сибирского отделения Всесо|озной ордена Ленина академии сельскохозяйственных наук им. В. И. Ленина (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения давления на объектах, подвергнутых воздействию изменяющейся температуры. 5

Известны полупроводниковые измерительные преобразователи давления с температурной компенсацией, в которых используют идентичные полупроводниковые тензодатчики, одни из которых прикрепляют на 10 измерительную мембрану с напряжением в положительной области, другие — с напряжением в отрицательной области, причем эти группы тензодатчиков включены в противоположные плечи измерительного моста, 15 питаемого от источника стабилизированного напряжения (1).

В таких устройствах температурная компенсация осуществляется за счет равенства температурных коэффициентов сопротивления тензодатчиков. При измерении давления на объектах, подвергнутых воздействию изменяющейся температуры, возникает необходимость одновременного измерения давления и температуры. Однако такие устройства не позволяют однозначно и одновременно измерять эти параметры, так как сопротивления всех тензодатчиков зависят как от величины измеряемого усилия, так и от температуры. 30

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, которое содержит датчик нагрузки, включающий в себя два идентичных полупроводниковых тензорезпстора, один пз fioTopbIx является рабочим, другой компенсирующим, причем они включены в плечи полумостовой схемы, преобразователь, служащий для преобразования усилий, прикладываемых к датчику, в электрический сигнал, измерительный прибор, преобразующий электрический сигнал в аналоговые пли дпскретпые показания (2). Сопротивление компенсирующего резистора датчика нагрузки в случае изоляции его от механических деформаций не зависит от величины измеряемого усилия и находится в однозначной зависимости от тем пер ат pbI 06 t .T II3%i Iepclil>sl, Téк как oil имеет хорошую тепловую связь с объектом измерения.

Однако такое устройство не позволяет одновременно определить температуру и давление объекта измерения, а косвенное определение температуры по сопротивлению компенсирующего тензодатчика затруднено из-за малой величины его температурного коэффициента сопротивления, нелинейности, сложности реализации.

744255

Целью изобретения является одновременное измерение давления и тсмпсратуры.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения давления, содержащем рабочий и компенсирующий полупроводниковые чувствительные элементы, вкл1очеиные в плечи мостовой измерительной схемы, и регистрируюш,ий ириоор, полупроводниковые элементы выполнены в виде стабилптропов, в устройство дополнительно введен стабилитрои с температурным коэффициентом папряхкепия, по крайней мере иа один порядок меш.шим тсмисратуpllol о коэффициента наиряхкеиия рабочего и компенсирующего стабилитронов, включенный вместе с компенсирующим стабилитроном в дополнительную мостовую схему, в выходную диагональ которой включены последовательно соединенные дополнительный регистрирующий прибор, комиаратор и сигнальный элемент.

На чертеже представлена схема полупроводникового измерительного преобразователя давления с температурной компенсацией, который осуществляет одновременное измерение давления и температуры. Он содержит рабочий тспзодат IIIK, выполненный на стабилитроне 1, идентичиьш компенсирующий стабилитрон 2, изолированный со стороны воздействия давления объекта 3, дополнительный стабилитрои 4, резисторы

5, 6, 7 режима стабилитронов, резисторы 8, 9, 10 нагрузки стабилитронов, балансирующие резисторы 11, 12, 13, источник нестабилизированного питания 14 с клеммами 15, 16, измерительный прибор давлен11я 17, измерительный прибор температуры 18, компаратор 19, сигнальный элемент 20.

Положительная клемма 16 источника питания 14 соединена с отрицательными выводами стабилитронов 1, 2, 4, а отрицательная клемма 15 источника питания 14 через резисторы 5, 6, 7 соединена с положительными выводами стабилитронов 1, 2, 4.

Резисторы 5, 6, 7 задают рабочий режим стабилитронов 1, 2, 4 и в совокупности B ними образуют три параметрических стабилизатора напряжения, запитаиных от общего источника питания 14. Стабплитроиы 1, 2, 4 соединены с соответствующими резисторами нагрузки 8, 9, 10 через балансирующие резисторы 11, 12, 13, причем положительные выводы стабилитропов 1, 2 подключены через балансирующие резисторы

11, 12 к потенциальному и нулевому входам измерительного прибора давления 17, а положнтельньш вывод стабилитроиа 4 соединен через балансирующий резистор 13 с потенциальным входом измерительного прибор а тем пер атур ы 18.

Нулевой вход измерительного прибора температуры 18 является общим с нулевым входом измерительного прибора давления.

К входу измерительного приоора температуры 18 подключен вход компаратора прс5

95 зо

4О

65 дельной температуры 19, выход которого сосдиыси с сигиа,.!ьиым элементом 20, выполненным, например, в гиде светодиода.

Балансирующие резисторы 11, 12, 13 слу>кат для балансировки приооров 17, 18 ппи принятых нулевых значениях давления If температуры.

Стабилптроны 1, 2 помещены в ооъект 3, где производится измерение давления и тсмпсратурhl, и расположены в непосредственной близости друг от друга, при Icosi компсисирующий стабилитро11 2 защищен î" воздействия давления и имеет хороший тепловой контакт с объектом 3. Температурная компенсация при измерении давления достигается за счет равенства TKII стабилптронов 1, 2 по величине и знаку.

Для обеспечения заданной погрешности измерения температуры от изменений температуры окружающей среды, в которой находятся приборы 17, 18, стаоилитрои 4 имеет ТКН иа нескол1ко порядков ниже, чем стабилитрон 2, в результате чего температурными изменениями напряжения стабилизации стабилитроиа 4 можно пренебречь.

Напряжение стабилизации стабил;1троиа 4 выбрано равным напряжению стабилизации стабплитрона 2.

При воздействии давления и температуры на стабилитроиы 1, 2 напряжение сiа. -билизации стабилитрона 1 зависит как 01 измеряемого давления, так и от тем11ера гуры, а напряжение стабилитрона 2 зависит лишь от температуры, так как стабилитрои

2 изолирован от воздействия давления. Это достигается, например, установлением сгабилитронов 1, 2 на противоположной воздействию измеряемого давления плоскости мембраны, причем стабилитрон устанавливается в области наибольших деформаций мембраны, а стабилитрон 2 устанавливается в области, где деформации отсутствуют.

Стабилитроны 1, 2 имеют равные напряжения стабилизации и равныс по величине и знаку ТКН. Они включены встречно, и суммарный сигнал, снимаемый с положительных выводов стабилитронов 1, 2, однозначно зависит от величины измеряемого давления. Сигнал о температуре снимается с положительных выводов стабилитронов 2, 4, аналогичным образом.

Так как практически напряжения стабилизации стабилитронов 1, 2, 4 могут быть не равными при принятых нулевых значениях давления и температуры, в устройство введены балансирующие резисторы 11 ... 13.

Балансировка приборов 17. 18 производится

Ilp1I принятых нулевых значениях температуры и давления (например, 0 С и 760 мм рт. ст.). Балансировка осуществляется за счет протекания токов нагрузки стабилитроиов 1, 2, 4 по соответствующим балансирующим резисторам 11 ... 13. Снимаемая с стабилитронов 1, 2, 4 информация преобразовывается пр;1борами 17, 18 в аналоговые

744255

Формула изобретения

Составитель О. Сафонов

Текред В. Серякова

Редактор Е. Абрамова

Корректор P. Беркович

Заказ 1002, 3 Изд. ¹ 319 Тираж 1033 Г1одпнснос

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений п открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская вао., д. 4, 5

Типография, пр. Сапунова, 2 или дискретные показания. При повышении температуры измеряемого объекта наперед заданной величины, которая определяет рабочий диапазон измерительного преобразователя, срабатывает компаратор предель- 5 ной температуры и воздействует на элемент сигнализации 20, который формирует световую или звуковую сигнализацию, свидетельствующую об аварийном режиме работы измерительного преобразователя. 10

Устройство для измерения давления, содержащее рабочий и компенсирующий по- 15 лупроводпиковыс чувствительные элементы, включенные в плечи мостовой измерительной схемы, и регистрирующий прибор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью одновременного измерения давления и температуры, в нем полупроводниковые элементы выполнены в виде стабилитронов, в устройство дополнительно введен стабилитрон с температурным коэффициентом напряжения, по крайней мере на одни порядок меньшим температурного коэффициента напряжения рабочего и компенсирующего стабилитронов, включенный вместе с компенсирующим стабил:Iтроном в допо 7нительную мостовую схему, в выходную диагональ которой включены последовательно соединенные дополнитсльньш регистрирующий прибор, компаратор и сигиальньш элемент.

Источники ивII)ормации, принятые во гш;манне при экспсртпзе

1. Зрлер В., Ва,п,тср Л. Электрические измерения неэлектрических вели шн полупроводниковыми тензорезисторами, М., Мир, 1974, с. 90 — 91, 257.

2. Патент Японии ¹ 47 — 17392, кл. G 011

1/20. — «Изобретения за рубежом», вып. 25, 1972, № 11, с. 128 (прототип).