CS226759B1 - Zapojení tenzometrického polovodičového snímače mechanických veličin - Google Patents

Abstract

Předmětem vynálezu je zapojení tenzometrického polovodičového snímače mechanických veličin, zvláště tlaku kapalin, (dále jen "snímač"), jehož napájecí vstup je spojen s výstupem řídícího proudového zdroje. Zapojení je vhodné zejména pro snímače tlaku hlubinných manometrů., používaných v hydrogeologii.

Description

Předmětem vynálezu je zapojení tenzometrického polovodičového snímače mechanických veličin, zvláště tlaku kapalin, (dále jen snímač), jehož napájecí vstup je spojen s výstupem řídícího proudového zdroje. Zapojení je vhodné zejména pro snímače tlaku hlubinných manometrů., používaných v hydrogeologii.

Snímače pro měření fyzikálně mechanických veličin, např. tlaku, síly, zrychlení, vibrací, kroutícího momentu apod., musí vykazovat přímo úměrnou závislost výstupního napětí na vstupní, měřené fyzikálně mechanické veličině. Vliv materiálových konstant, geometrických rozměrů, snímacích a oddělovacích membrán, nepatrné změny v technologii výroby a podobné faktory způsobují narušení vypočtené přímo úměrné závislosti, což se projevuje nelinearitou převodní charakteristiky snímače. Zpravidla činí 0,25 až 0,5 % z měřicího rozsahu.

Jsou známá zapojení tenzometrických polovodičových snímačů, jejichž nelinearita převodní charakteristiky je^xkompenzována přídavným tenzometrem (CS AO 142 059, 142 053). Přídavný tenzometr je zapojen bud v obvodu děliče výstupního nebo napájecího napětí, nebo v obvodu zesilovače výstupního signálu. Přídavný tenzometr mění svůj odpor v závislosti na měřené veličině a v součinnosti s dalšími prvky zapojení mění napájecí napětí snímače tak, že průběh převodní charakteristiky snímače je linearizován.

Nevýhodou těchto zapojení je jejich obtížné uplatnění v opakované a sériové výrobě.

226 759

226 759

Technické parametry snímačů totiž vykazují zr-čný rozptyl a umístění přídavných tenzometrů, jejich poloha a orientace je závislá na individuálních parametrech snímače. Dodatečná montáž přídavných tenzometrů na měrné členy snímačů není technicky proveditelná.

Jsou také známá zapojení tenzometrických polovodičových snímačů mechanických veličin, jejichž nelinearita převodní charakteristiky je dodatečně korigována (J. Bretachi, Technisches liessen, 1976, atr. 223, 305, 349). Zlepšení linearity se dosahuje bud zmenšením měřicího rozsahu nebo optimalizací pracovního bodu nebo paralelní korekcí, např. Wheatstoneovým mostem, nebo sériovou korekcí, např. diodovými funkčními generátory, nebo elektromechanickou zpětnou vazbou.

Nevýhodou známých zapojení umožňujících dodatečnou korekci převodní charakteristiky je buď jen částečné zlepšení linearity nebo výrobně složité, nákladné a prakticky ne vždy proveditelné řešení.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení tenzometrického polovodičového snímače mechanických veličin podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na výstup tenzometrického polovodičového snímače je diferenciálním vstupem připojen diferenciální zesilovač, spojený signálovým výstupem přes kompenzační odpor s řídicím vstupem řídicího proudového zdroje·

Výhodou zapojení podle vynálezu'je, že nelinearity převodní charakteristiky snímače je dodatečně kompenzována v závislosti na měřené fyzikálně mechanické veličině. Odpadá pracný výběr snímačů, vykazujících požadovanou linearitu převodní charakteristiky. Výrazně se zmenší množství nepoužitelných snímačů. Zvýší se citlivost a přesnost snímačů o jeden až dva desetinné řády. Zapojení je výrobně jednoduché a způsobilé pro sériovou výrobu.

Konkrétní příklad zapojení tenzometrického polovodičového snímače mechanických veličin podle vynálezu je schematicky blokově znázorněn na přiloženém výkrese.

Tenzometrický polovodičový snímač 2. je napájecím vstupem 6 spojen s výstupem 2 řídícího proudového zdroje χ. Na výstup X snímače 2 je diferenciálním vstupem 8 připojen diferenciální zesilovač 2, spojený signálovým výstupem 2 přes kompenzační odpor £ a řídícím vstupem lo řídícího proudového zdroje i·

Výatupní napětí snímače 2 je funkcí měřené veličiny, např. tlaku, napájecího proudu a teploty. Se zanedbáním teplotního vlivu pro ně platí vztah u = f ( p, i ) (l) kde značí výstupní napětí, £ tlak a i napájecí proud. Je-li napájecí proud i konstantní, je možno vyjádřit převodní charakteristiku snímače 2 řadou 2 3 u i ( e_x p + C₂ p + Oj p + .,; ) (2) v níž c^, <%>, jeou konstanty, stanovené provedením snímače 2. Linearizačního účinku převodní charakteristiky se dosahuje v zapojení podle vynálezu tím, že snímač 2 je napájen z řídícího proudového zdroje i, jehož velikost závisí lineárně na měřené veličině, na tlaku £ podle vztahu imi₀(l+k.p) (3) kde k je konstanta stanovená zapojením řídícího proudového zdroje χ, citlivostí snímače zesílením diferenciálního zesilovače 2 ^a velikostí kompenzačního obvodu £. S použitím vztahů (2) a (3) lze vztah (l) formulovat

226 759

3 a 1θ (l + k . p) (c^p + Cgp + e^p^J + ...)

2 3 34 4 nebo u « Íq (c^jp + c₂P^ + k · c₁p^<: + o-jp* + k . CjP* + c^p* + k . c^p⁴ + (4)

Členy třetího a vyšších řádů mají v praxi zanedbatelný vliv, takže vztah (4) lze upravit u Íq ( CpP * p (¾ + k.Cj^ ) (5)

Ze vztahu (5) vyplývá, že pro bude výstupní napětí snímače 3 lineární funkcí vstupní měřené veličiny, např. tlaku V zapojení podle vynálezu se požadovaná velikost konstanty k nastaví kompenzačním odporem 4. Zapojení snímače 2. s takto nastaveným kompenzačním odporem 4 linearizuje závislost jeho výstupního napětí na měřené fyzikálně mechanické veličině. Změní-li se velikost měřené fysikálně mechanické veličiny, změní se rozdílové napětí na výstupu ¥ snímače 2.· Siferenciální zesilovač 2 j® upraví a zesílí, takže výstupní napětí na jeho signálovém výstupu 9, vyvolá změnu řídicího proudu, tekoucího přes sériově zapojený kompenzační odpor 4 řídicím vstupem 10 do řídicího proudového zdroje 1 . Kompenzační odpor 4, jehož velikost je volena podle nelinearity převodní charakteristiky snímače 2 způsobí, že proud vycházející z řídicího proudového zdroje 1 má právě takovou hodnotu, která je nutná pro kompenzaci nelinearity snímače 2.

Claims (1)

1. Zapojení tenzometrického polovodičového snímače mechanických veličin, zvláště tlaku kapalin, jehož napájecí vstup je spojen s výstupem řídícího proudového zdroje, vyznačené tím, že na výstup (7) tenzometrického polovodičového snímače (2) je diferenciálním vstupem (8) připojen diferenciální zesilovač (3), spojený signálovým výstupem (9) přes kompenzační odpor (4) s řídícím vstupem (10) řídícího proudového zdroje (l).