RU1789892C - Устройство дл измерени давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в системах измерени , контрол  и регулировани  давлени . Цель изобретени  - повышение точности измерени  давлени  в потоках жидкостей и газов. Сущность изобретени : устройство дл  измерени  давлени  содержит источник питани  1, источник смещени  2, аналоговый сумматор 3, дифференциальный усилитель 4 с выходом 5, измерительный мост 6 с операционным усилителем 7, тензопреобразователем 8 и резисторами 9-12. Аналоговый сумматор 3 образован операционным усилителем 13 и резисторами 14-16. Устройство обеспечивает коррекцию температурной погрешности тензопреобразовател  8 за счет введени  положительной обратной св зи операционного усилител  измерительного моста 6. В качестве информативного параметра использована зависимость сопротивлени входной диагонали тензопреобразовател  от температуры его чувствительного элемента. Положительный эффект: благодар  введению в электрическую схему устройства аналогового сумматора 3, источника смещени  2 и измерительного моста 6, обеспечиваетс  компенсаци  аддитивной и мультипликативной составл ющих температурной погрешности тензопреобразовател . 1 ил. ел с

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в системах измерени , контрол  и регулировани  давлени .

Известно устройство дл  измерени  давлени , содержащее тензопреобразова- тель, источник питани  тензопреобразова- тел , датчик температуры и резисторы, включенные в цепь обратной св зи первого и второго операционных усилителей, дифференциальный усилитель и усилитель напр жени  .смещени . , Недостатком устройства  вл етс  низка  точность преобразовани , обусловленна  использованием внешнего (не имеющего достаточно удовлетворительного теплового контакта с кристаллом тензопреобразовател ) датчика температуры, что предполагает значительное отличие температуры кристалла тензопреобразовател  от температуры датчика температуры. Это вносит существенную погрешность при измерении давлени  в проточных , системах, например, в газовых магистрал х микрокриогенных систем, поскольку температура чувствительного элемента тензопреобразовател  при неустановившемс  процессе может существенно отличатьс  от температуры датчика температуры.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к предложенному  вл етс  устройство дл  измерени  давлени , содержащее источник термозависимого напр жени , усилитель, тензопре- образователь, дифференциальный усилитель и амплитудный модул тор. Недостатком устройства  вл етс  низка  точность измерени , вследствие необходимости использовани  в составе термозависимого источника и амплитудного модул тора внешних по отношению к чувствительному элементу тензопреобразовател  терморезисторов. Отличие температур указанных элементов из-за конечных значений тепловых сопротивлений между ними определ ет погрешность, значение которой становитс  существенным при измерении давлени  в проточных системах.

Цель изобретени  - повысить точность измерени  давлени  в потоках жидкостей и газов.

Дл  решени  данной задачи устройство , содержащее источник питани , операционный усилитель и тензопреобразователь, выход которого св зан через дифференциальный усилитель с выходом устройства, снабжаетс  аналоговым сумматором, источником напр жени  смещени  и измерительным мостом, плечи которого образованы, соответственно, введенными в устройство

первым, вторым, третьим резисторами и цепочкой из последовательно соединенных входной диагонали тензопреобразовател  и введенного четвертого резистора, в выходную диагональ измерительного моста включен операционный усилитель, соединенный неинвертирующим входом с точкой соединени  первого и второго резисторов, инвертирующим - с точкой соединени  третьего

0 резистора и тензопреобразовател , а выходом - с точкой соединени  тензопреобразовател  и четвертого резистора измерительного моста, входна  диагональ измерительного моста одним выводом, об5 разованным соединением первого и третьего резисторов, подключена к источнику питани , а другим, образованным соединением второго и четвертого резисторов - к первому входу аналогового сумматора, вто0 рой вход которого подключен к выходу источника напр жени  смещени , а выход- ко входу смещени  дифференциального усилител , при этом аналоговый сумматор выполнен на введенных в устройство втором

5 операционном усилителе и п том, шестом, и седьмом резисторах, п тый резистор включен в цепь отрицательной обратной св зи второго операционного усилител , выход которого  вл етс  выходом аналого0 вого сумматора, неинвертирующий вход второго операционного усилител  соединен с общей шиной, его инвертирующий вход соединен с первыми выводами шестого и седьмого резисторов, вторые выводы кото5 рых  вл ютс , соответственно, первым и вторым входами аналогового сумматора.

На чертеже представлена функциональна  схема устройства.

Устройство дл  измерени  давлени  со0 держит источник питани  1, источник смещени  2, сумматор 3, дифференциальный усилитель 4, выход 5, измерительный мост 6 с операционным усилителем 7, тензопреоб- разователем 8 и резисторами 9, 10, 11, 12.

5 Аналоговый сумматор 3 образован операци- онным усилителем 13, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, инвертирующий вход подключен к первому и второму входам сумматора, соответственно

0 через резисторы 14 и 15, а выход - через резистор 16 к инвертирующему входу операционного усилител  13 и  вл етс  выходом сумматора, Измерительный мост 6 образован резисторами 9-12, тензопреобра5 зователем 8. При этом резисторы 9-11 и последовательно включенные резистор 12 и тензопреобразователь 8  вл ютс  плечами измерительного моста 6. Операционный усилитель 7 включен в его выходную диагональ и подключен неинвертирующим входом к точке соединени  резисторов 9 и 10, инвертирующим - к точке соединени  резистора 11 и тензопреобразовател  8, а своим выходом соединен сточкой соединени  тензопреобразовател  8 и резистора 12. Вход- на  диагональ измерительного моста 6 одним выводом, образованным соединением резисторов 9 и 11, подключена к источнику питани  1, а другим, образованным соединением резисторов 10 и 12, подключе- на к второму выводу резистора 14,  вл ющемус  первым входом сумматора 3. Второй вход сумматора 3 (второй вывод резистора 15) подключен к выходу источника смещени  2, а выход - к входу смещени  дифференциального усилител  4. Выход тензопреобразовател  8 соединен с входом дифференциального усилител  4, выход которого  вл етс  выходом устройства.

Устройство дл  измерени  давлени  ра- ботает следующим образом.

После подачи напр жени  измерительный мост 6 устанавливаетс  в состо ние баланса вследствие наличи  отрицательной обратной св зи, которой охвачен операци- онный усилитель 7 через тензопреобразова- тель 8. При этом измерительный мост 6 оказываетс  включенным между выходом источника питани  1 и общей шиной через резистор 14, так как на инвертирующем вы- ходе операционного усилител  13, охваченного отрицательной обратной св зью, присутствует нулевое напр жение, равное напр жению на его неинвертирующем входе .

Через тензопреобразователь 8 протекает ток lo

lo UOx

R1

R4

R3 v Rs(R2 +R4) +R4(R1 + R2 ) -RsRtRl/R3

0)

где Uo - выходное напр жение источника питани  1 измерительного моста 6;

Ri, R2, Rs, R4, RS - сопротивлени  рези- сторов 9-12, 14 соответственно;

Rt - входное сопротивление тензопреобразовател  8.

При изменении температуры тензопреобразовател , например, в сторону увеличе- ни , происходит снижение чувствительности тензопреобразовател  8 как датчика давлени . При этом сопротивление входной диагонали тензопреобразовател  8,  вл ющеес  информативным параметром температуры его чувствительного элемента, возрастает. Ток I, протекающий через тензопреобразователь 8, увеличиваетс  за счет наличи  по- ложительной обратной св зи через резисторы 10, 12 и 14 в соответствии с

5 10 15

20

25 30 35

:

,40

45

50 55

выражением (1). Следует отметить, что при разрыве положительной обратной св зи путем исключени , например, резистора 12, ток через преобразователь 8 оставалс  бы на неизменном уровне (независимо от входного сопротивлени  Rt тензопреобразовател  8) за счет наличи  только отрицательной обратной св зи, охватывающей усилитель 7. С увеличением тока I тензопреобразовател  8 повышаетс  и устанавливаетс  близкой к первоначальному значению. Таким образом осуществл етс  компенсаци  изменени  тен- зочувствительности тензопреобразовател  8. Поступающее на первый вход аналогового сумматора 3 (первый вывод резистора 14) напр жение 1, равное

Ui-Uo(1R4 (R1+R2) N R5 ( R2 + R4 ) + R4 ( R1 + R2 ) - R5 Rt R1/R3

(2)

 вл етс  функцией от температуры тензопреобразовател  8, с увеличением которой оно уменьшаетс . В свою очередь, начальное напр жение смещени  U см выходного напр жени  тензопреобразовател  8 также  вл етс  функцией температуры, с повышением которой оно также уменьшаетс . Выходное напр жение 2 сумматора 3 увеличиваетс , так как аналоговый сумматор выполнен по типу инвертирующего усилител , и поступает на вход смещени  дифференциального усилител  4. Функци  преобразовани  дифференциального усилител  4, выполненного по схеме, приведенной на фиг.2, имеет вид

Увых. K(Ua-Ub)+U2,(3)

где Ua и Ub - напр жени  на дифференциальном выходе тензопреобразовател ;

К - коэффициент дифференциального усилител  4,

Таким образом, благодар  увеличению напр жени  1)2 на входе смещени  дифференциального усилител  с ростом температуры тензопреобразовател  8 осуществл етс  компенсаци  уменьшени  начального напр жени  смещени  UCM выходного сигнала тензопреобразовател , т.е. происходит исключение мультипликативной составл ющей изменени  напр жени  смещени  тензопреобразовател  8 от температуры . Аддитивна  составл юща  этого напр жени , не завис ща  от температуры, исключаетс  подачей на второй вход сумматора 3 выходного напр жени  источника смещени  2.

Регулировка устройства осуществл етс  следующим образом.

Коэффициент усилени  К дифференциального усилител  4 задаетс  в соответствии с требуемым уровнем выходного напр жени  устройства. Сопротивлени  резисторов 9, 11,14 выбираютс  посто нными и не завис т от типа и градуировочных характеристик тензопреобразовател  8. Сопротивление рези сторов 10 и 12 рассчитываютс  или подбираютс  экспериментально и определ ют начальный ток через датчик и его изменение в диапазоне

0

рабочих температур. После установки требуемой чувствительности тензопреобразовател  8 устанавливаетс  значение сопротивлени  резистора 14, определ ющего коэффициент изменени  напр жени  U2 на входе смещени  дифференциального усилител  от температуры. Последним определ етс  сопротивление резистора 15, обеспечивающее исключение остаточного напр жени  смещени , приведенного к выходу дифференциального усилител  4.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  давлени , содержащее источник питани , операционный усилитель и тензопреобразователь, выход которого св зан через дифференциальный усилитель с выходом устройства, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени  давлени  в потоках жидкостей и газов, оно снабжено аналоговым сумматором, источником напр жени  смещени  и измерительным мостом, плечи которого образованы соответственно введенными в устройство первым, вторым, третьим резисторами и цепочкой из последовательно соединенных входной диагонали тензопреобразовател  и введенного четвертого резистора, в выходную диагональ измерительного моста включен операционный усилитель, соединенный неинвертирующим входом с точкой соединени  первого и второго резисторов, инвертирующим - с точкой соединени  третьего резистора и тензопреобразовател , а выходом - с точкой соединени  тензопреобразовател  и четвертого резистора измерительного моста, входна  диагональ измерительного моста одним выводом, образованным соединением первого и третьего резисторов , подключена к источнику питани , а другим , образованным соединением второго и четвертого резисторов,- к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого подключен к выходу источника напр жени  смещени , а выход - к входу смещени  дифференциального усилител , при этом аналоговый сумматор выполнен на введенных в устройство втором операционном усилителе и п том, шестом и седьмом резисторах, п тый резистор включен в цепь отрицательной обратной св зи второго операционного усилител , выход которого  вл етс  выходом аналогового сумматора, неинвертирующий вход второго операционного усилител  соединен с общей шиной, его инвертирующий вход соединен с первыми выводами шестого и седьмого резисторов , вторые выводы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым входами аналогового сумматора,