RU2017163C1

RU2017163C1 - Analog pressure-measuring instrument

Info

Publication number: RU2017163C1
Authority: RU
Inventors: Ю.В. Афанасьев; Е.Г. Горьков
Original assignee: Энгельсское опытно-конструкторское бюро "Сигнал"
Priority date: 1991-10-29
Filing date: 1991-10-29
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: instrumentation engineering. SUBSTANCE: analog pressure- measuring instrument comprising pressure and temperature sensor comprising pressure transducer with normal analog output, temperature transducer with normal analog output; first analog-to-digital converter input of which is connected to pressure transducer output; second analog- to-digital converter input of which is connected to temperature transducer output, correcting circuit array corresponding inputs of which are connected to the first and the second analog-digital converter outputs further has digital-analog converter connected to the correcting circuit array outputs, analog filter the output of which is the system output and analog adder, with the inputs of the adder connected, correspondingly, to the outputs of pressure transducer and digital-analog converter and its outputs being connected to the analog filter input. EFFECT: increased measurement precision. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления с внесением температурной поправки. The invention relates to measuring technique and can be used to measure pressure with temperature correction.

Известна система компенсации температурной погрешности измерителей давления, в которой частоту компенсационного датчика, зависящую от температуры, делят на частоту рабочего датчика, зависящую от измеряемого параметра и от температуры (а.с. N 155971), что компенсирует аддитивную составляющую температурной погрешности. A known system for compensating the temperature error of pressure meters in which the frequency of the compensation sensor, depending on the temperature, is divided by the frequency of the working sensor, depending on the measured parameter and temperature (a.s. N 155971), which compensates for the additive component of the temperature error.

К числу недостатков этой системы следует отнести необходимость введения дополнительного датчика температуры и отсутствие компенсации мультипликативной составляющей температурной погрешности. The disadvantages of this system include the need to introduce an additional temperature sensor and the lack of compensation for the multiplicative component of the temperature error.

Известен алгоритмический метод повышения точности, основанные на использовании эталонного сигнала и обработке результатов в ЭВМ (см.Боднер В.А. Приборы первичной информации. М.: Машиностроение, 1981, с.130). A well-known algorithmic method for improving accuracy, based on the use of a reference signal and processing the results in a computer (see Bodner V.A. Instruments of primary information. M: Mashinostroenie, 1981, p.130).

При этом сигнал об измеряемом параметре и эталонный сигнал подают в измерительную систему в несколько тактов, а результат измерений направляют в вычислительное устройство ЭВМ. In this case, the signal about the measured parameter and the reference signal are supplied to the measuring system in several clock cycles, and the measurement result is sent to a computer computing device.

К числу недостатков этого метода следует отнести то, что процесс измерений, осуществляемых в несколько временных тактов, сам оказывает дестабилизирующее влияние, введение ЭВМ ухудшает массогабаритные характеристики устройства и значительно повышает цену. The disadvantages of this method include the fact that the measurement process, carried out in several time cycles, itself has a destabilizing effect, the introduction of a computer worsens the overall dimensions of the device and significantly increases the price.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является система измерения давления (патент США N 4322977, кл. G 01 R 9/12), содержащая датчик давления (температуры), включающий в себя преобразователь давления с нормированным аналоговым выходом, преобразователь температуры с нормированным аналоговым выходом, первый аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом преобразователя давления, второй аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом преобразователя температуры, и корректирующую матрицу, первая часть которой соединена с выходами первого аналого-цифрового преобразователя, вторая - с выходами второго аналого-цифрового преобразователя. Closest to the proposed technical solution is a pressure measurement system (US patent N 4322977, CL G 01 R 9/12) containing a pressure sensor (temperature), including a pressure transmitter with a normalized analog output, a temperature transmitter with a normalized analog output, the first analog-to-digital converter, the input of which is connected to the output of the pressure transducer, the second analog-to-digital converter, the input of which is connected to the output of the temperature transducer, and the correction matrix the first part of which is connected to the outputs of the first analog-to-digital converter, the second to the outputs of the second analog-to-digital converter.

К числу недостатком решения, защищенного патентом США N 4322977, следует отнести то, что с выхода корректирующей матрицы получают сигнал полного давления. Это обуславливает или большую избыточность аппаратурной части, или накладывают более высокие требования на точность составляющих элементов. Among the disadvantages of the solution protected by US patent N 4322977, it should be attributed to the fact that the output of the correction matrix receive a signal of full pressure. This causes either a large redundancy of the hardware, or impose higher requirements on the accuracy of the constituent elements.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет снижения погрешности выходного сигнала, включающей в себя температурную погрешность, погрешность нелинейности, а также остаточную погрешность нормирования аналогового сигнала по давлению, при одновременном уменьшении массогабаритной характеристики системы. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy by reducing the error of the output signal, which includes the temperature error, the error of nonlinearity, as well as the residual error of the normalization of the analog signal by pressure, while reducing the overall dimensions of the system.

Для достижения цели в систему измерения давлений дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, входы которого соединены с выходами корректирующей матрицы, и аналоговый фильтр, выход которого является выходом системы измерения давления. To achieve the goal, a digital-to-analog converter, the inputs of which are connected to the outputs of the correction matrix, and an analog filter, the output of which is the output of the pressure measurement system, are additionally introduced into the pressure measurement system.

Аналоговый сумматор, содержащую корректирующую матрицу, соединен своим первым входом с выходом преобразователя давления, вторым входом - с выходом цифроаналогового преобразователя, причем выход аналогового сумматора соединен с входом аналогового фильтра. В корректирующую матрицу введены заранее значения поправок, определяемых предварительно при калибровке системы, а весовой коэффициент по второму входу сумматора подобран таким образом, чтобы весь диапазон выходного сигнала цифроаналогового преобразователя был задействован для отображения поправок. An analog adder containing a correction matrix is connected by its first input to the output of the pressure transducer, the second input is connected to the output of the digital-to-analog transducer, and the output of the analog adder is connected to the input of the analog filter. The correction values are entered in advance into the correction matrix, which are determined previously during the system calibration, and the weight coefficient at the second input of the adder is selected so that the entire range of the output signal of the digital-to-analog converter is used to display the corrections.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы измерения давления с аналоговым выходом; на фиг.2,3 представлены аналитические кривые повышения точности системы в сравнении с прототипом. Figure 1 presents a functional diagram of a pressure measurement system with an analog output; figure 2,3 presents the analytical curves of increasing the accuracy of the system in comparison with the prototype.

Устройство для измерения давления содержит датчик давления температуры 1, включающий в себя преобразователь 2 давления с нормированным выходом, преобразователь 3 температуры с нормированным аналоговым выходом, первый аналого-цифровой преобразователь 4, вход которого соединен с выходом преобразователя давления, второй аналого-цифровой преобразователь 5, вход которого соединен с выходом преобразователя температуры, корректирующую матрицу 6, первая часть входов которой соединена с выходами первого аналого-цифрового преобразователя, вторая часть - с выходами второго аналого-цифрового преобразователя, для повышения точности компенсации интегральной погрешности датчика давления, включающей в себя и температурную погрешность, введены цифроаналоговый преобразователь 7, входы которого соединены с выходами корректирующей матрицы, аналоговый сумматор 8, аналоговый фильтр 9, выход которого является выходом 10 системы. Первый выход аналогового сумматора 8 соединен с выходом преобразователя давления, второй - с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход соединен с входом аналогового фильтра. В корректирующую матрицу 6 введены значения поправок, соответствующих интегральной погрешности датчика давления в поле рабочих температур и давлений, определяемых при калибровке системы. A pressure measuring device comprises a temperature pressure sensor 1, including a pressure converter 2 with a normalized output, a temperature converter 3 with a normalized analog output, a first analog-to-digital converter 4, the input of which is connected to the output of the pressure transmitter, and a second analog-to-digital converter 5, the input of which is connected to the output of the temperature converter, the correction matrix 6, the first part of the inputs of which is connected to the outputs of the first analog-to-digital converter, second the second part - with the outputs of the second analog-to-digital converter, to increase the accuracy of compensation of the integral error of the pressure sensor, which includes the temperature error, a digital-to-analog converter 7 is introduced, the inputs of which are connected to the outputs of the correction matrix, an analog adder 8, an analog filter 9, the output of which is output 10 of the system. The first output of the analog adder 8 is connected to the output of the pressure transducer, the second to the output of the digital-to-analog converter, and the output is connected to the input of the analog filter. Correction matrix 6 introduces corrections corresponding to the integral error of the pressure sensor in the field of operating temperatures and pressures determined during the calibration of the system.

Весовой коэффициент по второму входу сумматора выбирают таким образом, чтобы весь диапазон выходного сигнала цифроаналогового преобразователя был использован для отображения поправок. The weight coefficient at the second input of the adder is chosen so that the entire range of the output signal of the digital-to-analog converter is used to display corrections.

Устройство для измерения давления работает следующим образом. A device for measuring pressure operates as follows.

Выходные сигналы с датчика давления/температуры 1 представляют собой аналоговые сигналы в виде нормированных напряжений постоянного тока соответственно давлению - выход устройства 2 и по температуре - выход устройства 3. The output signals from the pressure / temperature sensor 1 are analog signals in the form of normalized DC voltages corresponding to pressure - the output of device 2 and, in temperature, the output of device 3.

Выходной сигнал устройства 2 подается на аналого-цифровой преобразователь 4, по выходу которого формируется цифровой код, пропорциональный его входному напряжению. The output signal of the device 2 is fed to an analog-to-digital converter 4, the output of which forms a digital code proportional to its input voltage.

Соответственно на выходе аналого-цифрового преобразователя 5 формируется цифровой код по температуре. Accordingly, at the output of the analog-to-digital converter 5, a digital temperature code is generated.

Выходной сигнал преобразователя 2 в виде нормированного напряжения одновременно подается на сумматор 8. Цифровые коды, сформированные АЦП 4 и 5, подаются на адресные входы нормирующей матрицы 6. В матрице 6 размещают массив поправок, где каждая поправка соответствует определенному сочетанию цифровых кодов АЦП - 4 и 5. Выходным сигналом матрицы 6 является код поправки, пропорциональный напряжению, которое необходимо прибавить (или отнять) к выходному сигналу устройства 2 (нескорректированного напряжения по давлению), чтобы скомпенсировать интегральную погрешность по выходу устройства 2. The output signal of converter 2 in the form of a normalized voltage is simultaneously supplied to the adder 8. The digital codes generated by the ADCs 4 and 5 are fed to the address inputs of the normalizing matrix 6. An array of corrections is placed in matrix 6, where each correction corresponds to a certain combination of digital ADC codes - 4 and 5. The output signal of matrix 6 is a correction code proportional to the voltage that needs to be added (or subtracted) to the output signal of device 2 (unadjusted pressure voltage) in order to compensate for the integrand error on the output device 2.

Выходной сигнал матрицы 6 в виде цифрового кода подают на биполярный преобразователь 7, выходным сигналом которого является значение поправки в виде напряжения постоянного тока. The output signal of the matrix 6 in the form of a digital code is supplied to the bipolar converter 7, the output of which is the correction value in the form of a DC voltage.

При этом для получения значения поправок с положительными и отрицательными знаками корректирующая матрица 6 соответственно кодируется положительными или отрицательными двоичными кодами в цифровом виде. In this case, to obtain the values of corrections with positive and negative signs, the correction matrix 6 is respectively encoded in positive or negative binary codes in digital form.

Выходной сигнал цифроаналогового преобразования 7 подается на второй вход сумматора 8, где происходит алгебраическое сложение поправок с выходным сигналом устройства 2. The output signal of the digital-to-analog conversion 7 is supplied to the second input of the adder 8, where the algebraic addition of corrections with the output signal of the device 2 takes place.

Скомпенсированный сигнал по давлению имеет вид напряжения постоянного тока, которое линейно зависит от входного сигнала по давлению всего устройства. The compensated pressure signal has the form of a DC voltage, which linearly depends on the pressure input signal of the entire device.

Работа всего устройства происходит под управлением схемы синхронизации, включающей в себя устройство выборки и хранения (УВХ) по выходу устройства 2, УВХ устройства 3 и УВХ устройства 8, а также тактовую схему управления всеми вышеперечисленными УВХ, аналого-цифровыми преобразователями 4 и 5 и цифроаналоговым преобразователем 7 (на схеме не показано). The entire device operates under the control of a synchronization circuit that includes a sampling and storage device (I / O) at the output of device 2, an I / O device 3, and an I / O device 8, as well as a clock control circuit for all of the above I / O, analog-to-digital converters 4 and 5, and digital-to-analog converter 7 (not shown in the diagram).

Работа устройства во времени осуществляется следующим образом. По команде схемы управления фиксируется текущее значение напряжения на выходах УВХ по выходам устройств 2,3,8, затем запускаются АЦП 4 и 5 с известным времени преобразования. Через интервал времени, необходимый для формирования выходных сигналов АЦП 4 и 5, выходного сигнала матрицы 6, формирования напряжения поправки по выходу цифроаналогового преобразователя 7 и выходного сигнала сумматора 8, снова включается УВХ по выходу устройств 2,3,8 и сигнал в виде напряжения подается на выход 10 устройства через фильтр 9 нижних частот. Фильтр 9 нижних частот необходим для уменьшения ошибок дискретизации выходного сигнала всего устройства и выполняется как единое целое с УВХ по выходу устройства 8. После завершения этого цикла тактирующая схема повторяет вышеописанный процесс. The operation of the device in time is as follows. At the command of the control circuit, the current voltage value at the outputs of the I – V characteristics of the outputs of the devices 2,3,8 is fixed, then the ADCs 4 and 5 are started with a known conversion time. After the time interval necessary for generating the output signals of the ADC 4 and 5, the output signal of the matrix 6, the formation of the correction voltage for the output of the digital-to-analog converter 7 and the output signal of the adder 8, the I-V characteristic for the output of the devices 2,3,8 is turned on again and the signal in the form of a voltage to the output 10 of the device through a low-pass filter 9. The low-pass filter 9 is necessary to reduce the sampling errors of the output signal of the entire device and is performed as a unit with the I / O at the output of the device 8. After completion of this cycle, the clock circuit repeats the above process.

Предложенное конструктивное решение позволяет компенсировать погрешность выходного сигнала преобразователя 2 независимо от природы возникновения, а именно компенсировать погрешность нелинейности, а также систематические погрешности устройств 2,3,4,5,7,8 и 9 при условии выполнения системы в виде датчика, совмещенного с данной электронной схемой. The proposed constructive solution allows you to compensate for the error of the output signal of the transducer 2, regardless of the nature of the occurrence, namely, to compensate for the error of nonlinearity, as well as the systematic errors of devices 2,3,4,5,7,8 and 9, provided that the system is implemented as a sensor combined with this electronic circuit.

Claims

DEVICE FOR MEASURING PRESSURE WITH ANALOGUE OUTPUT, comprising pressure and temperature sensors connected respectively to a pressure transmitter with a normalized analog output and a temperature transmitter with a normalized analog output, a first analog-to-digital converter, the input of which is connected to the output of the pressure transmitter, and a second analog-to-digital converter the output of which is connected to the output of the temperature transducer, a correction matrix, the first part of the inputs of which are connected to the outputs the first analog-to-digital converter, the second with the outputs of the second analog-to-digital converter, characterized in that a digital-to-analog converter, an analog filter and an analog adder are introduced into it, the first input of which is connected to the output of the pressure transmitter with a normalized analog output, the second input - with the output digital-to-analog converter, and the output is with the input of an analog filter, the output of the correction matrix is connected to the information input of the digital-to-analog converter.