RU2082126C1 - Pressure transducer of high-temperature media - Google Patents
Pressure transducer of high-temperature media Download PDFInfo
- Publication number
- RU2082126C1 RU2082126C1 RU95106260A RU95106260A RU2082126C1 RU 2082126 C1 RU2082126 C1 RU 2082126C1 RU 95106260 A RU95106260 A RU 95106260A RU 95106260 A RU95106260 A RU 95106260A RU 2082126 C1 RU2082126 C1 RU 2082126C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- pressure sensor
- differential amplifier
- capillary
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в химической, нефтедобывающей, целлюлозной и других промышленностях для измерения давлений в высокотемпературных средах. The invention relates to measuring equipment and can be used in chemical, oil, pulp and other industries for measuring pressure in high-temperature environments.
Известен измеритель того же назначения [1] содержащий датчик давления, капилляр, на торце которого через переходник закреплена приемная мембрана, при этом другой торец капилляра установлен в корпусе напротив мембраны датчика давления. Полости капилляра, переходников приемной мембраны и датчика давления заполнены ртутью. A known meter of the same purpose [1] comprising a pressure sensor, a capillary, at the end of which a receiving membrane is fixed through an adapter, while the other end of the capillary is mounted in the housing opposite the pressure sensor membrane. The cavities of the capillary, adapters of the receiving membrane and the pressure sensor are filled with mercury.
Недостатком известного измерителя является влияние температуры среды на показания измерителя давления. A disadvantage of the known meter is the effect of temperature on the readings of the pressure meter.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является измеритель давления высокотемпературных сред с температурой компенсацией, содержащий датчик давления, включающий корпус с закрепленной в нем мембраной, на которой смонтированы контактные площадки, четыре тензорезистора, соединенные в мостовую измерительную схему, два термопреобразователя, находящиеся в тепловом контакте с датчиком давления, и измерительный блок, включающий источник питания со стабилизатором напряжения и выходной регистрирующий прибор, а также капилляр, на торцах которого через переходники закреплены приемная мембрана с диаметром, превышающим диаметр капилляра, и мембрана датчика давления, причем капилляр защищен металлорукавом, оканчивающимся щупом датчика давления, а полости капилляра, переходников и датчика давления заполнены ртутью [2]
В этом устройстве термокомпенсация осуществляется с помощью двух термопар, одна из которых расположена у приемной мембраны, а вторая около мембраны датчика давления. При этом обе термопары включены в смежные плечи мостовой измерительной схемы последовательно с тензорезисторами.The closest technical solution to the invention is a pressure meter of high-temperature media with temperature compensation, comprising a pressure sensor, including a housing with a membrane fixed to it, on which pads are mounted, four strain gauges connected to a bridge measuring circuit, two thermocouples in thermal contact with a pressure sensor, and a measuring unit including a power supply with a voltage stabilizer and an output recording device, as well as a capillary, n and the ends of which through the adapters are fixed a receiving membrane with a diameter exceeding the diameter of the capillary and a pressure sensor membrane, the capillary being protected by a metal sleeve ending in the probe of the pressure sensor, and the cavities of the capillary, adapters and pressure sensor are filled with mercury [2]
In this device, thermal compensation is carried out using two thermocouples, one of which is located at the receiving membrane, and the second near the pressure sensor membrane. In this case, both thermocouples are included in adjacent shoulders of the bridge measuring circuit in series with strain gauges.
Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерений давления из-за неполной компенсации температурной погрешности. Это происходит из-за того, что в прототипе термопреобразователи и датчик давления расположены в различных точках температурного поля, влияющего на результаты измерений. Кроме того, в известном решении отсутствуют термокомпенсация квадратичной составляющей температурной погрешности. A disadvantage of the known device is the lack of accuracy of pressure measurements due to incomplete compensation of the temperature error. This is due to the fact that in the prototype thermal converters and a pressure sensor are located at different points in the temperature field, which affects the measurement results. In addition, in the known solution there is no thermal compensation of the quadratic component of the temperature error.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в более полной компенсации температурной погрешности измерителя, включая квадратичную составляющую температурной погрешности. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to more fully compensate for the temperature error of the meter, including the quadratic component of the temperature error.
Данный технический результат достигается тем, что в известном измерителе давления высокотемпературных сред, содержащем датчик давления, включающий корпус с закрепленной в нем мембраной, на которой смонтированы контактные площади, четыре тензорезистора, соединенные в мостовую измерительную схему, два термопреобразователя, находящиеся в тепловом контакте с датчиком давления, и измерительный блок, включающий источник питания со стабилизатором напряжения и выходной регистрирующий прибор, а также капилляр, на торцах которого через переходники закреплена приемная мембрана с диаметром, превышающим диаметр капилляра, и мембрана датчика давления, причем капилляр защищен металлорукавом, оканчивающимся щупом датчика давления, а полости капилляра, переходников и датчика давления заполнены ртутью, термопреобразователи расположены на корпусе датчика давления, причем в измеритель дополнительно введены два сумматора, три дифференциальных усилителя, умножитель, источник опорных напряжений, звено обратной связи, выходной транзистор и выходной резистор, при этом оба термопреобразователя с одной стороны заземлены, а с другой подключены соответственно к первому входу умножителя и к первому входу первого дифференциального усилителя, выход стабилизатора напряжения подключен к входу мостовой измерительной схемы, через ограничительные сопротивления к термопреобразователям и к первому входу первого дифференциального усилителя, к второму входу которого подсоединен первый вход источника опорных напряжений, а второй его выход соединен с первым входом второго дифференциального усилителя, подключенного вторым своим входом к выходу умножителя, соединенного вторым своим входом с выходным резистором, который заземлен, причем положительная клемма источника соединена с коллектором выходного транзистора, эмиттер которого через выходной резистор подключен к защемленной отрицательной клемме источника питания, а первый выход мостовой измерительной схемы подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, второй выход мостовой измерительной схемы подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго дифференциального усилителя, а третий с выходом звена обратной связи, подключенного входом к эмиттеру выходного транзистора, выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно с первым и вторым входами третьего дифференциального усилителя, выход которого подключен к базе выходного транзистора, при этом выходной регистрирующий прибор подключен параллельно выходному резистору. This technical result is achieved by the fact that in the known pressure meter of high-temperature media containing a pressure sensor, comprising a housing with a membrane fixed to it, on which contact areas are mounted, four strain gauges connected to a bridge measuring circuit, two thermocouples in thermal contact with the sensor pressure, and a measuring unit, including a power source with a voltage stabilizer and an output recording device, as well as a capillary, at the ends of which through a receiving membrane with a diameter exceeding the diameter of the capillary and a pressure sensor membrane are fixed; moreover, the capillary is protected by a metal hose ending with the probe of the pressure sensor, and the cavities of the capillary, adapters and pressure sensor are filled with mercury, thermal converters are located on the pressure sensor case, and two additional sensors are introduced into the meter an adder, three differential amplifiers, a multiplier, a reference voltage source, a feedback link, an output transistor and an output resistor, with both thermocouples On the one hand, the indexers are grounded and, on the other hand, connected respectively to the first input of the multiplier and to the first input of the first differential amplifier, the output of the voltage stabilizer is connected to the input of the bridge measuring circuit, through limiting resistance to thermal converters and to the first input of the first differential amplifier, to the second input of which the first input of the reference voltage source is connected, and its second output is connected to the first input of the second differential amplifier connected by its second the input to the output of the multiplier connected to its output resistor by grounding, and the positive terminal of the source is connected to the collector of the output transistor, the emitter of which is connected through the output resistor to the pinched negative terminal of the power source, and the first output of the bridge measurement circuit is connected to the first input of the first an adder, the second input of which is connected to the output of the first differential amplifier, the second output of the bridge measuring circuit is connected to the first input of the second umator, the second input of which is connected to the output of the second differential amplifier, and the third with the output of the feedback link connected to the emitter of the output transistor, the outputs of the first and second adders are connected respectively to the first and second inputs of the third differential amplifier, the output of which is connected to the base of the output transistor while the output recording device is connected in parallel with the output resistor.
На фиг. 1 представлена конструктивная схема измерителя давления высокотемпературных сред (ИДВС); на фиг. 2 общий вид полости капилляра, заполненной ртутью; на фиг. 3 электронная схема измерительного блока ИДВС. In FIG. 1 presents a structural diagram of a pressure meter high-temperature environments (IDVS); in FIG. 2 general view of the cavity of a capillary filled with mercury; in FIG. 3 electronic circuit measuring unit IDVS.
Измеритель давления (фиг. 1, 2) содержит датчик 1 давления, установленный в корпусе 2, с закрепленной в нем мембраной 3, на которой смонтированы контактные площадки (на фиг. не показаны). В датчик давления также входят четыре тензорезистора (на фиг. не показаны), соединенные в мостовую измерительную схему 4 (фиг. 3). Диагональные плечи мостовой схемы подключены к контактным площадкам. The pressure meter (Fig. 1, 2) contains a
Имеются также два термопреобразователя 5 и 6 (фиг. 1), находящиеся в тепловом контакте с датчиком 1 давления за счет того, что они непосредственно намотаны на корпус датчика давления. There are also two thermocouples 5 and 6 (Fig. 1), which are in thermal contact with the
ИДВС также содержит приемную мембрану 7, которая вместе с мембраной 3 датчика давления соответственно через переходники 8, 9 (фиг. 2) перекрывает торцы капилляра 10. Полости капилляра и переходников заполнены ртутью. Капилляр 10 защищен металлорукавом 11. IDVS also contains a
Диаметр приемной мембраны 7 задают большим диаметром капилляра для уменьшения влияния линейного расширения ртути под действием высокой температуры среды. The diameter of the
Часть капилляра, непосредственно примыкающая к приемной мембране 7, заключают в металлический стержень (щуп) 12, который соединяется с металлорукавом 11. Щип 12, контактирующий с исследуемой средой, закрепляется на объекте (на фиг. не показан) с помощью гайки 13. The part of the capillary directly adjacent to the
Измеритель также содержит измерительный блок 14, который через разъем 15 соединяется с выходным регистрирующим прибором 16 (фиг. 3). The meter also contains a measuring unit 14, which through a connector 15 is connected to the output recording device 16 (Fig. 3).
Измерительный блок ИДВС включает в себя стабилизатор 17 источника питания (на фиг. не показан), два сумматора 18, 19, три дифференциальных усилителя 20, 21, 22, умножитель 23, источник 24 опорных напряжений, звено 25 обратной связи, выходной транзистор 26 и выходной резистор 27. The measuring unit IDVS includes a power supply stabilizer 17 (not shown in FIG.), Two
Схема электрических соединений элементов измерителя показана на фиг. 3 и описана выше. The electrical connection diagram of the meter elements is shown in FIG. 3 and described above.
Термопреобразователи 5, 6 подключены к стабилизатору 17 через ограничительные сопротивления R1, R2. Элементы 5, 6, 20, 21, 23, 24 образуют функциональный преобразователь 28.Thermocouples 5, 6 are connected to the
Измеритель давления высокотемпературных сред работает следующим образом. The pressure meter high-temperature environments works as follows.
Располагают щуп 12 в исследуемой высокотемпературной среде. При этом на приемную мембрану 7 будут воздействовать давление исследуемой среды, передаваемое через капилляр, заполненный ртутью на мембрану датчика 1 давления. The probe 12 is located in the investigated high-temperature medium. In this case, the pressure of the test medium transmitted through a capillary filled with mercury to the membrane of the
Одновременно на щуп 12 будет воздействовать высокая температура (до 400oC) среды, нагревая его. За счет теплопроводности тепло от исследуемой среды по капилляру будет частично передаваться на корпус датчика давления, нагревая его до более низкой температуры по сравнению с температурой среды (примерно до 80oC).At the same time, the probe 12 will be affected by the high temperature (up to 400 o C) of the medium, heating it. Due to the thermal conductivity, the heat from the test medium through the capillary will be partially transferred to the pressure sensor housing, heating it to a lower temperature compared to the temperature of the medium (approximately 80 o C).
При подаче измеряемого давления P на мембрану 9 тензорезисторы испытывают деформацию. Вследствие этого на выходе мостовой измерительной схемы 4 появляется сигнал ΔUp= Up1-Up2, равный
ΔUp= Up1-Up2= Uo[ao+a1Δt1+(a2Δt+a3)P] (1)
здесь U0 напряжение питания мостовой измерительной схемы;
a0 коэффициент смещения нуля;
a1 коэффициент температурного дрейфа нуля;
a2 коэффициент температурного дрейфа чувствительности;
Δt = t-to отклонение температуры в месте расположения тензорезисторов от значения t=t0, выбранной в качестве точки отсчета;
a3 тензочувствительность мостовой измерительной схемы при t=t0
p действующее давление.When applying the measured pressure P to the
ΔU p = U p1 -U p2 = U o [a o + a 1 Δt 1 + (a 2 Δt + a 3 ) P] (1)
here U 0 is the supply voltage of the bridge measuring circuit;
a 0 is the zero bias coefficient;
a 1 coefficient of temperature drift of zero;
a 2 coefficient of temperature drift of sensitivity;
Δt = tt o the deviation of the temperature at the location of the strain gages from the value t = t 0 selected as a reference point;
a 3 strain sensitivity of the bridge measuring circuit at t = t 0
p effective pressure.
Значение выходного напряжения на выходном резисторе 27 выходного транзистора 26 можно представить следующим образом
Uв= k(ΔUp+Ut1-Ut2) (2)
здесь k коэффициент усиления, определяемый звеном 25 обратной связи;
Ut1, Ut2 выходные напряжения, формируемые функциональным преобразователем 28 для компенсации влияния температурной погрешности.The value of the output voltage at the
U in = k (ΔU p + U t1 -U t2 ) (2)
here k is the gain determined by the
U t1 , U t2 output voltages generated by the
Для полной компенсации температурной погрешности и смещения нуля функциональный преобразователь 28 из входных воздействий U0 UB должен синтезировать выходные напряжения Ut1 и Ut2 вида
Ut= Uo(ao+a1Δt); Ut2= βUв (3)
здесь β -масштабный коэффициент.To completely compensate for the temperature error and zero offset, the
U t = U o (a o + a 1 Δt); U t2 = βU in (3)
here β is a scale factor.
Из (1) и (2) с учетом (3) получим
Uв= kUo[(aoΔt+a3)P-βUв (4)
или
Из уравнения (5) следует, что для получения инвариантного к температурному воздействию выходного сигнала UB достаточно, чтобы выполнялось условие
Обеспечить такой масштаб преобразования позволяет функциональный преобразователь 28, выполненный в виде, представленном на фиг.3.From (1) and (2), taking into account (3), we obtain
U in = kU o [(a o Δt + a 3 ) P-βU in (4)
or
From equation (5) it follows that, in order to obtain a temperature-invariant output signal U B, it is sufficient that the condition
To provide such a conversion scale allows the
Изменение температуры термопреобразователей 5, 6 вызывает, например, изменение их сопротивления. При этом на выходах дифференциальных усилителей 20, 21 функционального преобразователя 28 появляются выходные сигналы Ut1, Ut2, которые, складываясь в необходимой пропорции с выходными сигналами Up1, Up2 мостовой измерительной схемы 4, позволяют реализовать инвариантный к температуре алгоритм работы измерителя давления. При этом значения давления исследуемой среды регистрируются выходным прибором 16.A change in temperature of thermal converters 5, 6 causes, for example, a change in their resistance. At the same time, the outputs U t1 , U t2 appear at the outputs of the
Таким образом, в измерителе осуществляется более полная компенсация температурной погрешности за счет того, что тензорезисторы датчика давления и термопреобразователи находятся в одном и том же температурном поле. Кроме того, в измерителе не появляется дополнительная квадратичная составляющая температурой зависимости чувствительности, и происходит полная компенсация всех составляющих температурной погрешности тензорезисторной мостовой схемы. При этом питающая диагональ мостовой измерительной схемы свободна для организации подавления нелинейности выходной характеристики измерителя. Thus, the meter provides more complete compensation of the temperature error due to the fact that the strain gauges of the pressure sensor and thermocouples are in the same temperature field. In addition, an additional quadratic component with the temperature of the sensitivity dependence does not appear in the meter, and all components of the temperature error of the strain gauge bridge circuit are completely compensated. Moreover, the supply diagonal of the bridge measuring circuit is free to organize the suppression of nonlinearity of the output characteristic of the meter.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95106260A RU2082126C1 (en) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | Pressure transducer of high-temperature media |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95106260A RU2082126C1 (en) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | Pressure transducer of high-temperature media |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95106260A RU95106260A (en) | 1996-12-10 |
RU2082126C1 true RU2082126C1 (en) | 1997-06-20 |
Family
ID=20167007
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95106260A RU2082126C1 (en) | 1995-04-20 | 1995-04-20 | Pressure transducer of high-temperature media |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2082126C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492439C1 (en) * | 2012-04-23 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Pressure measurement device |
RU2710528C1 (en) * | 2016-09-27 | 2019-12-26 | Пи Ай КОМПОНЕНТС КОРПОРЕЙШН | Thermoelectric heating, cooling and energy generation for systems with remote diaphragm with direct installation and dual compartment for filling liquid |
US11313747B2 (en) | 2014-09-30 | 2022-04-26 | Rosemount Inc. | Fill fluid thermal management |
-
1995
- 1995-04-20 RU RU95106260A patent/RU2082126C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Заявка ФРГ N 2106126, кл. G 01 L 19/06, 1975. 2. Заявка ФРГ N 2808469, кл. G 01 L 19/06, 1979. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492439C1 (en) * | 2012-04-23 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" | Pressure measurement device |
US11313747B2 (en) | 2014-09-30 | 2022-04-26 | Rosemount Inc. | Fill fluid thermal management |
RU2710528C1 (en) * | 2016-09-27 | 2019-12-26 | Пи Ай КОМПОНЕНТС КОРПОРЕЙШН | Thermoelectric heating, cooling and energy generation for systems with remote diaphragm with direct installation and dual compartment for filling liquid |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU95106260A (en) | 1996-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3665756A (en) | Strain gauge temperature compensation system | |
US4734873A (en) | Method of digital process variable transmitter calibration and a process variable transmitter system utilizing the same | |
US4338563A (en) | Corrosion measurement with secondary temperature compensation | |
US3754442A (en) | Temperature measuring system producing linear output signal from non-linear sensing resistance | |
US4366714A (en) | Pressure/temperature probe | |
GB2266379A (en) | Corrosion probe having a temperature sensor | |
US4169243A (en) | Remote sensing apparatus | |
US5303167A (en) | Absolute pressure sensor and method | |
US3645136A (en) | Fluid pressure measuring device | |
US3910106A (en) | Transducer | |
RU2082126C1 (en) | Pressure transducer of high-temperature media | |
US3448607A (en) | Strain gauge temperature compensation system | |
US3358511A (en) | Computing transducer system | |
Bremhorst et al. | Comparison of dynamic and static hot wire anemometer calibrations for velocity perturbation measurements | |
RU2037145C1 (en) | Strain gauge for measuring pressure | |
JPS6224121A (en) | Measuring head | |
SU1536196A1 (en) | Piezooptical meter of object deformations | |
US2477026A (en) | Electric fluid pressure gauge | |
US4043197A (en) | Flow rate transducer | |
RU2082129C1 (en) | Converter of pressure to electric signal | |
US4720999A (en) | Universal pressure transducer | |
RU2024830C1 (en) | Unit for measuring pressure | |
RU2039956C1 (en) | Device converting physical parameters into electric signal | |
Karimov | Digital enhancement of analog measurement systems for temperature compensation of strain gages | |
US4261207A (en) | Fluid pressure-sensing device |