RU2330243C2 - Method for temperature compensation of differential transmitters having linear characteristics - Google Patents
Method for temperature compensation of differential transmitters having linear characteristics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2330243C2 RU2330243C2 RU2006121843/28A RU2006121843A RU2330243C2 RU 2330243 C2 RU2330243 C2 RU 2330243C2 RU 2006121843/28 A RU2006121843/28 A RU 2006121843/28A RU 2006121843 A RU2006121843 A RU 2006121843A RU 2330243 C2 RU2330243 C2 RU 2330243C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- sensor
- voltage
- signal
- value
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении физических величин с использованием дифференциальных датчиков на базе первичных измерительных преобразователей с раздельными электрическими выходами и линейными характеристиками.The invention relates to measuring equipment and can be used when measuring physical quantities using differential sensors based on primary measuring transducers with separate electrical outputs and linear characteristics.
Аналогом данного изобретения является способ температурной компенсации тензорезисторных датчиков относительного давления с герметичной внутренней полостью и мостовой измерительной цепью (патент РФ №2267756 RU), отличающийся тем, что определяют температурные коэффициенты сопротивления (ТКС) всех плеч мостовой схемы, начальный разбаланс датчика и выходной сигнал датчика при номинальном давлении, затем рассчитывают эквивалентное значение ТКС мостовой цепи датчика от температурного расширения фиксированного значения давления газа, загерметизированного во внутренней полости датчика, и определяют величину термонезависимого компенсационного резистора, который включают в одно из плеч мостовой схемы.An analogue of this invention is a method of temperature compensation of strain gauge relative pressure sensors with a sealed internal cavity and a bridge measuring circuit (RF patent No. 2267756 RU), characterized in that they determine the temperature coefficients of resistance (TCS) of all shoulders of the bridge circuit, the initial imbalance of the sensor and the sensor output signal at nominal pressure, then the equivalent value of the TCS of the sensor bridge circuit from the temperature expansion of the fixed value of the gas pressure is calculated, etizirovannogo the interior cavity of the sensor, and determine the value termonezavisimogo compensation resistor, which include one of the arms of the bridge circuit.
Недостатком данного способа является то, что для определения плеча, к которому необходимо привести изменение от загерметизированного в датчике давления при изменении температуры и разброса ТКС тензорезисторов, необходимо оценить эквивалентное значение ТКС от изменения внутреннего давления и ТКС мостовой измерительной схемы из-за технологического разброса ТКС тензорезисторов.The disadvantage of this method is that to determine the shoulder, to which it is necessary to bring the change from the pressure sealed in the sensor when the temperature and the spread of the TCS strain gages change, it is necessary to evaluate the equivalent value of the TCS from the change in internal pressure and the TCS of the bridge measuring circuit due to the technological spread of the TCS strain gages .
Прототипом данного изобретения является способ температурной компенсации тензорезисторных датчиков (патент РФ №2027142 RU), отличающийся тем, что измеряют начальные выходные сигналы датчика при двух значениях рабочего диапазона температур, включают термочувствительный резистор в одно из плеч мостовой схемы и герметизируют датчик в нормальных климатических условиях.The prototype of this invention is a method of temperature compensation of strain gauge sensors (RF patent No. 2027142 RU), characterized in that they measure the initial output signals of the sensor at two values of the operating temperature range, include a temperature-sensitive resistor in one of the arms of the bridge circuit and seal the sensor in normal climatic conditions.
Недостатком данного способа является то, что датчик необходимо герметизировать в нормальных климатических условиях, так как невыполнение данного условия ведет к возрастанию погрешности измерения, а применение термочувствительного резистора, изготовленного из другого, чем тензорезисторные датчики, материала ведет к существенному ограничению динамического диапазона измеряемых величин.The disadvantage of this method is that the sensor must be sealed in normal climatic conditions, since failure to fulfill this condition leads to an increase in measurement error, and the use of a thermosensitive resistor made of material other than strain gauge sensors significantly limits the dynamic range of the measured values.
Технической задачей изобретения является повышение точности измерения и упрощение процесса градуировки.An object of the invention is to increase the measurement accuracy and simplify the calibration process.
На Фиг.1 показана структурная схема автоматической температурной компенсации дифференциального датчика, гдеFigure 1 shows a structural diagram of an automatic temperature compensation of a differential sensor, where
1, 10 - сумматоры;1, 10 - adders;
2 - источник опорной величины (ИОВ);2 - the source of the reference value (JOB);
3 - опорный первичный измерительный преобразователь (Д0);3 - reference primary measuring transducer (D 0 );
4 - первичный измерительный преобразователь (Д1);4 - primary measuring transducer (D 1 );
5 - устройство индикации (УИ);5 - display device (UI);
Х0 - входная опорная величина;X 0 - input reference value;
Х - измеряемая величина;X is the measured value;
F(X0, T) - выходной сигнал опорного ПИП;F (X 0 , T) is the output signal of the reference PIP;
F(X1, T) - выходной сигнал измерительного ПИП;F (X 1 , T) is the output signal of the measuring PIP;
у - выходной сигнал дифференциального датчика;y is the output signal of the differential sensor;
Т - температура окружающей среды;T is the ambient temperature;
На Фиг.1 сигнал Х0 источника опорной величины 2 и Х измеряемой величины попадают на сумматор 1, с выхода которого сигнал X1 поступает на первичный измерительный преобразователь (ПИП) 4. Сигнал Х0 поступает на опорный ПИП 3. Полученные выходные сигналы F(X0, T) и F(X1, T) попадают в сумматор 10, с выхода которого сигнал у поступает на устройство индикации (УИ) 5.In Fig. 1, the signal X 0 of the source of the
В случае автоматической температурной компенсации дифференциального датчика имеем:In the case of automatic temperature compensation of the differential sensor, we have:
Х0=constX 0 = const
F(X0,T)=k0Х·X0+k0T·T+C, где k0Х=const, k0Т=const, С=const.F (X 0 , T) = k 0X · X 0 + k 0T · T + C, where k 0X = const, k 0T = const, С = const.
Следовательно,Hence,
, ,
где С0=constwhere C 0 = const
, ,
где k1Х=const, k1T=const, C1=constwhere k 1X = const, k 1T = const, C 1 = const
Необходимым условием физической реализации автоматической температурной компенсации дифференциального датчика является идентичность характеристик опорного и измерительного датчика, то есть в этом случае:A prerequisite for the physical implementation of automatic temperature compensation of a differential sensor is the identity of the characteristics of the reference and measuring sensors, that is, in this case:
Таким образом, при подстановке (2) и (3) в (4) с учетом (5) получаем:Thus, when substituting (2) and (3) in (4), taking into account (5), we obtain:
y=-k1Х·X+C,' y = -k 1XX + C, '
то есть разность сигналов опорного и измерительного датчика прямо пропорциональна измеряемой величине Х и не зависит от температуры окружающей среды. Такое техническое решение весьма сложно технологически, а в некоторых случаях невозможно, т.к. датчики с идентичными свойствами не удается изготовить.that is, the difference between the signals of the reference and measuring sensors is directly proportional to the measured value of X and does not depend on the ambient temperature. Such a technical solution is very difficult technologically, and in some cases impossible, because sensors with identical properties cannot be manufactured.
Применение численных способов температурной компенсации связано с градуировкой датчика по температурному каналу, с измерением температуры датчика и, следовательно, приводит к дополнительной погрешности измерения.The use of numerical methods of temperature compensation is associated with the calibration of the sensor along the temperature channel, with the measurement of the temperature of the sensor and, therefore, leads to an additional measurement error.
Таким образом, в общем случаеThus, in the general case
k0Т≠k1T k 0T ≠ k 1T
и в результате преобразований получаемand as a result of the transformations we get
k=const, k1Х-const, C=constk = const, k 1X -const, C = const
При подстановке (4) в (6) получаемSubstituting (4) into (6), we obtain
Значение величин k и С определяют при обработке данных, полученных в статическом режиме (т.е. при Х=0) при изменяющейся в пределах рабочего диапазона температуре окружающей среды Т, выполняя линейную регрессию функции (6), причем само измерение величины Т в этом случае не нужно. Коэффициент пропорциональности 1/k1Х определяется при градуировке датчика.The values of k and C are determined by processing the data obtained in the static mode (i.e., at X = 0) when the ambient temperature T varies within the operating range, performing linear regression of function (6), and the measurement of T in this case is not necessary. The
Для физической реализации данного способа мы предлагаем структурные схемы численных способов температурной компенсации, показанные на Фиг.2 и Фиг.3, гдеFor the physical implementation of this method, we offer structural diagrams of numerical methods of temperature compensation shown in FIG. 2 and FIG. 3, where
1 - сумматор;1 - adder;
2 - источник опорной величины (ИОВ);2 - the source of the reference value (JOB);
3 - опорный первичный измерительный преобразователь (Д0);3 - reference primary measuring transducer (D 0 );
4 - первичный измерительный преобразователь (Д1);4 - primary measuring transducer (D 1 );
5 - устройство индикации (УИ);5 - display device (UI);
6 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);6 - analog-to-digital Converter (ADC);
7 - вычислительное устройство (ВУ);7 - computing device (WU);
8 - аналоговый коммутатор (АК);8 - analog switch (AK);
9 - цифровой коммутатор (ЦК);9 - digital switch (CC);
Х0 - входная опорная величина;X 0 - input reference value;
Х - измеряемая величина;X is the measured value;
F(X0, T) - выходной сигнал опорного ПИП;F (X 0 , T) is the output signal of the reference PIP;
F(X1, Т) - выходной сигнал измерительного ПИП;F (X 1 , T) is the output signal of the measuring PIP;
Т - температура окружающей среды.T is the ambient temperature.
На Фиг.2 сигнал Х0 источника опорной величины 2 и Х измеряемой величины попадают на сумматор 1, с выхода которого сигнал X1 поступает на первичный измерительный преобразователь (ПИП) 4. Сигнал Хо поступает на опорный ПИП 3. Полученные выходные сигналы F(X0, T) и F(X1, T) попадают в сумматор 1, с выхода которого сигнал у поступает в аналоговый коммутатор (АК) 8, затем каждый из них преобразуется в цифровой сигнал в аналого-цифровом преобразователе (АЦП) 6, после чего оба попадают в вычислительное устройство (ВУ) 7, где производится вычисление измеряемой величины Х по формуле (7) и затем результат выводится на устройство индикации (УИ) 5.In Fig.2, the signal X 0 of the source of the
На Фиг.3 сигнал Х0 источника опорной величины 2 и Х измеряемой величины попадают на сумматор 1, с выхода которого сигнал X1 поступает на первичный измерительный преобразователь (ПИП) 4. Сигнал Х0 поступает на опорный ПИП 3. Полученные выходные сигналы F(X0, T) и F(X1, T) поступают на отдельные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 6, затем в цифровой коммутатор (ЦК) 9, после чего оба попадают в вычислительное устройство (ВУ) 7, где производится вычисление измеряемой величины Х по формуле (7) и затем результат выводится на устройство индикации (УИ) 5.In Fig. 3, the signal X 0 of the source of the
На Фиг.4 показан общий вид дифференциального датчика для реализации данного способа температурной компенсации, представляющего собой оптрон с открытым каналом связи. Устройство работает следующим образом. Шторка 1 (в данном случае это сумматор) одним концом жестко закреплена на исследуемом объекте. Под действием излучения от источника опорной величины 2 (в данном случае это излучатель) в опорном ПИП 4 и измерительном ПИП 3 (фотодиоды с линейными характеристиками) возникает фототок. Под действием измеряемой величины Х происходит перемещение шторки 1, что вызывает изменение фототока в измерительном ПИП 3. Изменение фототока в опорном ПИП 4 происходит при изменении температуры окружающей среды. Далее обработка полученных сигналов (F(X0, T) и F(X1, T)) производится в соответствии с описанием к структурным схемам на Фиг.2 или Фиг.3.Figure 4 shows a General view of a differential sensor for implementing this method of temperature compensation, which is an optocoupler with an open communication channel. The device operates as follows. Shutter 1 (in this case, the adder) at one end is rigidly fixed to the studied object. Under the action of radiation from the source of the reference value 2 (in this case, the emitter) in the
С целью повышения удобства, оперативности и повышения точности измерения, а также использования данного датчика в цифровых автоматизированных системах и приборах, вычисление результатов измерения производится вычислительным модулем, соединенным с датчиком в единую электронную схему устройством сопряжения. Один из вариантов схемы устройства сопряжения показан на Фиг.5. В этом случае в качестве вычислительного модуля используется ПЭВМ типа IBM PC, подключаемая к устройству через последовательный порт RS232. Устройство работает следующим образом. При подключении питания излучение с излучателя VD1 (инфракрасный светодиод TSAL 6200 фирмы Vishay Telefunken) попадает на фотоприемники VD2 и VD3 (PIN-фотодиоды из монокристаллического кремния BPW34 фирмы Vishay Telefunken) с линейными характеристиками. Характеристики и режим работы VD1 позволяют считать X0=const. С фотоприемников сигналы поступают на нормирующие усилители DA3 и DA4 (LM135 фирмы National Semiconductor). Выход каждого нормирующего усилителя подключен к входам аналогового коммутатора (выводы 2 и 3 DD2 - микросхема К561КТ3). Программно проверяется состояние триггера DD1.1 (микросхема К561ТМ2) и при необходимости производится его установка в состояние логической "1" на выводе 1, что соответствует режиму измерения сигнала опорного датчика.In order to increase the convenience, efficiency and accuracy of the measurement, as well as the use of this sensor in digital automated systems and devices, the calculation of the measurement results is performed by a computing module connected to the sensor in a single electronic circuit by an interface device. One of the options for the device interface is shown in Fig.5. In this case, a PC of the type IBM PC is used as a computing module, which is connected to the device via the RS232 serial port. The device operates as follows. When the power is connected, the radiation from the VD1 emitter (Vishay Telefunken TSAL 6200 infrared LED) is incident on the VD2 and VD3 photodetectors (Vishay Telefunken BPW34 single-crystal silicon PIN photodiodes) with linear characteristics. The characteristics and operation mode of VD1 allow us to assume that X 0 = const. From the photodetectors, the signals are fed to the normalizing amplifiers DA3 and DA4 (LM135 from National Semiconductor). The output of each normalizing amplifier is connected to the inputs of an analog switch (pins 2 and 3 DD2 - chip K561KT3). The state of the trigger DD1.1 (chip K561TM2) is checked by software and, if necessary, it is set to the logical state “1” at
Далее нормированное напряжение с вывода 7 DA4.2 поступает через соответствующий канал DD2 и делитель напряжения на резисторах R9 и R10 на вход АЦП DD3 (в данном случае используется 12-разрядный АЦП с последовательным интерфейсом ADS1286 фирмы Burr-Brown). Микросхема DA5 (LM136-2.5V фирмы National Semiconductor) является источником опорного напряжения АЦП. Затем, в соответствии с протоколом связи АЦП, производится измерение, преобразование и передача данных в ПЭВМ. Для преобразования значений напряжения стандарта TTL, в котором работает АЦП, к значениям протокола RS232 (и наоборот) в данной схеме используются ИМС DD4 и DD5. DD4 (микросхема КР1561ТЛ1) представляет собой набор триггеров Шмитта с инверсией, а DD5 является универсальным асинхронным приемопередатчиком для сопряжения с асинхронными каналами последовательных данных с встроенным удвоителем и инвертором напряжения (микросхема ST232 фирмы STMicroelectronics). Затем, по спаду положительного импульса на выводе 3 DD1.1 на выводе 1 DD1.1 устанавливается значение логического "0", а на выводе 2 DD1.1 логической "1", что соответствует режиму измерения напряжения на выходе нормирующего усилителя (вывод 7 DA3.2), к входу которого (вывод 2 DA3.1) подключен фотоприемник VD2. В дальнейшем процесс измерения напряжения на выходе нормирующего усилителя измерительного датчика аналогичен измерению напряжения на опорном датчике. Затем в вычислительном модуле производится вычисление значений веса с подстановкой соответствующих значений в формулу (7). Стабилизация напряжений питания +5 вольт и +9 вольт осуществляется в устройстве сопряжения соответственно микросхемами DA1 (микросхема LM78L05 фирмы National Semiconductor) и DA2 (микросхема LM78L09 фирмы National Semiconductor). Питание устройства осуществляется от источника постоянного напряжения 11,2÷30 вольт и током нагрузки не менее 25 мА.Further, the normalized voltage from
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006121843/28A RU2330243C2 (en) | 2006-06-19 | 2006-06-19 | Method for temperature compensation of differential transmitters having linear characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006121843/28A RU2330243C2 (en) | 2006-06-19 | 2006-06-19 | Method for temperature compensation of differential transmitters having linear characteristics |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006121843A RU2006121843A (en) | 2007-12-27 |
RU2330243C2 true RU2330243C2 (en) | 2008-07-27 |
Family
ID=39018714
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006121843/28A RU2330243C2 (en) | 2006-06-19 | 2006-06-19 | Method for temperature compensation of differential transmitters having linear characteristics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2330243C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585613C2 (en) * | 2014-10-01 | 2016-05-27 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for correction of intrinsic temperature dependence of silicon photoelectric converters |
CN109240228A (en) * | 2018-09-03 | 2019-01-18 | 深圳市智物联网络有限公司 | A kind of data processing method and processing equipment |
-
2006
- 2006-06-19 RU RU2006121843/28A patent/RU2330243C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585613C2 (en) * | 2014-10-01 | 2016-05-27 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for correction of intrinsic temperature dependence of silicon photoelectric converters |
CN109240228A (en) * | 2018-09-03 | 2019-01-18 | 深圳市智物联网络有限公司 | A kind of data processing method and processing equipment |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006121843A (en) | 2007-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN112332845B (en) | High-precision current frequency conversion circuit | |
CN113899494B (en) | Detection circuit of capacitance type film vacuum gauge, vacuum gauge and vacuum degree detection method | |
RU2330243C2 (en) | Method for temperature compensation of differential transmitters having linear characteristics | |
TWI491889B (en) | Resistor-measuring circuit and electronic device using the same | |
CN105277292A (en) | Temperature measurement device | |
US20170288439A1 (en) | Signal processing circuit, coulomb counter circuit, and electronic device | |
RU2571445C2 (en) | Correction of voltage measurement at transducer terminals | |
CN111561960A (en) | Sensor device and method for operating a sensor device | |
CN112649103B (en) | Chip temperature measurement system based on thin film metal thermal resistor | |
CN114279625B (en) | Vacuum degree detection circuit, vacuum degree detection method and vacuum gauge | |
CN111208346B (en) | Small signal voltage measuring device and method | |
RU2699303C1 (en) | Bridge circuit imbalance voltage converter to frequency or duty ratio | |
Nadezhdin et al. | Differential Pressure Transmitter With Unified Electronics Unit | |
CN102313609A (en) | Temperature-detecting device with diode and A/D converter | |
KR20070025245A (en) | Transmitter for 2 wire | |
CN114812915B (en) | Pressure scanning valve circuit | |
CN219244853U (en) | Pressure measurement circuit, pressure detection circuit, chip and electronic equipment | |
RU2082129C1 (en) | Converter of pressure to electric signal | |
KR101697932B1 (en) | Semiconductor Sensor Device Measuring Both Pressure and Temperature Using Single Sensor | |
JP2006300637A (en) | Measuring instrument for strain and temperature | |
CN210426805U (en) | High-reliability high-precision temperature measuring circuit for spaceflight | |
CN207502071U (en) | Multi-dimensional intelligent controls bioreactor complete or collected works' accepted way of doing sth RTD temperature measuring circuits | |
Sowmya et al. | Design and Development of Signal Conditioning Card for Load Cell | |
CN111964809B (en) | Temperature sensor, server, and method and system for detecting abnormality of temperature sensor | |
TWI763146B (en) | Piezoresistive pressure sensor to realize a high-precision sensing system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090620 |