RU2418275C1 - Method of measuring pressure - Google Patents
Method of measuring pressure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2418275C1 RU2418275C1 RU2010107858/28A RU2010107858A RU2418275C1 RU 2418275 C1 RU2418275 C1 RU 2418275C1 RU 2010107858/28 A RU2010107858/28 A RU 2010107858/28A RU 2010107858 A RU2010107858 A RU 2010107858A RU 2418275 C1 RU2418275 C1 RU 2418275C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridge
- pressure
- temperature
- signal
- strain gauge
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред.The invention relates to measuring technique and can be used to measure the pressure of liquid and gaseous media.
Известен измеритель давления, схема которого приведена в описании применения "сигма-дельта" АЦП фирмы ANALOG DEVICE (например, в книге "Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа". Выпуск 1-М, ДОДЭКА, 1996 г. - С.278-280). Способ измерения давления заключается в размещении сенсора давления на основе тензорезистивного моста в исследуемую среду, регистрации выходного сигнала моста и определении по этому сигналу давления среды.A known pressure meter, the circuit of which is given in the description of the use of the "sigma-delta" ADC from ANALOG DEVICE (for example, in the book "Integrated Circuits: Microcircuits for Analog-Digital Conversion and Multimedia". Issue 1-M, DODEKA, 1996 - S.278-280). A method of measuring pressure is to place a pressure sensor based on a strain gauge bridge in the medium under study, register the output signal of the bridge and determine the medium pressure from this signal.
Недостатком данного способа является отсутствие коррекции дополнительной температурной погрешности измерения давления, вызываемой изменением параметров тензорезистивного моста от изменения его температуры.The disadvantage of this method is the lack of correction of the additional temperature error of the pressure measurement caused by a change in the parameters of the strain gauge bridge from a change in its temperature.
Известен также преобразователь давления в электрический сигнал (свидетельство РФ №19324, G01L 9/04, заявл. 03.01.2001, опубл. 20.08.2001). Способ измерения давления заключается в размещении сенсора давления на основе тензорезистивного моста в исследуемую среду, регистрации выходного сигнала моста, формировании сигнала, на величину которого влияет изменение общего сопротивления тензорезистивного моста вследствие изменения его температуры, регистрации этого сигнала и определении по этим сигналам давления среды.A pressure to electric signal converter is also known (certificate of the Russian Federation No. 19324, G01L 9/04, application form 03.01.2001, publ. 08.20.2001). The method of measuring pressure is to place a pressure sensor based on the strain gage bridge in the medium under study, register the output signal of the bridge, generate a signal whose value is affected by a change in the total resistance of the strain gage bridge due to a change in its temperature, registration of this signal, and determination of the medium pressure from these signals.
Недостатком данных способов и устройств является отсутствие текущей диагностики параметров тензорезистивного моста, которые ухудшаются от времени, что приводит к увеличению погрешности измерения давления. Данная диагностика особенно необходима для опасных технологических производств (например, для атомных станций), где выход из строя датчика в неподходящий момент может привести к большим финансовым затратам и угрозе безопасности производства. Наличие текущей диагностики погрешности измерения давления позволяет прогнозировать выход датчика из строя и своевременно его заменить.The disadvantage of these methods and devices is the lack of current diagnostics of the parameters of the strain gauge bridge, which worsen with time, which leads to an increase in the error of pressure measurement. This diagnosis is especially necessary for hazardous technological industries (for example, for nuclear plants), where failure of the sensor at the wrong time can lead to large financial costs and a threat to production safety. The presence of current diagnostics of the error of pressure measurement allows us to predict the failure of the sensor and replace it in a timely manner.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ и устройство измерения давления (RU №2304762, МПК G01L 9/04, заявл. 30.03.2006, опубл. 20.08.2007). Способ измерения давления заключается в размещении сенсора давления на основе тензорезистивного моста в исследуемую среду, размещении на сенсоре давления датчика температуры тензорезистивного моста, регистрации выходных сигналов моста и датчика температуры, определении по этим сигналам давления среды, формировании сигнала, соответствующего общему сопротивлению тензорезистивного моста, определении по этому сигналу и выходным сигналам моста и датчика температуры функции диагностики, по отклонению которой от номинального значения судят о погрешности измерения давления.Closest to the technical nature of the claimed method is a method and device for measuring pressure (RU No. 2304762, IPC G01L 9/04, claimed. 30.03.2006, publ. 20.08.2007). A method of measuring pressure is to place a pressure sensor based on a strain gauge bridge in the test medium, place a strain gauge bridge temperature sensor on the pressure sensor, register the output signals of the bridge and temperature gauge, determine the medium pressure from these signals, generate a signal corresponding to the total resistance of the strain gauge bridge, determine this signal and the output signals of the bridge and temperature sensor of the diagnostic function, the deviation of which from the nominal value with DYT of pressure measurement error.
Недостатком данного способа является неодинаковость динамических температурных характеристик датчика температуры и тензорезистивного моста. Это приводит к тому, что при динамическом изменении температуры окружающей сенсор среды (скорость изменения температуры не равна нулю) температура датчика температуры и температура тензорезистивного моста отличаются друг от друга, что приводит к неправильному расчету давления среды.The disadvantage of this method is the unevenness of the dynamic temperature characteristics of the temperature sensor and the strain gauge bridge. This leads to the fact that with a dynamic change in the temperature of the environment surrounding the sensor (the rate of change of the temperature is not zero), the temperature of the temperature sensor and the temperature of the strain gauge bridge differ from each other, which leads to an incorrect calculation of the pressure of the medium.
В основу предлагаемого изобретения положена техническая задача, заключающаяся в уменьшении погрешности измерения давления, получаемой при динамическом изменении температуры окружающей сенсор среды.The basis of the invention is a technical problem, which consists in reducing the measurement error of the pressure obtained by dynamically changing the temperature of the surrounding sensor environment.
Указанная задача решается тем, что в способе измерения давления, заключающемся в размещении сенсора давления на основе тензорезистивного моста в исследуемую среду, размещении на сенсоре давления датчика температуры тензорезистивного моста, регистрации выходных сигналов моста и датчика температуры, определении по двум сигналам, один из которых является выходным сигналом моста, давления среды, формировании сигнала, соответствующего общему сопротивлению тензорезистивного моста, согласно изобретению в качестве второго сигнала для определения давления среды используют сигнал, соответствующий общему сопротивлению тензорезистивного моста, из сигнала, соответствующего общему сопротивлению тензорезистивного моста, и сигнала, пропорционального давлению среды, формируют сигнал, соответствующий температуре тензорезистивного моста, и по отклонению этого сигнала от выходного сигнала датчика температуры судят о погрешности измерения давления.This problem is solved by the fact that in the method of measuring pressure, which consists in placing a pressure sensor based on a strain gauge bridge in the test medium, placing on the pressure sensor a temperature sensor on the strain gauge bridge, recording the output signals of the bridge and the temperature sensor, determining by two signals, one of which is the output signal of the bridge, the pressure of the medium, the formation of a signal corresponding to the total resistance of the strain gauge bridge, according to the invention as a second signal to determine The pressure of the medium uses a signal corresponding to the total resistance of the strain gauge bridge, from the signal corresponding to the total resistance of the strain gauge bridge and a signal proportional to the pressure of the medium, a signal corresponding to the temperature of the strain gauge bridge is formed, and the measurement error is judged by the measurement error pressure.
Введение в способ измерения давления операций коррекции значения давления среды не по выходному сигналу датчика температуры, а по сигналу, соответствующему общему сопротивлению тензорезистивного моста, и формирования из сигнала, соответствующего общему сопротивлению тензорезистивного моста, и сигнала, пропорционального давлению среды, сигнала, соответствующего температуре тензорезистивного моста, позволяет по отклонению сигнала, соответствующего температуре тензорезистивного моста, от выходного сигнала датчика температуры диагностировать изменение параметров тензорезистивного моста, а значит, и погрешности измерения давления, и в то же время позволяет уменьшить погрешность измерения давления, получаемую при динамическом изменении температуры окружающей сенсор среды.Introduction to the method of measuring pressure of pressure medium correction operations not by the output signal of the temperature sensor, but by the signal corresponding to the total resistance of the strain gauge bridge, and the formation of a signal corresponding to the total resistance of the strain gauge bridge, and a signal proportional to the pressure of the medium, a signal corresponding to the temperature of the resistive bridge, allows for the deviation of the signal corresponding to the temperature of the strain gauge bridge from the output signal of the temperature sensor stirovat changing parameters tensoresistive bridge, and therefore the pressure measurement error and at the same time reduces the pressure measurement error received during dynamic variation of the surrounding environment sensor temperature.
Изобретение иллюстрируется функциональной схемой устройства, представленной на чертеже.The invention is illustrated by a functional diagram of the device shown in the drawing.
Устройство состоит из источника напряжения 1, выходы которого подключены к последовательно соединенным тензорезистивному мосту 2 и образцовому резистору 3. Выходы измерительной диагонали моста соединены с первыми дифференциальными входами АЦП 4, вторые дифференциальные входы которого соединены с входами питания моста 2. Выводы резистора 3 соединены с дифференциальными входами опорного напряжения АЦП 4. Выводы цифрового интерфейса АЦП 4 соединены с первыми выводами микроконтроллера 5, вторые выводы которого соединены с выводами датчика температуры 6 тензорезистивного моста 2.The device consists of a voltage source 1, the outputs of which are connected to a series-connected strain gauge bridge 2 and an exemplary resistor 3. The outputs of the measuring diagonal of the bridge are connected to the first differential inputs of the ADC 4, the second differential inputs of which are connected to the power inputs of the bridge 2. The outputs of the resistor 3 are connected to differential ADC reference voltage inputs 4. The ADC 4 digital interface outputs are connected to the first outputs of the microcontroller 5, the second outputs of which are connected to the terminals of the t temperature 6 of the strain gauge bridge 2.
Изобретение осуществляют следующим образом.The invention is as follows.
Измеряемое давление воздействует на тензорезистивный мост 2, изменяя сопротивление тензорезисторов. Регистрация выходного сигнала тензорезистивного моста заключается в преобразовании изменяющейся части сопротивления тенорезисторов в код и запоминании этого кода в микроконтроллере 5.The measured pressure acts on the strain gauge bridge 2, changing the resistance of the strain gauges. Registration of the output signal of the strain gage bridge is to convert the changing part of the resistance of the resistance resistors into a code and storing this code in the microcontroller 5.
Напряжение U1 разбаланса моста 2, пропорциональное измеряемому давлению, преобразуют с помощью АЦП 4 в код Nr. Работа АЦП 4 описывается следующей формулой:The voltage U1 of the unbalance of the bridge 2, proportional to the measured pressure, is converted using the ADC 4 into the code Nr. The operation of the ADC 4 is described by the following formula:
Nr=U1·(2n-1)/Uref,Nr = U1 · (2 n -1) / Uref,
где: n - разрядность АЦП 4;where: n is the resolution of the ADC 4;
Uref - опорное напряжение, подающееся на соответствующие входы АЦП 4.Uref - reference voltage applied to the corresponding inputs of the ADC 4.
Так как U1 можно выразить из следующей формулы:Since U1 can be expressed from the following formula:
U1=i·Δr,U1 = i Δr,
где i - ток, протекающий по последовательной цепи: тензорезистивный мост 2 и резистор 3;where i is the current flowing through the serial circuit: the strain gauge bridge 2 and the resistor 3;
Δr - обобщенный разбаланс сопротивлений моста 2,Δr is the generalized imbalance of resistance of the bridge 2,
а Uref - из формулыand Uref from the formula
Uref=i·R0,Uref = i · R0,
где R0 - сопротивление образцового резистора 3,where R0 is the resistance of the model resistor 3,
то выходной код АЦП 4 будет равенthen the ADC 4 output code will be
Nr=Δr·(2n-1)/R0.Nr = Δr · (2 n -1) / R0.
Полученный в результате преобразования код Nr передают в микроконтроллер 5.The resulting code Nr is transmitted to the microcontroller 5.
Формирование сигнала, соответствующего общему сопротивлению тензорезистивного моста, заключается в преобразовании этого сопротивления в код с помощью второго канала АЦП 4 и запоминании этого кода в микроконтроллере 5.The formation of the signal corresponding to the total resistance of the strain gauge bridge is to convert this resistance into a code using the second channel of the ADC 4 and storing this code in the microcontroller 5.
Выходной код NR АЦП, полученный от преобразования общего сопротивления Rm моста 2, будет аналогично описываться формулойThe output code NR of the ADC obtained from the conversion of the total resistance Rm of the bridge 2 will be similarly described by the formula
NR=Rm·(2n-1)/R0.NR = Rm · (2 n -1) / R0.
Полученный в результате преобразования код NR передают в микроконтроллер 5.The resulting NR code is transmitted to the microcontroller 5.
Определение давления среды производят путем вычисления микроконтроллером 5 давления Np, например, по формулеThe determination of the medium pressure is carried out by calculating the pressure Np by the microcontroller 5, for example, by the formula
где а0…а5 - коэффициенты полинома, характеризующие индивидуальные параметры датчика.where a0 ... a5 are polynomial coefficients characterizing the individual parameters of the sensor.
Коэффициенты полинома рассчитываются на предприятии-изготовителе следующим образом.The polynomial coefficients are calculated at the manufacturing plant as follows.
Устройство помещается в термокамеру, где устанавливается максимальная температура t1, при которой устройство должно работать. Давление создается с помощью высокоточного задатчика давления, на котором по очереди выставляются два значения (минимальное р1 и максимальное р2 диапазона изменения измеряемого давления). При этом выходные коды Nr1 и NR1, Nr2 и NR2 регистрируются. В термокамере устанавливается температура нормальных условий t2. С помощью задатчика давления задают по очереди два значения давления р1 и р2. При этом выходные коды Nr3 и NR3, Nr4 и NR4 регистрируются. В термокамере устанавливается минимальная температура t3, при которой устройство должно работать. С помощью задатчика давления задают по очереди два значения давления р1 и р2. При этом выходные коды Nr5 и NR5, Nr6 и NR6 регистрируются. Коэффициенты полинома а0…а5 находятся из решения системы уравнений:The device is placed in a heat chamber, where the maximum temperature t1 is set at which the device should work. The pressure is created using a high-precision pressure regulator, on which two values are set in turn (minimum p1 and maximum p2 of the range of variation of the measured pressure). In this case, the output codes Nr1 and NR1, Nr2 and NR2 are recorded. In the heat chamber, the temperature of normal conditions t2 is set. Using the pressure adjuster, two pressure values p1 and p2 are set in turn. In this case, the output codes Nr3 and NR3, Nr4 and NR4 are recorded. The temperature chamber sets the minimum temperature t3 at which the device should work. Using the pressure adjuster, two pressure values p1 and p2 are set in turn. In this case, the output codes Nr5 and NR5, Nr6 and NR6 are recorded. The coefficients of the polynomial a0 ... a5 are found from the solution of the system of equations:
Рассчитанные коэффициенты а0…а5 записываются в память данных микроконтроллера 5.The calculated coefficients a0 ... a5 are recorded in the data memory of the microcontroller 5.
На общее сопротивление моста Rm оказывают влияние температура моста и давление среды. Влияние давления среды значительно меньше, чем влияние температуры моста, поэтому Rm можно выразить в виде следующего выражения:The total bridge resistance Rm is influenced by the temperature of the bridge and the pressure of the medium. The influence of the medium pressure is much smaller than the influence of the temperature of the bridge; therefore, Rm can be expressed as the following expression:
Rm=Rm0+k1·p+f(t),Rm = Rm0 + k1p + f (t),
где Rm0 - общее сопротивление моста при нулевом давлении среды и фиксированной температуре,where Rm0 is the total resistance of the bridge at zero pressure of the medium and a fixed temperature,
p - давление среды,p is the pressure of the medium
f - функция влияния температуры t моста на Rm;f is the function of the influence of temperature t of the bridge on Rm;
k1 - неизвестный коэффициент.k1 is an unknown coefficient.
Следовательно, чтобы получить значение температуры моста, необходимо оперировать с переменной, получаемой как разность общего сопротивления моста и сигнала, пропорционального давлению среды. Температуру моста Ntm определяют, например, по формулеTherefore, in order to obtain the temperature value of the bridge, it is necessary to operate with a variable obtained as the difference between the total resistance of the bridge and the signal proportional to the pressure of the medium. The temperature of the bridge Ntm is determined, for example, by the formula
Ntm=b0+b1·(NR-k1·Np)+b2·(NR-k1·Np)2.Ntm = b0 + b1 · (NR-k1 · Np) + b2 · (NR-k1 · Np) 2 .
Коэффициенты b0, b1, b2 и k1 определяют на заводе-изготовителе следующим образом.The coefficients b0, b1, b2 and k1 are determined at the factory as follows.
Коэффициент k1 находится из выраженияThe coefficient k1 is found from the expression
k1=(NR2-NR1)/(p2-p1).k1 = (NR2-NR1) / (p2-p1).
Коэффициенты полинома b0, b1 и b2 находятся из решения системы уравнений:The coefficients of the polynomial b0, b1 and b2 are found from the solution of the system of equations:
рассчитанные коэффициенты b0, b1, b2 и k1 записываются в память данных микроконтроллера 5.the calculated coefficients b0, b1, b2 and k1 are recorded in the data memory of the microcontroller 5.
В моменты времени, когда скорость изменения температуры окружающей сенсор среды мала, температура Ntm сравнивается с температурой, определяемой по выходному сигналу датчика температуры. Рассогласование этих температур показывает происходящие изменения в характеристике тензорезистивного моста от времени, и по величине отклонения можно судить об изменении погрешности измерения давления. Так как коррекция давления среды производится с помощью температурной характеристики самого моста, то динамика изменения температуры окружающей сенсор среды не будет сказываться на точности измерения давления среды.At times when the rate of change of the temperature of the ambient sensor environment is small, the temperature Ntm is compared with the temperature determined by the output signal of the temperature sensor. The mismatch of these temperatures shows the ongoing changes in the characteristic of the strain gage bridge from time to time, and by the magnitude of the deviation, one can judge the change in the error of pressure measurement. Since the correction of the pressure of the medium is carried out using the temperature characteristics of the bridge itself, the dynamics of changes in the temperature of the surrounding sensor medium will not affect the accuracy of measuring the pressure of the medium.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010107858/28A RU2418275C1 (en) | 2010-03-03 | 2010-03-03 | Method of measuring pressure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010107858/28A RU2418275C1 (en) | 2010-03-03 | 2010-03-03 | Method of measuring pressure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2418275C1 true RU2418275C1 (en) | 2011-05-10 |
Family
ID=44732773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010107858/28A RU2418275C1 (en) | 2010-03-03 | 2010-03-03 | Method of measuring pressure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2418275C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109141730A (en) * | 2018-08-29 | 2019-01-04 | 健芳电子科技(上海)有限公司 | A kind of wind-force wind pressure measuring meter |
-
2010
- 2010-03-03 RU RU2010107858/28A patent/RU2418275C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109141730A (en) * | 2018-08-29 | 2019-01-04 | 健芳电子科技(上海)有限公司 | A kind of wind-force wind pressure measuring meter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8197133B2 (en) | System and method for sensor thermal drift offset compensation | |
| RU2304762C1 (en) | Method and device for measuring pressure | |
| US8874387B2 (en) | Air flow measurement device and air flow correction method | |
| US20130218502A1 (en) | Temperature compensated pressure transducer | |
| CN105579820B (en) | Pressure transmitter | |
| US10359308B2 (en) | Flow meter and a method of calibration | |
| US10436659B2 (en) | Pressure sensor device and method for testing the pressure sensor device | |
| CN103080703B (en) | Gas flow surveying instrument | |
| CN102288357B (en) | Dual physical quantity sensor | |
| CN107132417B (en) | A kind of precision resister measurement method of reactive circuit parameter drift | |
| US20100011835A1 (en) | Error-correction method and error-correction device for an acceleration sensor | |
| RU2349886C1 (en) | Pressure measurement method and device | |
| RU2418275C1 (en) | Method of measuring pressure | |
| CN103411699A (en) | High-precision temperature measuring device | |
| RU2408857C1 (en) | Pressure sensor based on nano- and micro-electromechanical system with frequency-domain output signal | |
| RU2571445C2 (en) | Correction of voltage measurement at transducer terminals | |
| JP4682668B2 (en) | A / D converter and sensor device including A / D converter | |
| KR20090011396A (en) | Calibration method for current-driven sensor and the apparatus thereof | |
| JP2013022110A (en) | Needle thread tension measurement device of sewing machine | |
| Ghosh et al. | A novel sensitivity enhancement technique employing wheatstone's bridge for strain and temperature measurement | |
| RU2395060C1 (en) | Frequency converter for disbalance signal of strain gauge bridge with low temperature error | |
| RU2490707C1 (en) | Simulator of signals of resistor strain gage | |
| RU2789106C1 (en) | Method for measuring liquid or gas pressure and device for its implementation | |
| Hwang et al. | Accuracy Review of Long Wired RTD Instrumentation Circuits | |
| Petchmaneelumka et al. | Simple interface circuit with lead-wire-resistance compensation for single resistive sensors |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120304 |