RU2696945C1 - Преобразователь давления многоканальный - Google Patents
Преобразователь давления многоканальный Download PDFInfo
- Publication number
- RU2696945C1 RU2696945C1 RU2018140876A RU2018140876A RU2696945C1 RU 2696945 C1 RU2696945 C1 RU 2696945C1 RU 2018140876 A RU2018140876 A RU 2018140876A RU 2018140876 A RU2018140876 A RU 2018140876A RU 2696945 C1 RU2696945 C1 RU 2696945C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- multiplexer
- pressure
- pressure sensors
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
- G01D3/028—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L15/00—Devices or apparatus for measuring two or more fluid pressure values simultaneously
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/04—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/04—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges
- G01L9/045—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges with electric temperature compensating means
-
- G—PHYSICS
- G12—INSTRUMENT DETAILS
- G12B—CONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G12B7/00—Compensating for the effects of temperature
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и промышленной электроники и служит для измерения давлений на поверхности изделий дренажным методом. Предлагаемый преобразователь давления многоканальный содержит блок из 32 (возможно другое количество) кремниевых датчиков давления, блок пассивной компенсации температурной погрешности и начального разбаланса датчиков давления, мультиплексор сигналов измерительных элементов, блок управления мультиплексором от микроконтроллера, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, термостабилизатор преобразователя, включающий датчик температуры, управляемые нагревательные элементы, равномерно распределенные по всей площади теплопроводящей рамки, ПИ-регулятор температуры, формирователь напряжений питания элементов преобразователя. Технический результат - повышение точности измерений давления, уменьшение габаритов преобразователя, увеличение количества измерительных каналов преобразователя, размещение преобразователей давления в малоразмерных моделях летательных аппаратов и их элементах, испытываемых в аэродинамических установках. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и промышленной электроники и служит для измерения давлений на поверхности изделий дренажным методом.
Известны многоканальные преобразователи давления, в которых используются полупроводниковые чувствительные элементы давления (ЧЭД), изготовленные по интегральной технологии группами на общей подложке. Для уменьшения температурной погрешности ЧЭД преобразователь давления термостабилизируется. Так, например, многоканальный преобразователь - модуль давления ММД24 содержит 24 ЧЭД, размещенные в двух блоках по 12 ЧЭД в каждом. В модуль встроен электронный коммутатор сигналов тензорезисторных измерительных мостов ЧЭД, фольговые нагревательные элементы и два терморезистора. По сигналам одного из них регулируется температура модуля с помощью внешней аппаратуры термостабилизации, другой служит для контроля температуры (см. А.И. Беклемишев, В.Н. Чекрыгин. Многоточечные модули давления // Датчики и системы. - 2004, №3. - С. 9-10).
К недостаткам модуля можно отнести:
- низкий уровень выходных аналоговых сигналов (≤100 мВ), требующий внешних устройств нормализации и аналого-цифрового преобразования;
- необходимость применения внешней аппаратуры термостабилизаци модуля для уменьшения температурной погрешности;
- значительное количество кабельных линий связи модуля с внешней, удаленной (до 100 м) измерительной, терморегулирующей и питающей аппаратурой, снижающее эксплуатационную надежность много-модульной измерительной системы;
- значительные габаритные размеры (66×32×31 мм), не позволяющие, в ряде случаев, встраивать модули в изделия, в частности, в малоразмерные модели летательных аппаратов и их элементы, испытываемые в аэродинамических установках, в том числе и из-за значительных объемов кабельных линий связи с внешней аппаратурой.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения, принятого за прототип, является преобразователь давления многоканальный с цифровым выходом (см. Преобразователи давления измерительные многоканальные КДЦ-24. Описание типа средства измерений. Приложение к свидетельству №54034 об утверждении типа средства измерений см. сведения об утвержденных типах средств измерения по адресу www.fundmetrology.ru/10_tipy_si/11/7list.aspx).
В одной конструкции преобразователя объединяются малогабаритные одиночные пьезорезистивные полупроводниковые датчики давления, электронный мультиплексор сигналов тензорезисторных измерительных мостов датчиков давления, схема управления мультиплексором от микроконтроллера, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, датчик температуры, формирователь напряжений питания элементов преобразователя.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- невысокую точность измерения давления (0,3%), обусловленную применением одиночных датчиков, определяющих точность измерений, вместо интегральных блоков датчиков давления на общей подложке;
- значительные габаритные размеры (112×40×13 мм), не позволяющие, в ряде случаев, встраивать преобразователи давления в изделие, в частности, в малоразмерные модели летательных аппаратов и их элементы, испытываемые в аэродинамических установках;
- зависимость точности измерения давления от изменения температуры окружающей среды;
- ограниченное количество каналов (до 24-х).
Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения давления, упрощение конструкции, уменьшение габаритов при одновременном увеличении количества каналов.
Технический результат достигается тем, что в преобразователе давления многоканальном, содержащем датчики давления, мультиплексор их сигналов, блок управления мультиплексором, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, датчик температуры, формирователь напряжений питания элементов преобразователя, при этом выход мультиплексора соединен с входом измерительного усилителя, выход измерительного усилителя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микроконтроллера, выход микроконтроллера соединен с входом блока управления мультиплексором, выход блока управления мультиплексором соединен с входом мультиплексора, преобразователь содержит термостабилизатор и установленный между датчиками давления и мультиплексором блок пассивной компенсации температурной погрешности и начального разбаланса датчиков давления, соединенный с формирователем напряжений питания элементов преобразователя, при этом датчики давления закреплены в теплопроводящем элементе на общей кремниевой подложке, а датчик температуры установлен на поверхности теплопроводящего элемента и подключен к термостабилизатору и мультиплексору.
Термостабилизатор выполнен аналоговым и содержит управляемые нагревательные элементы, равномерно распределенные по всей площади теплопроводящего элемента, и ПИ-регулятор температуры, соединенный с датчиком температуры и с управляемыми нагревательными элементами.
Теплопроводящий элемент выполнен из ковара в виде О-образной рамки, датчики давления закреплены внутри нее, и от каждого датчика выведен штуцер на внешнюю сторону.
Конструкция блока датчиков давления существенно уменьшает влияние внешних температурных и механических воздействий на кристаллы датчиков давления.
На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого преобразователя давлений многоканального. Предлагаемый преобразователь давления содержит: датчики давления 1, включающие тензорезисторные чувствительные элементы датчиков давления 2, блок пассивной компенсации температурной погрешности и начального разбаланса датчиков давления 3, мультиплексор сигналов датчиков давления 4, блок управления мультиплексором от микроконтроллера 5, измерительный усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7, микроконтроллер 8, аналоговый термостабилизатор 9, содержаший управляемые нагревательные элементы 10, равномерно распределенные по всей площади теплопроводящего элемента, и ПИ-регулятор (пропорционально-интегральный регулятор) температуры 11. Преобразователь также содержит датчик температуры 12 и формирователь напряжений питания элементов преобразователя 13. ПИ-регулятор температуры 11 соединен с датчиком температуры 12 и с управляемыми нагревательными элементами 10. Датчики давления 1 закреплены в теплопроводящем элементе на общей кремниевой подложке, а датчик температуры 12 установлен на поверхности теплопроводящего элемента и подключен к термостабилизатору 9 и мультиплексору 4. Теплопроводящий элемент выполнен из ковара в виде О-образной рамки, датчики давления 1 закреплены внутри нее, и от каждого датчика выведен штуцер на внешнюю сторону.
Блок пассивной компенсации температурной погрешности и начального разбаланса датчиков давления 3 установлен между датчиками давления 1 и мультиплексором 4 и соединен с формирователем напряжений питания элементов преобразователя 13. Выход мультиплексора 4 соединен с входом измерительного усилителя 6, выход измерительного усилителя 6 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 7, выход аналого-цифрового преобразователя 7 соединен с входом микроконтроллера 8, выход микроконтроллера 8 соединен с входом блока управления мультиплексором 5, выход блока управления мультиплексором соединен 5 с входом мультиплексора 4.
Преобразователь работает следующим образом: измеряемое в нескольких точках давление приводит к изменению выходного сигнала датчиков давления 1, сигнал преобразуется в блоке пассивной компенсации температурной погрешности и начального разбаланса датчиков давления 3, далее поочередно мультиплексором 4 выбираются сигналы датчиков, производится усиление сигналов измерительным усилителем 6, преобразование в код аналого-цифровым преобразователем 7 и регистрация в микроконтроллере 8, где рассчитывается текущее давление с учетом коррекции по температуре. Переключение мультиплексора 4 на следующий канал осуществляется микроконтроллером 8 через блок управления мультиплексором 5. Одновременно по показаниям датчика температуры 12 термостабилизатор 11 поддерживает температуру преобразователя постоянной.
Конструкция термостабилизатора позволяет получить низкое тепловое сопротивление нагреватель-рамка и равномерное нагревание преобразователя.
Схема термостабилизатора преобразователя аналоговая, так как в непосредственной близости от малосигнальных цепей датчиков давления использование импульсных (дискретных) схем терморегулятора (широтно-импульсная модуляция (ШМ), частотная модуляция (ЧМ)) ухудшает метрологические характеристики преобразователя давления.
Измерение температуры преобразователя служит для дополнительной цифровой коррекции температурного дрейфа датчиков давления преобразователя.
Благодаря указанным отличительным признакам, в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы), достигается следующий технический результат:
- встроенной схемы и конструкции термостабилизатора преобразователя;
- схемы пассивной компенсации температурной погрешности и снижения уровня сигналов начального разбаланса резистивных измерительных мостов датчиков давления;
- дополнительной цифровой коррекции температурной погрешности датчиков давления.
Исследования опытных образцов преобразователей подтвердили указанные технические результаты. Приведенная к диапазонам погрешность измерения давления составила ±0,25% для диапазонов ±5, ±10 кПа и ±0,2% для диапазонов ±40, ±100 кПа.
Увеличено количество каналов измерения до 32. Уменьшены габаритные размеры преобразователя (53,2×13,2×9,5 мм).
Claims (3)
1. Преобразователь давления многоканальный, содержащий датчики давления, мультиплексор их сигналов, блок управления мультиплексором, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, датчик температуры, формирователь напряжений питания элементов преобразователя, при этом выход мультиплексора соединен с входом измерительного усилителя, выход измерительного усилителя соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом микроконтроллера, выход микроконтроллера соединен с входом блока управления мультиплексором, выход блока управления мультиплексором соединен с входом мультиплексора, отличающийся тем, что преобразователь содержит термостабилизатор и установленный между датчиками давления и мультиплексором блок пассивной компенсации температурной погрешности и начального разбаланса датчиков давления, соединенный с формирователем напряжений питания элементов преобразователя, при этом датчики давления закреплены в теплопроводящем элементе на общей кремниевой подложке, а датчик температуры установлен на поверхности теплопроводящего элемента и подключен к термостабилизатору и мультиплексору.
2. Преобразователь давления многоканальный по п. 1, отличающийся тем, что термостабилизатор выполнен аналоговым и содержит управляемые нагревательные элементы, равномерно распределенные по всей площади теплопроводящего элемента, и ПИ-регулятор температуры, соединенный с датчиком температуры и с управляемыми нагревательными элементами.
3. Преобразователь давления многоканальный по п. 1, отличающийся тем, что теплопроводящий элемент выполнен из ковара в виде О-образной рамки, внутри которой закреплены датчики давления.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140876A RU2696945C1 (ru) | 2018-11-20 | 2018-11-20 | Преобразователь давления многоканальный |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018140876A RU2696945C1 (ru) | 2018-11-20 | 2018-11-20 | Преобразователь давления многоканальный |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2696945C1 true RU2696945C1 (ru) | 2019-08-07 |
Family
ID=67587148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018140876A RU2696945C1 (ru) | 2018-11-20 | 2018-11-20 | Преобразователь давления многоканальный |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2696945C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2812237C1 (ru) * | 2023-08-15 | 2024-01-25 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Преобразователь давления измерительный многоканальный |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1700404A1 (ru) * | 1989-02-10 | 1991-12-23 | Предприятие П/Я В-8296 | Пневмоэлектронное многоканальное измерительное устройство |
| US6581468B2 (en) * | 2001-03-22 | 2003-06-24 | Kavlico Corporation | Independent-excitation cross-coupled differential-pressure transducer |
| SU1253266A1 (ru) * | 1984-10-01 | 2005-12-20 | А.И. Жучков | Тензометрический преобразователь |
| US20100024517A1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-04 | Cary Ratner | Pressure Gauge |
| US8197133B2 (en) * | 2008-02-22 | 2012-06-12 | Brooks Instruments, Llc | System and method for sensor thermal drift offset compensation |
| RU2502970C1 (ru) * | 2012-09-21 | 2013-12-27 | Владимир Кириллович Куролес | Преобразователь давления |
-
2018
- 2018-11-20 RU RU2018140876A patent/RU2696945C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1253266A1 (ru) * | 1984-10-01 | 2005-12-20 | А.И. Жучков | Тензометрический преобразователь |
| SU1700404A1 (ru) * | 1989-02-10 | 1991-12-23 | Предприятие П/Я В-8296 | Пневмоэлектронное многоканальное измерительное устройство |
| US6581468B2 (en) * | 2001-03-22 | 2003-06-24 | Kavlico Corporation | Independent-excitation cross-coupled differential-pressure transducer |
| US8197133B2 (en) * | 2008-02-22 | 2012-06-12 | Brooks Instruments, Llc | System and method for sensor thermal drift offset compensation |
| US20100024517A1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-02-04 | Cary Ratner | Pressure Gauge |
| RU2502970C1 (ru) * | 2012-09-21 | 2013-12-27 | Владимир Кириллович Куролес | Преобразователь давления |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2812237C1 (ru) * | 2023-08-15 | 2024-01-25 | Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") | Преобразователь давления измерительный многоканальный |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2705433T3 (es) | Método para la compensación de deriva de temperatura de dispositivo de medición de temperatura que usa termopar | |
| JP2014529075A (ja) | 差分電流センサ | |
| CN101957243B (zh) | 一种高精度温度测量装置及测量方法 | |
| US8874387B2 (en) | Air flow measurement device and air flow correction method | |
| GB1591620A (en) | Signal-conditioning circuits | |
| EP2000784A1 (en) | Ultrasonic flow meter with temperature compensation | |
| CN1122631A (zh) | 具有完整温度信号的应变仪传感器 | |
| US7823444B2 (en) | Device and process for measuring the velocity of flow of a fluid using pulse signal generated based on feedback | |
| KR101057555B1 (ko) | 유량계에 있어서의 온도계측회로 | |
| RU2696945C1 (ru) | Преобразователь давления многоканальный | |
| US11448539B2 (en) | Gas flow measuring circuit and gas flow sensor | |
| CN114624642A (zh) | 用以改进蓄电池电压测量准确度的数字校正算法 | |
| RU2677786C1 (ru) | Измеритель температуры и способ ее измерения | |
| RU2300745C2 (ru) | Устройство для измерения давления | |
| Kochan et al. | Temperature measurement system based on thermocouple with controlled temperature field | |
| CN111561960A (zh) | 传感器装置和用于运行传感器装置的方法 | |
| TW201405111A (zh) | 壓力偵測電路 | |
| KR101074599B1 (ko) | 온도 측정 장치 및 이를 이용한 온도 측정 방법 | |
| RU2812237C1 (ru) | Преобразователь давления измерительный многоканальный | |
| CN115420307B (zh) | 一种实时自校准自诊断低温漂数据采集系统 | |
| CN204202664U (zh) | 超声波流量计温度补偿电路 | |
| RU2082129C1 (ru) | Преобразователь давления в электрический сигнал | |
| RU2469341C1 (ru) | Измерительное устройство | |
| RU2488128C2 (ru) | Терморезисторный преобразователь температуры в напряжение | |
| RU2469339C1 (ru) | Измерительное устройство |