SU1364924A1

SU1364924A1 - Pressure-measuring device

Info

Publication number: SU1364924A1
Application number: SU864099078A
Authority: SU
Inventors: Валерий Анатольевич Васильев
Original assignee: Пензенский Политехнический Институт
Priority date: 1986-05-11
Filing date: 1986-05-11
Publication date: 1988-01-07

Abstract

Изобретение м.б. использовано в датчиках дл измерени быстропере- менных давлений жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы. Цель изобретени - повьппение точности измерени давлени при воздействии термоудара . Под действием термоудара теплова волна распростран етс по стержневому упругому элементу и температурное поле по его поверхности распредел етс неравномерно. Это приводит к тому, что температурные изменени сопротивлений тензорезисторов 11, 12 и 13 и 14 оказываютс неодинаковыми и на выходе мостовой измерительной цепи по вл етс сигнал, пропорциональный разности температур у вершины и у основани граней стержневого упругого элемента. Этот сигнал усиливаетс блоком 26 и подаетс на сумматор 27, где складываетс с опорным напр жением. Измененный сигнал с сумматора 27, воздейству на регулируемый элемент 24, регулирует напр жение питани мостовой измерительной цепи из тензорезисторов 5, 6, 7 и 8 таким образом, что сигнал на выхо-: де усилител 25 остаетс неизменным. .3 ил. (С (ЛInvention m. used in sensors for measuring fast-variable pressures of liquid and gaseous media under unsteady temperature conditions of operation. The purpose of the invention is to increase the accuracy of pressure measurement when exposed to thermal shock. Under the action of thermal shock, the heat wave propagates along the core elastic element and the temperature field is unevenly distributed over its surface. This leads to the fact that the temperature changes of the resistances of the strain gauges 11, 12 and 13 and 14 are unequal and a signal appears at the output of the bridge measuring circuit proportional to the temperature difference between the top and the base of the edges of the core elastic element. This signal is amplified by block 26 and fed to an adder 27, where it is added to the reference voltage. The modified signal from the adder 27, acting on the adjustable element 24, regulates the supply voltage of the bridge measuring circuit of the strain gages 5, 6, 7 and 8 so that the signal at the output: de amplifier 25 remains unchanged. .3 il. (C (L

Description

л// l //

00 О)00 O)

1 one

N3N3

4four

H3:4ei)ufTJe/it oi фиг H3: 4ei) ufTJe / it oi FIG

1one

Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерени давлени , и может быть использовано в датчиках дл измерени быстропеременньгх давлений жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы (при термоударе), например при измерении давлени пороховых газов, в топливно-энергетических системах двигателей внутреннего сгорани и т.п.The invention relates to a measurement technique, namely, devices for remote pressure measurement, and can be used in sensors for measuring rapidly varying pressures of liquid and gaseous media under non-stationary temperature conditions of operation (with thermal shock), for example, when measuring the pressure of powder gases, in fuel and energy systems internal combustion engines, etc.

Цель изобретени - повышение точности измерени давлени при воздействии термоудара.The purpose of the invention is to improve the accuracy of pressure measurement when exposed to thermal shock.

На фиг. 1 изображена конструкци датчика давлений; на фиг. чувствительный элемент; на фиг. 26 - то же, повернутый на 180 вокруг продольной оси; на фиг. 3 - измерительна схема устройства.FIG. 1 shows the pressure sensor design; in fig. sensitive element; in fig. 26 - the same, rotated 180 around the longitudinal axis; in fig. 3 - measuring circuit of the device.

Тензорезисторный датчик давлени (фиг. 1) содержит корпус 1, воспринимающую давление мембрану 2, приемную полость 3, стержневой элемент 4 с метаплопленочными тензорезисторами 5-8, сформированными на грани А, и металлопленочными тензорезисторами 9-14, сформированными на противоположной грани В (фиг. 2а, б), стержневой упругий элемент 4 имеет квадратное сечение у основани и круглое у вершины. Вершина упругого элемента 4 заканчиваетс подушкой 15. Упругий элемент 4 вдоль продольной оси имеет четыре взаимно-перпендикул рные грани А, Б, Б, Г. Тензорезисторы 5-8 соединены в мостовую измерительную цепь и образуют на плоскости грани А квадрат, при этом тензорезисто- ры 6 и 7 параллельны продольной оси стержн , а тензорезисторы 5 и 6 перпендикул рны . Контактные площадки 16-19 служат дл подключени мостовой измерительной цепи (из тензоре- зИсторов 5-8) к измерительной схеме , представленной на фиг. 3. Тензорезисторы 9-14, соединены также в мостовую измерительную цепь (компенсационную ) . При этом тензорезисторы 9 и 10 параллельны продольной оси стержневого упругого элемента 4 и образуют пару смежных плеч, а тензорезисторы 11, 12 и 13, 14 перпендикул рны ей и образуют другую пару смежных плеч. Контактные площадки 20-23 служат дл подключени компен649242A strain gauge pressure sensor (Fig. 1) includes a housing 1, a pressure sensing membrane 2, a receiving cavity 3, a core member 4 with metalloplenic strain gages 5-8, formed on face A, and metal-film strain gauges 9-14, formed on the opposite face B (FIG 2a, b), the rod elastic element 4 has a square cross-section at the base and round at the top. The top of the elastic element 4 ends with the cushion 15. The elastic element 4 along the longitudinal axis has four mutually perpendicular faces A, B, B, G. The strain gages 5-8 are connected in a pavement measuring circuit and form a square on the face A Figures 6 and 7 are parallel to the longitudinal axis of the rod, and strain gages 5 and 6 are perpendicular. The contact pads 16-19 are used to connect a bridge measuring circuit (from tensors, resistors 5-8) to the measurement circuit shown in FIG. 3. Strain gages 9-14, also connected to the bridge measuring circuit (compensatory). While the strain gauges 9 and 10 are parallel to the longitudinal axis of the rod elastic element 4 and form a pair of adjacent shoulders, and the strain gauges 11, 12 and 13, 14 perpendicular to it and form another pair of adjacent shoulders. Contact pads 20-23 are used to connect the compens649242

сационной мостовой измерительной цепи к измерительной схеме (фиг. З). К диагонали рабочей мостовой изс мерительной цепи (из тензорезисторов 5-8) через регулирующий элемент 24 подводитс напр жение U, источника питани . К диагонали компенсационной мостовой измерительной цепи (из тен10 зорезисторов 9-14) подводитс напр жение и источника питани . С противоположной диагонали моста из тензорезисторов 5-8 снимаетс сигнал, который через дифференциальный литель 25 поступает на выход прибора . С противоположной диагонали моста из тензорезисторов 9-14 сигнал через дифференциальный усилитель 26 поступает на сумматор 27, в котором disposable bridge measuring circuit to the measuring circuit (Fig. 3). The diagonal of the working bridge from the measuring circuit (from strain gages 5-8) through the regulating element 24 is supplied with the voltage U, the power source. A voltage and a power source are applied to the diagonal of the compensation bridge measuring circuit (from ten10 resistors 9-14). From the opposite diagonal of the bridge, a signal is taken from the strain gauges 5-8, which through the differential gate 25 goes to the output of the device. From the opposite diagonal of the bridge of the strain gauges 9-14, the signal through the differential amplifier 26 is fed to the adder 27, in which

20 складываетс с опорным напр жением Up, Результирующий сигнал с сумматора подаетс на регулирующий элемент 24.20 is added to the reference voltage Up. The resultant signal from the adder is fed to the regulating element 24.

Устройство работает следующим об25 разом.The device works as follows.

При подаче измер емого давлени в приемную полость 3 (фиг. ОоМембра- на 2 преобразует давление в силу,котора передаетс стержневому упруго30 му элементу 4. Металлопленочные тензорезисторы 5-8 сформированные на плоскости А (фиг. 2а) стержневого упругого элемента 4, испытывают деформацию: тензорезисторы 6 и 7 . продольную, а тензорезисторы 5 и 8 - поперечную.When a measured pressure is applied to the receiving cavity 3 (Fig. OoMembrane 2 converts the pressure into a force that is transmitted to the core elastic element 4. Metal film strain gauges 5-8 formed on the plane A (Fig. 2a) of the core elastic element 4 experience deformation : strain gauges 6 and 7 are longitudinal, and strain gauges 5 and 8 are transverse.

Вследствие этого, на выходе мостовой измерительной цепи (из тензорезисторов 5-8) по вл етс нал, пропорциональный измер емому давлению. Этот сигнал усиливаетс дифференциальным усилителем 25 (фиг. 3) и подаетс на выход прибора . Тензорезисторы 9-14 (фиг. 2б),As a result, at the output of the bridge measuring circuit (from strain gages 5-8), a balance appears that is proportional to the measured pressure. This signal is amplified by a differential amplifier 25 (Fig. 3) and is fed to the output of the instrument. Strain gages 9-14 (Fig. 2b),

g сформированные на плоскости В стержневого упругого элемента 4, также испытывают деформацию: тензорезисторы 9 и 10 - продольную, а тензорезисторы 11-14 - поперечную. Поскольку тензорезисторы 9 и 10, а также 11, 12 и 13, 14 образуют смежные плечи мостовой измерительной цепи, выходной сигнал при деформации стержневого упругого элемента не мен етс , а изменени сопротивлений 9 и 10, а также 11, 12 и 13, 14 взаимно компенсируютс .g formed on the plane In the rod elastic element 4, also experience deformation: the strain gauges 9 and 10 - the longitudinal, and the strain gauges 11-14 - transverse. Since the strain gages 9 and 10, as well as 11, 12 and 13, 14 form the adjacent arms of the bridge measuring circuit, the output signal when the core elastic element is deformed does not change, and the resistance values 9 and 10, as well as 11, 12 and 13, 14 mutually compensated.

При действии термоудара, например плюсовой температуры, со сторо50Under the action of thermal shock, for example, above zero temperature,

5555

ны приемной полости 3 датчика (фиг.1) теплова волна распростран етс от мембраны по стержневому упругому элементу к его основанию, при этом температурное поле по поверхности стержневого упругого элемента распредел етс неравномерно. Это приводит к тому, что температурные изменени сопротивлений тензореэисторов 11, 12 и 13, 14 оказываютс неодинаковыми (тензорезисторы 11 и 12 расположены у вершины плоской грани В упругого элемента, где температура выше, чем у основани , а у основани расположены тензорезисторы 13 и 14) и на выходе мостовой измерительной цепи по вл етс сигнал, пропорциональный разности температур у вершины и у основани граней стержневого упру- гого элемента 4. Этот сигнал усиливаетс дифференциальным усилителем 26 и подаетс на сумматор 27, где складываетс с опорным напр жением. Измененный сигнал с сумматора 27, воз- действу на устройство 24, регулирует напр жение питани мостовой измерительной цепи из тензорезисторов 5-8 таким образом, что сигнал на выходе дифференциального усилител 25 остаетс неизменным.In the receiving cavity 3 of the sensor (Fig. 1), the heat wave propagates from the membrane along the core elastic element to its base, while the temperature field is unevenly distributed over the surface of the core elastic element. This leads to the fact that temperature changes in resistances of the strain gauges 11, 12 and 13, 14 are unequal (the strain gauges 11 and 12 are located at the top of the flat face B of the elastic element, where the temperature is higher than at the base, and the strain gauges 13 and 14 are located at the base) and a signal appears at the output of the bridge measuring circuit, which is proportional to the temperature difference at the top and bottom of the faces of the rod elastic element 4. This signal is amplified by the differential amplifier 26 and is fed to the adder 27, where reference voltage. The modified signal from the adder 27, acting on the device 24, regulates the supply voltage of the bridge measuring circuit of the strain gages 5-8 so that the signal at the output of the differential amplifier 25 remains unchanged.

Claims

Invention Formula

A device for measuring pressure including a pressure sensor, comprising a housing, a membrane connected to a core elastic element with a variable cross-section along the length, on which the main strain gages are located, forming a measuring bridge circuit, a power source and a meter

five

0

A device, characterized in that, in order to increase the accuracy of pressure measurement when exposed to thermal shock, a compensating bridge circuit of additional resistance strain gages, a voltage source, an amplifier, an adder and a voltage regulator are introduced into it, while the core elastic element has four mutually perpendicular and equal in area edges, on the first of which the main strain gauges are located, and on the second parallel face — additional strain gauges, and the measuring bridge is made of The four strain gages, two of which are parallel to the axis of the rod elastic element, the other two are perpendicular to it and form a square, and the compensation bridge consists of six additional strain gages, two of which are located along the edges of the face parallel to the axis of the rod elastic element and form two adjacent the bridge arm and the four other strain gauges are arranged in pairs perpendicular to the first two, forming the other two adjacent bridge arms, while the input of the measuring bridge circuit is electrically connected with the output of the voltage regulator, the first input of which is connected to the output of the voltage accumulator, the first input of which is connected to the source of the reference voltage, and the second input - to the output of the amplifier, the input of which is connected to the output diagonal of the compensation bridge circuit, the input of which is connected to the source power connected to the voltage regulator.

Compiled by O. Slyusarev Editor V. Danko Tehred M. Khodanych

1

fi.2.

Proofreader M. Maksimishinets