SU1663460A1 - Датчик давлени - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  измерени  давлени  с повышенной точностью в услови х воздействи  термоудара. Поскольку две мостовые измерительные схемы с одинаковой топологией размещены на мембране так, что каждому тензорезистору одного моста соответствует расположенный симметрично с ним тензорезистор другого моста, то тензорезисторы попарно наход тс  в равных температурных пол х, пол х температурных деформаций, а также в равных деформационных зонах. В результате того, что ТКС и ТКЧ тензорезисторов одного моста отличаютс  на пор док от ТКС и ТКЧ тензорезисторов другого моста, имеетс  возможность получени  дополнительного термозависимого сигнала, используемого дл  коррекции температурной погрешности основного сигнала при воздействии термоудара. 3 ил.

Description

Изобретение относитс  к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерени  давлени , и может быть использовано в датчиках дл  измерени  давлени  жидких и газообразных сред при нестационарных температурных режимах работы (при термоударе ),

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  давлени  при воздействии термоудара.

На фиг. 1 показана конструкци  датчика давлени ; на фиг. 2 - размещение тензорезисторов на мембране (топологи ); на фиг. 3 - измерительна  схема.

Устройство включает корпус 1, мембрану 2, выполненную за одно целое с корпусом . На мембране сформированы два измерительных моста, защищенные от окружающей среды гермокрышкой 3.

При этом один мост состоит из тензорезисторов 4-7, а другой - из тензорезисторов 8-11, контактные площадки 12 служат дл 

подключени  мостовых измерительных цепей к общей измерительной схеме (фиг. 3). К входной диагонали каждого моста подводитс  напр жение Unw источника питани . К выходным диагонал м мостов подключены операционные усилители 13, 14, с которых сигнал поступает на блок 15 вычитани  и через масштабный усилитель 16 на блок 17 вычитани .

Устройство работает следующим образом .

При подаче измер емого давлени  на воспринимающую мембрану 2 последн   прогибаетс . Тензорезисторы 4-7 и 8-11 испытывают деформацию. Вследствие этого на выходе мостовых измерительных цепей по вл ютс  сигналы, пропорциональные измер емому давлению, которые поступают на входы операционных усилителей 13, 14. Выходные сигналы операционных усилителей 13, 14 будут иметь вид

Ui3 Ki(Upi + UTi),

U14 K2(UP2+ Ur2),

о о

со

N

о о

где Dpi. UP2 - составл ющие выходных сигналов мостов, пропорциональные измер емому давлению;

UT1, UT2 - составл ющие выходных сигналов мостов, пропорциональные температуре;

KI, «2 - коэффициенты усилени .

При этом УР1 Up2, a UT1 UT2, так как КЧ тензорезисторов обоих мостов равны, а ТКС и ТКЧ различны.

Тензорезисторы 4 и 8, 5 и 9, 6 и 10, 7 и 11 наход тс  попарно в равных термпера- турных услови х и равных услови х от рабочей нагрузки.

В нормальных температурных услови х измерительна  схема настраиваетс  таким образом, что на выходе блока 15 вычитани  сигнал равен нулю

Ui5 Uis - tin Ki (UP1 + LM) - K2 (Up2 +

t Ur2) 0.

От вли ни  на мостовые схемы температуры на выходе блока 15 вычитани  по вл етс  термозависимый сигнал, причем в стационарных температурных услови х (на всех тензорезисторах одинакова  температура ) этот сигнал обусловлен только ТКЧ тензорезисторов, а от вли ни  ТКС самокомпенсируетс  в каждой из мостовых схем из услови  работы моста.

Таким образом, на выходе блока 15 вычитани  при любой стационарной температуре (дл  приведенного случа  в диапазоне температур от минус 200 до 150°С) и при отсутствии воздействи  измер емого давлени  сигнал равен нулю. При воздействии давлени  на выходе блока 15 вычитани  по витс  термозависимый сигнал за счет различных значений ТКЧ тензорезисторов 4-7 по сравнению с тензорезисторами 8-11.

В нестационарных услови х (например, мгновенное значение температуры на тензорезисторах 4, 8, 6, 10 отличаетс  от мгно- венного значени  температуры на тензорезисторах 5, 9, 7, 11, а также может иметь место и различна  температурна  деформаци ) происходит изменение выходных сигналов мостовых цепей пропорционально разнице температур и температурных деформаций. Так как ТКС и ТКЧ тензорезисторов каждого моста различны , то и величина изменени  выходных сигналов различна. Вследствие этого на выходе вычитани  15 по вл етс  термозависимый сигнал, пропорциональный разнице температур и температурных деформаций на отдельных парах тензорезисторов. Этот сигнал преобразуетс  в масштабном усилителе 16с необходимым коэффициентом усилени  и поступает на вход блока 17 вычитани , на другой вход которого поступает выходной сигнал мостовой цепи из тензорезисторов 8-11, пропорциональный измер емому давлению и температурным изменени м и усиленный в операционном усилителе 14.

Таким образом, в блоке 17 вычитани 

происходит коррекци  основного сигнала цепи 8-11, 14, 17 термозависимым и не завис щим от измер емого давлени  сигналом , снимаемым с обоих мостов, отдельным от рабочего сигнала в блоке 15 вычитани  и

преобразованным до необходимой величины в масштабном усилителе 16.

20

ивь,х К2 (Up2 + UT2) - К3 (KiUpi + KiUri - - K2UP2 - K2UT2).

Учитыва , что K2UP2 KiUpi; К2иТ2т KiUii, a K2UT2 K3 (K2UT2 - KiUTi), где Кз - коэффициент усилени  масштабного усилител  16, получаем

ивых K2UP2. Таким образом, выходной

сигнал датчика зависит только от измер емого давлени , а изменени  температуры практически не вли ют на выходную характеристику , причем аддитивна  составл юща  температурной погрешности компенсируетс  за счет различи  ТКС, а мультипликативна  - за счет различи  ТКЧ тензорезисторов одно моста по сравнению с тензорезисторами другого.

Использование датчика давлени  позвол ет повысить точность измерени  в диапазоне температур от минус 200 до 150°С примерно в 4-5 раз за счет уменьшени  температурной погрешности.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Датчик давлени , содержащий корпус с закрепленной в нем мембраной, на которой сформированы тензорезисторы, соединенные в два измерительных моста, причем оба моста выполнены с одинаковой топологией, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  точности измерени  давлени  при воздействии термоудара, в нем тензорезисторы одного моста расположены попарно симметрично с тензорезисторами другого моста относительно центра мембраны , причем температурные коэффициенты сопротивлени  и тензочувствительности

   тензорезисторов одного моста на пор док больше соответствующих коэффициентов тензорезисторов другого моста, а коэффициенты тензорезисторов обоих мостов имеют один и тот же пор док.

   Zi

   Zl

   И

   IL

   Л

   9

   II

   09frC99l

   ;/

   a

   ипцт

   1

   фиг.З