SU1677650A1 - Temperature compensated parametric transducer - Google Patents

Temperature compensated parametric transducer Download PDF

Info

Publication number
SU1677650A1
SU1677650A1 SU884491242A SU4491242A SU1677650A1 SU 1677650 A1 SU1677650 A1 SU 1677650A1 SU 884491242 A SU884491242 A SU 884491242A SU 4491242 A SU4491242 A SU 4491242A SU 1677650 A1 SU1677650 A1 SU 1677650A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
output
input
measuring bridge
operational amplifier
coefficients
Prior art date
Application number
SU884491242A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Эрнст Моисеевич Бромберг
Александр Леонидович Белоусов
Павел Александрович Хубов
Original Assignee
Азербайджанское научно-производственное объединение "Нефтегазавтомат"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Азербайджанское научно-производственное объединение "Нефтегазавтомат" filed Critical Азербайджанское научно-производственное объединение "Нефтегазавтомат"
Priority to SU884491242A priority Critical patent/SU1677650A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1677650A1 publication Critical patent/SU1677650A1/en

Links

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, автоматике и может найти применение , в частности, втензометрическойи фотометрической аппаратуре. Цель изобретена - повышение точности измерени  за счет компенсации температурных погрешностей параметрического измерительного моста -достигаетс  тем, что в преобразователь , содержащий измерительный четырех- плечий мост, источник 1, опорного напр жени , операционный усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 10, введены два масштабных алгебраических сумматора 9 и 11 и токозадающий резистор 3. Дл  минимизации термозависимости начального напр жени  смещени  измерительного моста 4 выбирают определенные значени  коэффициентов, варьиру  значени ми коэффициентов, получают необходимую степень термокомпенсации чувствительности преобразовател .1 ил.The invention relates to measurement technology, automation and can be used, in particular, in tensometric and photometric equipment. The goal was invented - to improve the measurement accuracy by compensating for the temperature errors of the parametric measuring bridge - achieved by the fact that two large-scale algebraic scales were introduced into the converter containing the four-arm measuring bridge, source 1, reference voltage, operational amplifier 2, analog-digital converter 10. an adder 9 and 11 and a current setting resistor 3. To minimize the thermal dependence of the initial bias voltage of the measuring bridge 4, select certain values of the coefficients, va iru values of coefficients, receive the necessary degree of sensitivity of the transducer temperature compensation .1 yl.

Description

NN

& 4 & four

ОABOUT

сл оsl o

Изобретение относитс  к области измерительной техники,автоматики и телемеханики и может найти применение, в частности, в устройствах дл  измерени  давлени  силы тенэометрического типа, например , в дифференциальных фотометрах.The invention relates to the field of measurement technology, automation and telemechanics and can be used, in particular, in devices for measuring pressure of a force of a teneometric type, for example, in differential photometers.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  зз счет компенсации температурных погрешностей параметрического измерительного моста.The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the 3 rd by compensating for the temperature errors of the parametric measuring bridge.

На чертеже представлена функциональна  электрическа  схема термокомпенсиро- ванного параметрического преобразовател .The drawing shows a functional electrical circuit of a temperature-compensated parametric converter.

Схема содержит источник 1 опорного напр жени , операционный усилитель 2,то- козадающий резистор 3, параметрический измерительный мост 4, состо щий из резисторов 5-8, получающих приращени  при воздействии измер емой величины, причем питающа  диагональ измерительного моста А включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилител  2, выходна  диагональ измерительного моста 4 соединена с первым и вторым входом первого масштабного алгебраического сумматора 9, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразовател  (АЦП)The circuit contains the source 1 of the reference voltage, the operational amplifier 2, the current resistor 3, the parametric measuring bridge 4, consisting of resistors 5-8, which are incremented when exposed to the measured value, and the supply diagonal of the measuring bridge A is connected between the output and the inverting the input of the operational amplifier 2, the output diagonal of the measuring bridge 4 is connected to the first and second inputs of the first large-scale algebraic adder 9, the output of which is connected to the input of the analog-digital converter (ADC)

10,выход операционного усилител  2 соединен с третьим входом первого 9 и первым входом второго алгебраических сумматоров10, the output of the operational amplifier 2 is connected to the third input of the first 9 and the first input of the second algebraic adders

11,первый вывод источника 1 опорного напр жени  соединен с четвертым входом первого и вторым входом второго масштабных алгебраических сумматоров, токозада- ющий резистор 3 включен между первым выводом источника 1 опорного напр жени  и инвертирующим входом операционного усилител  2. второй вывод источника 1 опорного напр жени  и неинвертирующий вход операционного усилител  2 соединены с общей шиной, выход второго масштабного алгебраического сумматора 11 соединен с входом опорного напр жени  АЦП 10, выход которого  вл етс  выходом устройства.11, the first output of the source 1 of the reference voltage is connected to the fourth input of the first and second inputs of the second large-scale algebraic adders, a current-generating resistor 3 is connected between the first output of the source 1 of the reference voltage and the inverting input of the operational amplifier 2. the second output of the source 1 of the reference voltage and the non-inverting input of the operational amplifier 2 is connected to the common bus, the output of the second large-scale algebraic adder 11 is connected to the input of the reference voltage of the ADC 10, the output of which is the output of the device va.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Выходное напр жение Ug сумматора 9Output voltage Ug adder 9

U9 2AUK + ,(1)U9 2AUK +, (1)

где A U - полезный сигнал напр жени  в выходной диагонали моста 4;where A U is the useful voltage signal in the output diagonal of the bridge 4;

U2 - выходное напр жение операционного усилител  2;U2 is the output voltage of op amp 2;

К, Ki - коэффициенты передачи сумматора 9 по соответствуюицчм входам;K, Ki - transfer coefficients of the adder 9 by the corresponding inputs;

Ui - напр жение источника 1; Ui is the source voltage 1;

К2 - коэффициент передачи напр жени  опорного источника 1.K2 is the voltage transfer coefficient of the reference source 1.

Напр жение U2 описываетс  выражениемThe voltage U2 is described by the expression

U2 -UiU2 -Ui

00

5five

00

5five

00

5five

Ra Ra

R0(1 +gAt) m U1R3 wR0 (1 + gAt) m U1R3 w

где R3,4 - эквивалентное сопротивление питающей диагонали измерительного моста 4;where R3,4 is the equivalent resistance of the supply diagonal of the measuring bridge 4;

RO - начальное сопротивление питающей диагонали измерительного моста 4 при температуре t0;RO is the initial resistance of the supply diagonal of the measuring bridge 4 at temperature t0;

а- температурный коэффициент эквивалентного сопротивлени  питающей диагонали измерительного моста 4;a - temperature coefficient of equivalent resistance of the supply diagonal of the measuring bridge 4;

At - абсолютное отклонение температуры измерительного моста 4 от начального значени  t0;At is the absolute deviation of the temperature of the measuring bridge 4 from the initial value t0;

R3 - сопротивление токозадающего резистора 3.R3 is the resistance of the current-carrying resistor 3.

При посто нной температуре эквивалентное сопротивление измерительного моста 4 с четырьм  активными плечами (причем, противоположные плечи получают одноименные приращени , а смежные - противофазные приращени ) не зависит от значени  внешнего измер емого параметра , т.е. R3,4 не зависит от Аи. Это свойство четырехплечного измерительного моста 4 позвол ет использовать сигнал напр жени  на питающей диагонали (при питании моста посто нным стабильным током) в качестве величины, завис щей от температуры, и производить термокомпенсацию измерительного моста 4: его начального смещени  (при нулевом значении измер емого параметра ) и чувствительности.At a constant temperature, the equivalent resistance of the measuring bridge 4 with four active arms (moreover, the opposite arms receive the same increments, and the adjacent ones — antiphase increments) does not depend on the value of the external measured parameter, i.e. R3,4 does not depend on Au. This property of the four-shoulder measuring bridge 4 allows using the voltage signal on the supply diagonal (when the bridge is supplied with a constant constant current) as a temperature-dependent value and to perform thermal compensation of the measuring bridge 4: its initial displacement (at zero value of the measured parameter ) and sensitivity.

Выражение (1) в соответствии с (2) можно записать в видеThe expression (1) in accordance with (2) can be written as

Ug 2 AUK- KiUi x R0(1 +«At)Ug 2 AUK- KiUi x R0 (1 + “At)

RsRs

+ UiK2.+ UiK2.

(3)(3)

При выборе значений коэффициентов Ki и К2 таких, что выполн етс  равенство KiWhen choosing the values of the coefficients Ki and K2 such that the equality Ki

выражение (3) приобретает видexpression (3) takes the form

R3R3

Ug 2 UK-Kil) «At.Ug 2 UK-Kil) “At.

КоTo

(4)(four)

Второй член выражени  (4) линейно зависит от разности температур At (между текущим и начальным значени ми) и не зависит от сигнала Аи, а следовательно, и измер емого параметра моста 4, Выбором значений коэффициентов Ki и К2 возможно скомпенсировать собственный температурный коэффициент OQ начального смещени  измерительного моста 4.The second term of expression (4) linearly depends on the temperature difference At (between the current and initial values) and does not depend on the signal Au, and consequently, on the measured parameter of bridge 4. By choosing the values of the coefficients Ki and K2, it is possible to compensate for the own temperature coefficient OQ of the initial displacement of the measuring bridge 4.

Использу  тот же принцип, можно уменьшить температурные погрешности чувствительности параметрического преобразовател . Дл  этого сигнал с выхода питающей диагонали измерительного моста 4 суммируют с опорным напр жением АЦП 10Using the same principle, it is possible to reduce the temperature error of sensitivity of a parametric converter. For this, the signal from the output of the supply diagonal of the measuring bridge 4 is summed with the reference voltage of the ADC 10

(либо с сигналом на входе операционного усилител  2).(or with a signal at the input of the operational amplifier 2).

Выходной код АЦП 10 определ етс  выражениемThe output code of the ADC 10 is determined by the expression

N N0-,(5)N N0 -, (5)

где No - опорное число (конец шкалы);where No is the reference number (end of scale);

Un опорное напр жение, поступающее с выхода сумматора 11,Un is the reference voltage coming from the output of the adder 11,

Напр жение Un определ етс  какUn voltage is defined as

Ul1 U2 K3+UrK4.(6)Ul1 U2 K3 + UrK4. (6)

С учетом (2), (4) выражение (5) можно переписать в видеTaking into account (2), (4), expression (5) can be rewritten as

2AU К- Ki Ui - a -At2AU K-Ki Ui - a-At

N N

UiK4-Ui K3 + Ui K3aAtUiK4-Ui K3 + Ui K3aAt

:2-4У(. Hi V: 2-4U (. Hi V

кto

UiUi

К - Кз+ КзаДгК - Кз + КзаДг

RoRo

) +) +

+ кз+ kz

(1}(one}

RoRo

(1-aAt)(1-aAt)

Анализ выражени  (7) показывает следующее. Первый член выражени  характеризует полезный сигнал, пропорциональный напр жению A U. Выбором значений коэффициентов Кз и KU добиваютс  минимального температурного коэффициента чувствительности преобразовател  (при этом достигаетс  компенсаци  температурного коэффициента чувствительности самого измерительного моста А).Analysis of expression (7) shows the following. The first term of the expression characterizes the useful signal proportional to the voltage A.sub.U. By selecting the values of the coefficients Ks and KU, a minimum temperature coefficient of the sensitivity of the converter is achieved (this achieves a compensation of the temperature coefficient of sensitivity of the measuring bridge A itself).

Второй член выражени  не зависит от полезного сигнала Аи, выбира  определенные значени  коэффициентов Ki, K2 (как это показано), минимизируют термозависимость начального напр жени  смещени  измерительного моста 4,The second term of the expression does not depend on the useful signal Au, choosing certain values of the coefficients Ki, K2 (as shown) minimizes the thermal dependence of the initial bias voltage of the measuring bridge 4,

В случае, если компенсировать начальное смещение не требуетс  (например, используетс  микросхема АЦП с автоматической коррекцией нул  или ручна  балансировка измерительного моста 4), то коэффициенты Ki и Ка выбирают равным 0. Формула (7) при этом будет иметь вид AUКIn case the initial offset is not required to be compensated (for example, an ADC chip is used with automatic zero correction or manual balancing of the measuring bridge 4), then the coefficients Ki and Ka are chosen equal to 0. Formula (7) will have the form AUК

UiUi

N 2N 2

Rs RoRs ro

.(8).(eight)

К4-Кз(1-аДОK4-Kz (1-AdO

Варьиру  значени  коэффициентов Кз и , добиваютс  необходимой степени термокомпенсации чувствительности преобразовател .By varying the values of the coefficients Cs and, the required degree of thermal compensation of the transducer sensitivity is achieved.

Следует отметить, что коэффициенты , Ki, Кз и К/, могут иметь как положительный , так и отрицательный знак.It should be noted that the coefficients, Ki, Kz and K /, can have both positive and negative signs.

Коэффициент К выбираетс , исход  из необходимости согласовани  уровн  полезThe coefficient K is chosen based on the need to match the level of useful

ного сигнала на выходе измерительного моста м чувствительности АЦП.signal at the output of the measuring bridge and the sensitivity of the ADC.

Коэффициенты Ki и К2 выбирают, исход  из услови  компенсации температурного 5 коэффициента оь начального смещени  измерительного моста (коэффициент «о приводитс  в справочниках из расчета на 1 В питающего напр жени  и на 1°С). Математически условие компенсации, исход  из 10 формулы (3), записываетс  какThe coefficients Ki and K2 are selected based on the compensation of the temperature coefficient 5 of the initial displacement of the measuring bridge (the coefficient o is given in reference books based on 1 V of the supply voltage and 1 ° C). Mathematically, the compensation condition, based on 10 of formula (3), is written as

Ki (ob/aHRa/Ro),(9)Ki (ob / aHRa / Ro), (9)

К2 Ki(R0/R3) оь la (10)K2 Ki (R0 / R3) o la (10)

Б частном случае, когда R0 Rs, имеем Ki К2.In the particular case when R0 Rs, we have Ki K2.

15 Аналогично дл  компенсации температурного коэффициента д чувствительности моста, коэффициенты Кз и Кз должны удовлетвор ть уравнению, полученному из формул (7) или (8):15 Similarly, to compensate for the temperature coefficient d of sensitivity of the bridge, the coefficients Cs and Cs must satisfy the equation obtained from formulas (7) or (8):

201 + d К4 - Кз(1 -a XR3/Ro),(11)201 + d К4 - Кз (1 -a XR3 / Ro), (11)

откуда получаем окончательноwhere do we finally get

K3 (cV2XR3/Ro),(12)K3 (cV2XR3 / Ro), (12)

К4 1 + K3(R0/R3) 1 + б/а (13) Как это следует из приведенных формул 25 (9)-(13), дл  точного расчета коэффициентов Ki-K4 необходимо значение коэффициентов , (Хо , б мерительногомоста.Однаковозможно использование эмпирического метода настройки . Дл  этого предварительно сбалан30K4 1 + K3 (R0 / R3) 1 + b / a (13) As it follows from the above formulas 25 (9) - (13), for the exact calculation of the coefficients Ki-K4, the value of the coefficients is necessary (Xo, b of the measurement bridge.) using the empirical tuning method. For this, it is pre-balanced30

сированный при нормальной температуреsated at normal temperature

мост и при отключенной физической (измер емой ) величине помещают в термокамеру. Нагревают мост до предельной рабочей температуры и, регулиру  Ki и К2, добиваютС  минимального разбаланса моста.the bridge and with the disabled physical (measured) value is placed in a heat chamber. They heat the bridge to the maximum operating temperature and, by adjusting Ki and K2, achieve a minimum unbalance of the bridge.

Затем то же самое, но при подключенной физической величине, проделывают в отношени  коэффициентов Кз и , добива сь одинаковых показаний при двух температурах .Then, the same, but with a connected physical quantity, is done with respect to the coefficients Kz and to achieve the same readings at two temperatures.

Дл  достижени  высокой точности процесс регулировки можно проводить итерационно , в несколько приемов.In order to achieve high accuracy, the adjustment process can be carried out iteratively, in several steps.

В предложенном решении сигнал с выходной диагонали используетс  собственно дл  измерени , а сигнал с питающей диагонали - дл  термокомпенсации, т.е. по сути работают одни и те же элементы, один и тот же мост. Нет ни временного ни физическогоIn the proposed solution, the signal from the output diagonal is used for the measurement itself, and the signal from the supply diagonal is used for thermal compensation, i.e. essentially the same elements, the same bridge. Neither temporary nor physical

разделени  первичных элементов каналаseparation of primary channel elements

измерени  и канала компенсации. Это обусловливает более высокую, чем в аналогах, точность измерени  ввиду отсутстви  неизбежных при разделении этих каналов тем- пературных ошибок, и упрощает устройство, так как снимаетс  необходимость в использовании дополнительных термопреобразователей канала термокомпенсации . measurement and channel compensation. This results in higher measurement accuracy than in analogs due to the absence of temperature errors that are unavoidable when these channels are separated, and simplifies the device, since it eliminates the need for using additional thermal compensation channel thermocouples.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Термокомпенсированный параметрический преобразователь, содержащий параметрический измерительный мост, источник опорного напр жени , операционный усилитель , аналого-цифровой преобразователь , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены два масштабных алгебраических сумматора и токозадающий резистор, причем питающа  диагональ измерительного моста включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилител , выходна  диагональ измерительного моста соединена с первым и вторым входами первого масштабного алгебраического сумматора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразовател , выход операционного усилител  соединен с третьим входом первого и первым входом второго алгебраического сумматоров, первый вывод источника опорного, напр жени  соединен сA temperature-compensated parametric converter containing a parametric measuring bridge, a reference voltage source, an operational amplifier, an analog-to-digital converter, characterized in that, in order to improve accuracy, two large-scale algebraic adders and a current-resistor are inserted, output and inverting input of the operational amplifier, the output diagonal of the measuring bridge is connected to the first and second inputs of the first scale th algebraic adder, whose output is connected to the input of analog-to-digital converter, the output of the operational amplifier is connected to a third input of the first and the first input of the second algebraic adders, the first output of the reference source voltage is connected to четвертым входом первого и вторым входом второго масштабных алгебраических сум- маторов, токозадающий резистор включает между первым выводом источника опорного напр жени  и инвертирующим входомthe fourth input of the first and second input of the second scale algebraic adders, the current supplying resistor includes between the first output of the reference voltage source and the inverting input операционного усилител , второй вывод источника опорного напр жени  и неинвертирующий вход операционного усилител  соединены с общей шиной, выход второго масштабного алгебраического сумматоруoperational amplifier, the second output of the reference voltage source and non-inverting input of the operational amplifier are connected to the common bus, the output of the second large-scale algebraic adder соединен с входом опорного напр жени  аналого-цифрового преобразовател , выход аналого-цифрового преобразовател   вл етс  выходом термокомпенсированного параметрического преобразовател .connected to the input voltage reference voltage of the analog-digital converter, the output of the analog-digital converter is the output of the temperature-compensated parametric converter.
SU884491242A 1988-10-06 1988-10-06 Temperature compensated parametric transducer SU1677650A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884491242A SU1677650A1 (en) 1988-10-06 1988-10-06 Temperature compensated parametric transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884491242A SU1677650A1 (en) 1988-10-06 1988-10-06 Temperature compensated parametric transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1677650A1 true SU1677650A1 (en) 1991-09-15

Family

ID=21402969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884491242A SU1677650A1 (en) 1988-10-06 1988-10-06 Temperature compensated parametric transducer

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1677650A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4308433A1 (en) * 1993-03-17 1994-09-22 Leybold Ag Thermal conduction vacuum meter with measuring cell, measuring device and connecting cable

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Philips Data Handbook, Semiconductors, book. S13, Sensors - Philips, 1986, p. 45. Приборы и системы управлени , 1985, №9,с.21. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4308433A1 (en) * 1993-03-17 1994-09-22 Leybold Ag Thermal conduction vacuum meter with measuring cell, measuring device and connecting cable

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4734873A (en) Method of digital process variable transmitter calibration and a process variable transmitter system utilizing the same
KR950005890B1 (en) Apparatus and method for temperature compensation of catheter tip pressure transducer
EP0533389B1 (en) Amplified pressure transducer
US5343755A (en) Strain gage sensor with integral temperature signal
US6283629B1 (en) Method of calibrating a radiation thermometer
EP0073217A1 (en) Bridge circuit compensation for environmental effects
US4169243A (en) Remote sensing apparatus
EP0178368B1 (en) Process variable transmitter and method for correcting its output signal
US4190796A (en) Pressure detecting apparatus having linear output characteristic
US4611163A (en) Temperature compensated resistance bridge circuit
US4478527A (en) Temperature compensation for zero and span changes in a measurement circuit
US6828802B2 (en) Pressure measurement device including a capacitive sensor in an amplifier feedback path
SU1677650A1 (en) Temperature compensated parametric transducer
RU2082129C1 (en) Converter of pressure to electric signal
JPS6255629B2 (en)
SU830147A1 (en) Temperature measuring device
RU2165602C2 (en) Semiconductor pressure transducer
JPH03220402A (en) Detecting circuit of strain of semiconductor
Harrison Temperature-compensated meteorological barometer
JPH032640A (en) Temperature compensating circuit of semiconductor pressure sensor
SU1760374A1 (en) Device for measuring temperature
Williams et al. Unbalanced‐bridge Computational Techniques and Accuracy for Automated Multichannel Strain‐measuring Systems
SU857739A1 (en) Device for measuring temperature difference
SU758022A1 (en) Device for temperature compensation of hall sensors
SU1527509A1 (en) Electronic weighing device