Устройство для измерения давления

ОЙИСАНЙЕ И 3 О ь Р Е 1 Е Н И 3 Союз Соеетских Социалистических Республиккрытии икования описания 30.06.80 ата опуо(72) Л А. Ф. Алейниковпытное проектно-конструкторско-технологическо рского отделения Всесоозной ордена Ленина сельскохозяйственных наук им. В, И. Ленина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИ ЛЕНИ к измерител ойствам длктах, подверщейся темп нои з гну- ераИзвестны полупроводниковые измерительныеые преобразователи давления с температурной компенсацией, в которых используют идентичные полупроводниковые тензодатчики, одни из которых прикрепляют на 1 измерительную мембрану с напряжением в положительной области, другие - с напряжением в отрицательной области, причем эти группы тензодатчиков включены в противоположные плечи измерительного моста, 1 питаемого от источника стабилизированного напряжения 11.В таких устройствах температурная компенсация осуществляется за счет равенства температурных коэффициентов сопротивления тензодатчиков. При измерении давления на объектах, подвергнутых воздействию изменяющейся температуры, возникает необходимость одновременного измерения давления и температуры. Однако такие устройства не позволяют однозначно и одновременно измерять эти параметры, так как сопротивления всех тензодатчиков зависят как от величины измеряемого усилия, так и от температуры, 3 е позволяет емпературу и а косвенное сопротцвлетчика затруд- температурленця, нелцизобретения1) Заявитель Специальноебюро Сибиакадемии Изобретение относитсятехнике, в частности к устмерения давления на объетых воздействию изменяютуры. 2Наиболее близким к предложенному по технической сущности ц достигаемому эффекту является устройство, которое содержит датчик нагрузки, включающий в себя два идентичных полупроводниковых тензорезистора, один цз которых является рабочим, другой компенсирующим, причем оцц включены в плечи полумостовой схемы, преобразователь, служащий для преобразования усцлиц, прцкладываемых к датчику, в электрический сигнал, измерительный прибор, преобразующий электрический сигнал в аналоговые плц дцскретпые показания 2. Сопротивление компенсирующего резистора датчика нагрузки в случае изоляции его от механических деформаций це зависит от величины измеряемого усилия ц находится в одпозначноц зависимости от темтературы объекта измерения, так как оц имеет хорошую тепловую связь с объектом измерения. Однако такое устройство н одновременно определить т давление объекта измерения, определение температуры по нцю компенсирующего тензода нено цз-за малой величины его ного коэффициента сопротцв нейностц, сложности реализацЦелью изобретения является одновременное измерение давления и тсмпсратуры.Указанная цель достигается тем, что в устройстве для измерения давления, содержащем рабочий и компенсирующий полупроводниковые чувствительные элементы, вкгпочецные в плечи мостовой измерительной схемы, и регцстрируюш,ий цриоор, полупроводниковые элементы выполнены в виде стабилптропов, в устройство дополнительно введен стабилитроц с температурным коэффициентом иапрякения, по крайней мере ца один порядок меш.шим температурного коэффициента напряжения рабочего и компенсирующего стаоилитр онов, включенный вместе с компенсирующим стабилитроном в дополнительную мостовую схему, в выходную диагональ которой включены последовательно соединенные дополнительный регистрирующий прибор, комцаратор и сигнальный элемент.На чертеже представлена схема полупроводникового измерительного преобразователя давления с температурной компенсацией, который осуществляет одновременное измерение давления и температуры. Он содержит рабочий тспзодатчцк, выполненный на стабилитроне 1, идентичцьш компенсирующий стабилитрон 2, изолированный со стороны воздействия давления объекта 3, дополнительный стабилцтрои 4, резисторы 5, 6, 7 режима стабцлитронов, резисторы 8, 9, 10 нагрузки стабилитронов, балансирующие резисторы 11, 12, 13, источник нестабилизированного питания 14 склеммами 15, 16, измерительный прибор давления 17, измерительный прибор температуры 18, компаратор 19, сигнальный элемент 20.Положительная клемма 16 источника питания 14 соединена с отрицательными выводами стабилитронов 1, 2, 4, а отрицательная клемма 15 источника питания 14 через резисторы 5, 6, 7 соединена с положительными выводами стабилитронов 1, 2, 4.Резисторы 5, 6, 7 задают рабочий режим стабилитронов 1, 2, 4 и в совокупности в ними образуют три параметрических стабилизатора напряжения, запитаиных от общего источника питания 14. Стабплитроцы 1, 2, 4 соединены с соответствуюцгими резисторами нагрузки 8, 9, 10 через балансирующие резисторы 11, 12, 13, причем положительные выводы стабцлитропов 1, 2 подключены через балансирующие резисторы 11, 12 к потенциальному и нулевому входам измерительного прибора давления 17, а положительный вывод стабилитроиа 4 соединен через балансирующий резистор 13 с потенциальным входом измерительного прибора температуры 18.Нулевой вход измерительного прибора температуры 18 является общцм с нулевым входом измерительного прибора давления. К входу измерительного приоора температуры 18 подключен вход компаратора прс 5 10 15 20 25 зо 35 4 О 45 50 60 65 дельной температуры 19, выход которого соединен с сигнальным элементом 20, выполненным, например, в гиде светодиода. Балансирующие резисторы 11, 12, 13 слукат для балансировки приооров 17, 18 ппи принятых нулевых значениях давления и температуры.Стабилптрон 1, 2 помещены в ооъект 3, где производится измерение давления и тсмпсратуры, и расположены в непосредственной близости друг от друга, причем компсисирующий стасцглитрон 2 защищен от воздействия давлсши и имеет хороший тепловой контакт с объектом 3. Температурная компенсация при измерении давления достигается за счет равенства ТКН стабилптронов 1, 2 по величине и знаку. Для обеспечения заданной погрешности измерения температуры от изменений температуры окружающей среды, в которой находятся приборы 17, 18, стаоилитрои 4 имеет ТКН ца несколько порядков ниже, чем стабилитрон 2, в результате чего температурными изменениями напряжения стабилизации стабилитроца 4 можно пренебречь, Напряжение стабилизации стабилитроца 4 выбрано равным напряжению стабилизации стабплитрона 2.При воздействии давления и температуры на стабилитроцы 1, 2 напряжение абилизации стабилитрона 1 зависит как ог измеряемого давления, так и от темпера гуры, а напряжение стабилитрона 2 зависит лишь от температуры, так как стабилитрон 2 изолирован от воздействия давления, Это достигается, например, установлением сгабилитронов 1, 2 на противоположной воздействию измеряемого давления плоскости мембраны, причем стабилитрон устанавливается в области наибольших деформаций мембраны, а стабилитрон 2 устанавливается в области, где деформации отсутствуют.Стабилитроиы 1, 2 имеют равные напряжения стабилизации и равныс по величине и знаку ТКН. Они включены встречно, и суммарный сигнал, снимаемый с положительных выводов стабилитронов 1, 2, однозначно зависит от величины измеряемого давления. Сигнал о температуре снимается с положительных выводов стабилитронов 2, 4, аналогичным образом.Так как практически напряжения стабилизации стабилитронов 1, 2, 4 могут быть не равными при принятых нулевых значениях давления и температуры, в устройство введены балансирующие резисторы 1113, Балансировка приборов 17, 18 производится прц принятых нулевых значениях температуры и давления (например, 0 С и 760 мм рт, ст.). Балансировка осуществляется за счет протекания токов нагрузки стабилитроцов 1, 2, 4 по соответствующим балансирующим резисторам 1113. Снимаемая с стабилитронов 1, 2, 4 информация преобразовывается приборами 17, 18 в аналоговые744255 Формула изобретения Составитель О. Сафонов Текред В. СеряковаРедактор Е. Абрамова Корректор Р. Беркович Заказ 1002,3 Изд. М 319 Тираж 1033 Г 1 одписнос НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений п открытий 113035, Москва, Ж, Раушская нао., д. 4,5 Типография, пр. Сапунова, 2 или дискретные показания. При повышении температуры измеряемого объекта наперед заданной величины, которая определяет рабочий диапазон измерительного преобразователя, срабатывает компаратор предель ной температуры и воздействует на элемент сигнализации 20, который формирует световую или звуковую сигнализацию, свидетельствующую об аварийном режиме работы измерительного преобразователя. 10 Устройство для измерения давления, содержащее рабочий и компенсирующий по лупроводпиковыс чувствительные элементы, включенные в плечи мостовой измерительной схемы, и регистрирующий прибор, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью одновременного измерения давления ц температу ры, в нем полупроводниковые элементы выполнены в виде стабилцтроцов, в устройство дополнительно введен стабилитрон с температурным коэффициентом напряжения, по крайней мере на одни порядок меньшим температурного коэффициента напряжения рабочего ц компенсирующего стабцлитроцов, включенный вместе с компенсирующим стабилнтроцом в дополнительную мостовую схему, в выходную диагональ которой включены последовательно соединенные дополнитсльньш регистрирующий прибор, компаратор ц сигцальныц элемент,Источники информации,принятые во вццмзцне при экспсртпзе 1. Зрлер В., Вальтер Л. Электрические измерения неэлектрнческцх величин полупроводниковыми тензорезисторами, М., Мцр, 1974, с. 90 - 91, 257.2. Патент Японии47 - 17392, кл, 6 011.1/20. - Изобретения за рубежом, вып. 25, 1972,11, с. 128 (прототип).