Устройство для измерения давления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ 91 11 РЕСПУБЛИК 51) С 01 1. 9/04 го заочногоинститута, 1975,ИЯ ДАВ- к измери- повывления в стройств й элемен 13 пита 11, ре ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯПРИ ГКНТ СССР(71) Ростовский институт инженержелезнодорожного транспорта(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕЛЕНИЯ(57) Изобретение относитсятельной технике и позволяесить точность измерения да цилиндре поршневых машин.включает корпус 1, прижимн2, упругий элемент 3, блокния, регулируемый усилител 2гистрирующее устройство 14, рабочий4 и компенсирующий 5 тензорезисторы,электрически связанные с блоком 13питания и регулируемым усилителем 11,выход которого связан с регистрирующим устройством 14, две поверхностныетермопары 6, 7, горячие спаи которых,выполненные из термоэлектродов 8, 9,покрывают незащемленную часть упругого элемента полностью. Горячийспай одной термопары расположен наодной стороне упругого элемента, агорячий спай другой - на другой стороне упругого элемента, а каждый термоэлектрод каждой термопары подключенк электронному вычислительному управляющему блоку 12, выход которогосвязан с управляющим входом усилителя 11. Коэффициент усиления усилите- .ля 11 изменяется с учетом изменениятемпературы упругого элемента 3.2 ил,Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давлений в средах с изменяемой температурой, в5частности в цилиндре поршневой машиныы.Цель изобретения - повышение точности работы устройства.На фиг.1 и 2 изображено предлагаемое устройство.На фиг,1 изображена принципиальная схема устройства с датчиком давления, у которого горячие спаи каждой термопары расположены на обеих 15поверхностях упругого элемента. Вкорпусе 1 с помощью прижимного элемента 2 жестко закреплен упругийэлемент 3 (мембрана). На упругом элементе 3 расположен рабочий тензорезис тор 4, а компенсирующий тензорезистор 5 расположен на корпусе 1. На упругом элементе 3 расположены горячиеспаи термопар 6 и 7, выполненные изтермоэлектродов 8 и 9 каждый. Выводы 25тензорезисторов 4 и 5 подсоединенычерез разъем 10 к регулирующему усилителю 11, управляющий вход которогосвязан с электронным вычислительнымуправляющим блоком 12. Также через у)разъем 10 тензорезисторы соединеныс блоком 13 питания. Выход регулируемого усилителя 11 связан с регистрирующим устройством 14. В качествеэлектронного вычислительного управляющего блока может быть использованмикропроцессор,На фиг,2 а изображено выполнениеупругого элемента 3 с установленнымина нем рабочим тензорезистором 4 итермопарами 6 и 7 из термоэлектродов8 и 9. Показаны выводы 15 рабочеготензорезистора 4, выводы 16 термопар.На фиг,2 б изображен вариант выполнения упругого элемента 3 с расположением на нем термоэлектродов 9, Показаны выводы 15 тензорезистора 4, выводы 16 термопар и связь упругогоэлемента с блоком 12, выполненная спомощью проводника 17 из материалаупругого элемента,Устройство работает следующим образом.При изменении давления Р измеряе-мой среды упругий элемент 3 изменяет55свой прогиб. При этом изменяется прогиб расположенного на упругом элементе 3 рабочего тензорезистора 4, аследовательно, изменяется его сопротивление. Изменение сопротивлениярабочего тензорезистора 4 приводитк изменению тока в диагонали полумоста, который обычно составляет рабочийи компенсирующий тензорезисторы. Ток,йротекающий через диагональ полумоста, усиливается в регулируемом усилителе 11. Питание моста, а следовательно, и тензорезисторов осуществляетсяблоком 13 питания. При этом подразумевается, что прогиб упругого элемента 3 и изменение сопротивлениярабочего тензорезистора 4 пропорциональны изменению давления измеряемойсреды. Это достигается соответствующим выбором геометрических размеровупругого элемента 3, характеристикгтензорезисторов и качеством изготовления корпуса 1 и прижимного элемента 2,При изменении сопротивления рабо-.,чего тензорезистора 4 вследствиеизменения его температуры изменениевеличины тока в диагонали полумостане происходит, так как изменяетсятемпература и сопротивление компенсирующего тензорезистора 5 и полумост остается уравновешен.Сигнал, вырабатываемый термопарами 6 и 7, поступает в блок 12. Обработка сигнала, пропорциональногосредней температуры упругого элемента 3, осуществляется в блоке 12 пожесткой, заранее заложенной программе, Сигналы, пропорциональные температурам на обеих поверхностях упругого элемента 3, складываются и полученный результат делится пополам,те. определяется средняя температураупругого элемента. Если эта температура не отличается от заданного значения, а именно от той температуры,при которой производилась тарировкапреобразователя на стенде (обычноэто масляный грузопоршневый манометр), сигнал, проходя через регулируемый усилитель 11, усиливается внем с коэффициентом усиления, равнымкоэффициенту усиления при тарировкена стенде, и далее поступает на входрегистрирующего устройства 14.При изменении температуры измеряемой среды изменяется температураупругого элемента 3, рабочего тензорезистора 4 и компенсирующего тензорезистора 5, а в силу их близкоГорасположения их температуры примерноравны. При этом исключается сущест 5 15976венная часть погрешности, вызываемаязависимостью характеристик тенэорезистора от его температуры,Изменение температуры упругогоэлемента 3 приводит к изменению сиг.нала, поступающего в блок 12 от термопар 6 и 7, который становится отличным от первоначального. При этомна выходе блока 12 формируется сигнал по известной программе и поступает на управляющий вход регулируемого усилителя 11, изменяя коэффициент его усиления так, что усиленныйсигнал на выходе регулируемого усилителя 11 становится пропорциональным прогибу упругого элемента 3, а,.следовательно, и измеряемому давлению с учетом изменения температурыупругого элемента 3, На регистрирующее устройство 14 поступает сигналс выхода регулируемого усилителя 11,пропорциональный давлению, измеряемойсреды.Обычно упругий элемент 3 выполнен 25из сплавов с большим содержаниемхрома и никеля. При этом известно,что такой сплав можно использоватьв качестве термоэлектрода для термопары в паре со сплавом меди с никелем. 3 ОНа фиг.2 б показан вариант выполненияупругого элемента 3 с размещеннымина нем термоэлектродами 9, например,копеля. При этом к блоку 12 подключаются проводники 16 и 17, а горячие.спаи термопар 6 и 7 образуются поверхностями контакта термоэлектродов 9 супругим элементом 3. Проводник 17должен быть выполнен из материалаупругого элемента 3,Изготовление горячих спаев термопар в обоих вариантах на фиг.2 можетбыть выполнено методом электровакуумного напыления требуемых сплавовна поверхность упругого элемента. При45 25 6этом после нанесения на термоэлектрод, расположенный на стороне упругого элемента, противоположной к измеряемой среде, тем же методом изолятора например, 50, А 10 з или Яд И можно на изоляторе сформировать рабочий тензорезистор (используя ту же технологию, например, напыпением решетки из ТдА 10 з), Незначительная толщина пленок (2-3 мкм) практически не изменит характеристик упругого элемента, Выводы термопар возможно осуществить через герметизируемые каналы в корпусе 1 и прижимном элементе 2.Формула изобретенияУстройство для измерения давления, содержащее датчик давления с чувствительным элементом в виде мембраны, рабочий и компенсирующие тензорезисторы, включенные в измерительный мост, выход которого через усилитель подключен к регистратору, и блок питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введен электронный вычислительный управляющий блок, а датчик давления снабжен двумя термопарами в виде плоских круглых термоэлектродов, горячие спаи которых расположены на поверхностях мембраны с двух ее сторон, при этом диаметр термоэлектродов равен диаметру рабочей части мембраны, а на термоэлектроде,расположенном на стороне мембраны, противоположной к измеряемой среде, через изолятор закреплен рабочий тензорезистор, при этом электронный вычислительный управляющий блок своими входами соединен с термоэлектродами, а выходом подключен к управляющему входу усилителя, который выполнен регулируемым.159 7625 Составитель Н.Матрохина.едактор Е,Папп Техред М.Ходанич Коррек кун Заказ 3044 Тираж ноеВНИИПИ Государственного комити открытиям при ГКНТ113035, Москв 5, д. 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 470ета поа, ЖПодпис зобретениям и Раушская наб.