Устройство для измерения давления

(51) НОЕ ПАТЕНТНОССРССР) ГОСУДАРСТВ ВЕДОМСТВО (ГОСПАТЕ НТ ИЗОБ ОПИСАН ТЕН ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения АН СССР (72) В.В.Воловский и Ю.В,Сохатюк(56) Авторское свидетельство СССР И. 1377633, кл, 0 01 1 9/04, 1988,Авторское свидетельство СССР М 1229565, кл. 0 01 В 7/18, 1986.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВ, ЛЕНИЯ(57) Использование: изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения давления (силы, деформации) и температуры с повышенной точностью, Сущность изобретения; устройство содержит источник питания, термочувствиИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для измере ния давления, силы и деформации, а именно к измерителям, построенным на базе тензорезисторных мостов.Цель изобретения - повышение точности измерений,Это достигается тем, что в устройство, содержащее резистивную мостовую схему, в которой в одно плечо включен одной своей диагональю тензорезисторный мост, и дифференциальный усилитель, причем входная диагональ резистивной мостовой схемы подключена к источнику питания, введены дополнительный резистор, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор с цифровым индикатором и постоянным запоминающим устройством, при этом дополнительный постоянный резистор тельный мост, в одно из плеч которого включена диагональ питания тензорезисторного моста, микропроцессорное вычислительное устройство, постоянное запоминающее устройство, аналоговый коммутатор, дифференциальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор. В предлагаемом устройстве реализована воэможность измерения напряжений в измерительной диагонали термочувствительного и тензорезисторного мостов и напряжения , питания. В результате совместной обработки в микропроцессорном вычислительном устройстве кодов трех напряжений искл 1 очается погрешность измерения от нестабильности источника питания, вычисляются и выводятся на цифровой индикатор 9 значения давления (силы, деформации) и температуры. 3 ил. включен в плечо резистивной мостовой схемы последовательно с однимиз резисторов, образующих плечи резистивной мостовой схемы, выход которой подключен к первому и второму входам коммутатора, выход тензорезистивного моста подсоединен к третьему и четвертому входам коммутатора, точка соединения дополнительного и основного резисторов соединенас пятым входом коммутатора, причем первый и второй выходы коммутатора соединены с первым и вторым входами дифференциального усилителя, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с первым входом микропроцессора, причем первый выход микропроцессора соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, второй, третий и четвертый выходы микро- процессора соединены соответственно сшестым, седьмым и восьмым управляющими входами коммутатора.Сущность изобретения состоит в том, что при питании тензорезисторного моста от источника тока, напряжение в диагона лях моста зависит как от измеряемой величины (например, давления), так и от температуры. Напряжение на диагонали питания тенэорезисторного моста зависит в основном от температуры и в малой степени 10 от измеряемой величины. Напряжение на измерительной диагонали тензорезисторного моста, наоборот, в основном зависит , от измеряемой величины и в малой степени от температуры. Кроме того, оба эти напря жения зависят от тока питания. Таким образом, передаточные характеристики тензореэисторного моста могут быть представлены в следующем виде;0 1=Е 1 Р;Т; 1) 20 02= Г 2(Р ,Т, 1), (1)где 01 - напряжение в измерительной диагонали тензорезисторного моста;02 - напряжение в диагонали питания тензорезисторного моста(напряжение в из мерительной диагонали термочувствительного моста);- ток питания тензорезисторного моста;Т - температура; 30 Р - давление.Каждой совокупности давления (силы, деформации) и температуры однозначно соответствует совокупность двух напряжений О 1 и 02, В предлагаемом устройстве реали зовэнэ возможность измерения напряжений в обоих диагоналях и напряжения питания тензорезисторного моста, Совместная обработка трех напряжений дает воэможность вычислить давление и 40 температуру, исключая погрешность от изменения тока питания.Введение в известный тензопреобраэователь микропроцессорного вычислительного утрйва, аналого-цифрового 45 преобразователя, постоянного запоминающего устройства и цифрового индикатора необходимо для реализации цифровой коррекции результатов измерения по температуре и току питания е последующим 50 представлением реальных значений давления (силы, деформации) и температуры в цифровой форме.Введение постоянного запоминающегоустройства необходимо для хранения инди видуальных грэдуировочных. коэффициентов тензорезисторного моста и программы вычислений, Введение дополнительНого резистора необходимо для получения на нем падения напряжения, пропорционального напряжению питания, Выбор же соответствующего дополнительного резистора позволяет получить на нем падение напряжения, близкое к напряжениям в измерительных диагоналях тензорезисторного и термочувствительного мостов, Введение коммутаторов позволяет, используя один дифференциальный усилитель и один аналого-цифровой преобразователь, путем последовательных переключений проводить усиление и преобразование трех напряжейий. Микропроцессорное вычислительное устройство позволяет, не изменяя конфигурации схемы, а лишь за счет изменения программы вычислений и набора градуировочных коэффициентов, учесть нелинейность выходных напряжений тенэорезисторного моста и не требует индивидуальной. настройки устройства.Дополнительное введение в известный тензопреобразователь аналогового коммутатора. микропроцессорного вычислительного . устройства, постоянного запоминающего устройства, аналого-цифрового преобразователя, цифрового индикатора и дополнительного резистора достаточно для упрощения тензопреобразователя и его настройки, а также расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения давления (силы, деформации) и температуры,На фиг, 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - графики зависимости напряжЕния в измерительной диагонали тензорезисторного моста от приложенного давления и температуры; на фиг.З - графики зависимости напряжения в измерительной диагонали термочувствительного моста от температуры и приложенного давления,Устройство, представленное на фиг.1, состоит из источника 1 питания, термачувствительного моста 2, тензорезисторного моста 3, аналогового коммутатора 4, дифференциального усилителя 5, аналого-цифрового преобразователя 6, микропроцессорного вычислительного устройства 7, постоянного запоминающего устройства 8, и цифрового индикатора 9. Источник питания включен в диагональ питания термочувствительного моста 2, состоящего из включенного в одно иэ плеч тензорезисторного моста 3, а также постоянных резисторов В 1, В 2, ВЗ и В 4, Измерительная диагональ тензорезисторного моста 3 подключена к каналам ЗА и ЗВ коммутатора 4, Измерительная диагональ термочувствительного моста 2 подключена к каналам 1 А и 1 В коммутатора 4. Дополнительный резистор В 2 соединен с каналами2 А и 2 В, причем каналы 1 А и 2 В соединенымежду собой. Выходы коммутатора 4 соединены с входами дифференциального усилителя 5, выход которого соединен саналоговым входом аналого-цифровогопреобразователя 6. Цифровой выход преобразователя 6 соединен е первым входоммикропроцессорного вычислительного устройства , со вторым входом которого соединено постоянное запоминающееустройство 8. Выходы микропроцессорноговычислительного устройства соединены свходом "Запуск" аналого-цифрового преобразователя 6, входами управления коммутатора 4 и цифровым индикатором 9,Устройство работает следующим образом,Процесс измерения складывается изпяти тактов, В первом такте с микропроцессорного вычислительного устройства навходы С 1 и С 2 коммутатора подаются уровни напряжений, соответствующие логическому нулю, а на вход Ч - логическойединицы. Открываются каналы 1 А и 1 В коммутатора 4. Таким образом, в первом тактек входу дифференциального усилителя 5подключается измерительная диагональтермдчувствительного моста 2 (производится измерение напряжения 02). Усиленноенапряжение 02 поступает на аналоговый, вход преобразователя 6, где по сигналу "Запуск" с выхода микропроцессорного вычислительного устройство напряжение 02преобразуется в двоичный код. Код, соответствующий значению напряжения 02, записывается в резидентную оперативнуюпамять микропроцессорного вычислительного устройства 7.Во втором такте на входе С 1 коммутатора 4 устанавливается уровень логическойединицы, открь 1 вэются каналы 2 А и 2 В коммутатора 4, Дальнейшая работа устройствааналогична первому такту и в резидентнуюпамять микропроцессорного устройства 7записывается код, соответствующий значению напряжения Оз, т.е, падению напряжения на дополнительном резисторе Я 2.В третьем такте на входе С 1 устанавливается уровень логического нуля, а навходе С 2 - уровень логической единицы,открываются каналы ЗА и ЗВ коммутатора 4,Дальнейшая работа устройства аналогичнапервому такту, и в резидентную память микропроцессорного вычислительного устройства записывается код, соответствующийнапряжению 01 на измерительной диагонали тензорезисторного моста 3.В четвертом такте в микропроцессор. ном вычислительном устройстве 7 производится вычисление значений давления (силы, ся). На пятом этапе вычислений проверяет 45 ся условиеРз-Р 4 1 ДР, (2)где ДР - величина, определяемая требуемой точностью вычислений.50 Если условие (2) выполняется, начинэется шестой этап вычислений. На шестом этапе вычисляется значение давления Р;Р=(Рз-Ра)/2 (3) По градуировочным коэффициентам - напряжению 02 и давлению Р - вычисляетсязначение соответствующей ему температуры Т. Если условие (2) не выполняется, вычисления повторяются с третьего этапа, т.е,деформации) и температуры, Вычисления могут производиться, например, методом последовательных приближений в шесть этапов.5 На первом этапе производится исключение дополнительной погрешности измерения, вызванной отклонением напряжения питания от напряжения при градуировке.Из постоянного запоминающего устройства 10 8 извлекается код, соответствующий значению напряжения Оз, при котором производилась градуировка, и сравнивается с кодом, соответствующим коду Оз, хранящемуся в оперативной памяти микропроцес сорного вычислительного устройства 7,Вычисляются значения напряжений 01 и02, соответствующего напряжению Оз, при1котором проводилась градуировка, Двоич ные коды, соответствующие 01 и 02, записываются в оперативную память микропроцессорного вычислительного устройства вместо 01 и 02 и используются в дальнейших вычислениях.25 На втором этапе вычислений по градуировочным коэффициентам и значению напряжения 01 вычисляются два значения давления Р 1 и Р 2, соответствующие минимальной и максимальной температурам ра бочего диапазона.Вычисления с третьего этапа производятся циклически. На третьем этапе вычислений по значениям Р 1 и Р 2: градуировочным коэффициентам и значе. нию напряжения 0 2 вычисляются два зна 1чения соответствующих им температур Т 1 и Т 2.Кэ четвертом этапе по вычисленнымЗначениям температур вычисляются коэффициенты, а по ним и напряжению 40 01 вычисляется новая пара значений давления Рз и Р 4, Как видно на фиг, 2 и 3, на этом этапе происходит резкое сужение диапазона давлений (процесс вычислений сходит 1800298с начала цикла, Как показала практика, для вычисления давления с точностью 0,1требуется провести 2-3 цикла вычислений, Это соответствует определению температуры с точностью до 0,5 С,По окончании вычислений пары значений давления и температуры в пятом такте измерения значения давления и температуры выводятся и фиксируются на цифровом индикаторе,амикропроцессорное вычислительное устройство начинает новый цикл измерения давления и температуры с первого такта,Такое выполнение устройства позволяет повысить точность измерений, упростить устройство и его наладку, а также расширить функциональные воэможности за счет одновременного измерения давления (силы, деформации) и температуры,формула изобретения Устройство для измерения, давления, содержащее резистивную мостовую схему, в которой в одно плечо включен одной своей диагональю тензорезисторный мост, и дифференциальный усилитель, причем входная диагональ реэистивной мостовой схемы подключена к источнику питания, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительный резистор, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь и микропроцессор с циф ровым индикатором и постоянным запоминающим устройством, при этом дополнительный постоянный резистор включен в плечо резистивной мостовой схемы последовательно с одним из резисторов, 10 образующих плечи резистивной мостовойсхемы, выход которой подключен к первому ,и второму входам коммутатора, выход тензорезистивного моста подсоединен к третьему и четве ртому входам коммутато ра, точка 15 соединения дополнительного и основногорезисторов соединена с пятым входом коммутатора, причем первый и второй выходы коммутатора соединены с первым и вторым входами дифференциального усилителя, вы ход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с первым входом микропроцессора, причем первый выход микропроцессора соединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, 25 второй, третий и четвертый выходы микропроцессора соединены соответственно с шестым, седьмым и восьмым управляющими входами коммутатора,.:.О Составитель О.ПолееТехред М.Моргентал Редакто Корректор С.Шекмар Производственно тельский комбинат "Патент", г. Уж ул. Гагарина, 10 Заказ 1158, Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб 4/5