RU14080U1 - Электронный блок измерительного преобразователя давления - Google Patents

Description

ЭЛЕКТРОННЫЙ БЛОК НЗМЕРИТЕЛЬНОГО НРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ДАВЛЕНИЙ.

Нолезная модель относится к средствам для измерения давления и может использоваться для непрерывного преобразования измеряемого параметра-давления избыточного, абсолютного, разрежения, давленияразрежения, разности давлений в унифицированный токовый выходной сигнал в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.

Известен электронный блок измерительного преобразователя давления, описанный в 3. Японии; 4-45061 Нолупроводниковый преобразователь давления по кл. GO1L9/04, з. 25.09.86, оп 23.07.92.

Известное устройство содержит последовательно соединенные схему формирования температурного сигнала, пропорционального разности эталонной температуры и температуры окружающей среды, схему регулирования температурного диапазона, схему возбуждения датчика давления, датчик давления, инвертирующий усилитель выходного сигнала датчика давления со схемой установки на нуль в цепи обратной связи, схему установки температурного нуля и второй инвертирующий усилитель со схемой регулирования диапазона измерения в цепи обратной связи, при этом инверсные входы схемы установки температурного нуля и второго инвертирующего усилителя соединены также с выходом схемы формирования температурного сигнала.

Недостатком известной схемы является то, что при нестационарной температуре окружающей среды возникает дополнительная погрешность измерения за счет разности температуры датчика и температуры окружающей среды, по разности которой с эталонной температурой осуществляется регулирование, так как температура самого датчика не измеряется.

20 О О 1 О S г 2 6

MKH-6:GO1L9/04,9/12 Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является

электронный блок измерительного преобразователя давления, описанный в техническом описании и инструкции по эксплуатации 08906128ТО Преобразователь измерительный Сапфир-22М стр. 32, 36, стр. 92, 93, 95 и выбранный в качестве прототипа.

Известный электронный блок содержит последовательно соединенные стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, тензопреобразователь сигнала давления, предварительный усилитель сигнала давления, первый сумматор, регулируемый усилитель, преобразователь напряжения в ток, корректор нелинейности измерительного преобразователя и второй сумматор, подключенный ко второму входу стабилизатора тока, а также устройство измерения температуры тензопреобразователя в виде мостовой схемы, собранной из тензопреобразователя и трех резисторов, измерительная диагональ которой подключена к входу усилителя сигнала температуры, соединенного выходом со входами корректоров температурного ухода диапазона измерений начальных значений выходного сигнала, при этом выходы последних соединены соответственно со вторыми входами первого и второго сумматоров, а третий вход сумматора и второй вход регулируемого усилителя служат соответственно для подачи сигналов настройки начальных значений выходного сигнала и настройки диапазона измерения.

Недостатком известного электронного блока является то, что в нем предусмотрена корректировка температурных изменений характеристик тензопреобразователя по двум точкам температуры - нормальной и повышенной или пониженной, причем зависимость функции коррекции от температ /.ры в первом приближении линейна, а глубина коррекции определяется настройкой корректоров диапазона измерений и начального значения выходного сигнала.

2 измерения давления, т.е. в области пониженной (повышенной) температуры к

сужению эксплатуационных возможностей измерительного преобразователя давлений или отбраковке устройств в процессе их изготовления для достижения заданной точности измерения.

Целью заявляемой полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей измерительного преобразователя давления при обеспечении высокой точности в широком диапазоне измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в электронном блоке измерительного преобразователя давления, содержаш;ем последовательно соединенные стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, тензопреобразователь сигнала давления, первый сумматор, регулируемый усилитель, преобразователь напряжения в ток, а также корректор нелинейности измерительного преобразователя, соединенный выходом с I входом второго сумматора, выход которого подключен ко второму входу стабилизаторатока,устройствоизмерениятемпературы

тензопреобразователя в виде мостовой схемы, собранной из тензопреобразователя и трех резисторов, измерительная диагональ которой подключена к входу усилителя сигнала температуры, корректор температурного ухода диапазона измерений и корректор температурного ухода начальных значений выходного сигнала, выходы которых подключены соответственно к вторым входам второго и первого сумматоров, при этом второй вход регулируемого усилителя и третий вход первого сумматора служат входами соответственно сигнала настройки диапазона измерения и сигнала настройки начальных значений выходного сигнала, согласно полезной модели, введены дополнительно функциональный преобразователь, второй корректор температурного ухода диапазона измерений и второй корректор температурного ухода начальных значений выходного сигнала при этом вход функционального преобразователя соединён с выходом усилителя

3 сигнала температуры, а его первый и второй выходы подключены

соответственно к входам первых и вторых корректоров температурного ухода диапазона измерений и начальных значений выходного сигнала, выходы вторых корректоров температурного ухода диапазона измерений и начальных значений выходного сигнала соединены соответственно с третьим входом второго сумматора и четвёртым входом первого сумматора, а вход корректора нелинейности подключен к выходу предварительного усилителя сигнала давления.

Введение в устройство функционального преобразователя и дополнительных корректоров температурного ухода диапазона измерений и начальных значений выходного сигнала даёт возможность независимой настройки измерительного преобразователя в условиях повышенной или пониженной температуры, что обеспечивает более высокую точность измерения в широком диапазоне температур и расширяет тем самым эксплуатационные возможности прибора.

Связь входа корректора нелинейности измерительного преобразователя с выходом предварительного усилителя сигнала давления дает возможность корректировки всей характеристики тензопреобразователя и обеспечивает тем самым высокую точность измерений при перенастройке диапазона измерений.

Заявляемый электронный блок измерительного преобразователя давления обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков как функциональный преобразователь и дополнительные корректоры температурного ухода диапазона измерений и начальных значений выходного сигнала, а также соединением входа корректора нелинейности с выходом предварительного усилителя сигнала давлений, обеспечиваюш;их в совокупности достижение заданного результата.

4 Заявляемый электронный блок измерительного преобразователя

давления может найти широкое применение для непрерывного преобразования измеряемого давления в унифицированный токовый выходной сигнал в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности и потому соответствует критерию промышленная применимость.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлена функциональная схема электронного блока измерительного преобразователя давления.

Заявляемый электронный блок измерительного преобразователя давления содержит последовательно соединенные стабилизатор 1 напряжения, стабилизатор 2 тока, тензопреобразователь 3, предварительный усилитель 4 сигнала давления, первый сумматор 5, регулируемый усилитель 6.,преобразователь Тнапряжения в ток ,второй сумматор 8,подю1юченный ко второму входу стабилизатора 2 тока, первым и вторым входами соединенный с выходами первого корректора 9 температурного ухода диапазона измерений и второго корректора 10 температурного ухода диапазона измерений и подключенный третьим входом - к выходу корректора И нелинейности , вход которого подключен к выходу предварительного усилителя 4 сигнала давления, усилитель 12 сигнала температуры, вход которого подключен к выходу устройства 13 измерения температуры тензопреобразователяЗ, выходом соединённого со входом функционального преобразователя 14 ,первый ввход которого подключен к входам первых корректоров 9 и 15 температурного ухода диапазона измерений и начальных значений выходного сигнала, а второй выход -к входам вторых корректоров 10 и 16 температурного ухода диапазона измерений и начальных

5

значений выходного сигнала; выходы первого и второго корректоров 15 и 16 температурного ухода начальных значений выходного сигнала соединены соответственно со вторыми и третьими входами сумматора 5.

При этом второй вход регулируемого усилителя 6 и третий вход первого сумматора 5 служат входами соответственно сигнала настройки диапазона и сигнала настройки начальных значений выходного сигнала.

Назначение и выполнение узлов и элементов электронного блока следующее.

Стабилизатор 1 напряжения предназначен для создания стабилизированного напряжения нужного уровня для питания всех узлов схемы, а также опорного напряжения для стабилизатора 2 тока.

Стабилизатор 1 напряжения может быть выполнен, например, на параметрическом стабилитроне типа КС-405А и усилителе мощности с обратной связью.

Стабилизатор 2 тока необходим для питания моста тензопреобразователя стабилизированным током Т п. и для его изменения при введении коррекции нелинейности статической характеристики тензопреобразователя, а также при температурной компенсации чувствительности тензопреобразователя. Стабилизатор 2 тока может быть, в частности, собран на операционном усилителе типа 140УД12.

Тензопреобразователь 3 служит для преобразования измеряемого давления в электрический сигнал. Это может быть мембранный преобразователь, например, типа Метран-43Ф с чувствительным элементом из пластины монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), соединенными по мостовой схеме, прочно соединенной с металлической мембраной тензопреобразователя.

Предварительный усилитель 5 предназначен для усиления снятого с измерительной диагонали тензопреобразователя 3 сигнала давления и

6

выполнен, в частности по схеме дифференциального усилителя на операционном усилителе 140УД12.

Сумматор 5 служит для суммирования усиленного сигнала, снятого с тензопреобразователя 3, с сигналами компенсации температурной погрешности измерений начальных значений выходного сигнала и настройки начальных значений выходного сигнала. Он может быть собран по схеме суммирования токов на инветирующем усилителе,(например 140УД12) совместно с регулируемым усилителем 6 который служит для усиления выходного сигнала сумматора 5.

Преобразователь 7 напряжения в ток предназначен для формирования унифицированного выходного токового сигнала и может быть выполнен, например, на операционном усилителе по схеме управляемого источника тока.

Сумматор 8 служит для сложения выходного сигнала давления с тензопреобразователя 3, усиленного предварительным усилителем 4 и прошедшего через корректор 11 нелинейности тензопреобразователя, с сигналами компенсации температурной погрешности диапазона с выходов соответствуюш;их корректоров 9, 10 для подачи суммарного скомпенсированного сигнала на стабилизатор 2. Он может быть выполнен по схеме суммирования токов совместно со стабилизатором 2 тока.

Корректоры 9, 10 температурного ухода диапазона измерений и корректоры 15, 16 начальных значений выходного сигнала служат для получения сигналов компенсации температурных погрешностей измерения диапазона при повышенной и пониженной рабочей температурах и выполнены, в частности, на переменных резисторах.

Корректор 11 нелинейности тензопреобразователя осуществляет компенсацию нелинейности характеристики тензопреобразователя и выполнен, например, на инвертирующем повторителе и переменном резисторе. Усилитель 12 сигнала температуры предназначен для усиления сигнала

температуры тензопреобразователя 3 и может быть выполнен по схеме дифференциального усилителя .

Устройство 13 служит для измерения температуры тензопреобразователя и включает в себя тензопреобразователь 3 и резисторы 17,18,19, образующие мостовую схему.

Функциональный преобразователь 14 служит для преобразования сигнала с выхода усилителя 12 сигнала температуры и может быть выполнен, в частности, в виде кусочно-линейного апроксиматора (см. книгу авторов Щербакова В.И. и Грездова Г.И. Справочник. Электронные схемы на электронных усилителях, Киев Техника 1987г.,стр. 98, рис.4.34 а).

Электронный блок работает следующим образом.

При подключении устройства к сети стабилизатор 1 напряжения стабилизирует напряжение до нужного для питания всех узлов схемы уровня и формирует опорное напряжение стабилизатора тока 2.

С выхода стабилизатора 2 тока запитывается тензопреобразователь 3 и устройство 13 измерения температуры тензопреобразователя. Сигнал с измерительной диагонали тензопреобразователя 3 снимается на предварительный усилитель 4 сигнала давлений, а сигнал с измерительной диагонали мостовой схемы устройства 13 измерения температуры - на усилитель 12 сигнала температуры.

Усиленный сигнал температуры с выхода усилителя 12 поступает через функциональный преобразователь 14 на входы первого корректора 9 температурного ухода диапазона измерений и первого корректора 15 температурного ухода начальных значений выходного сигнала, а сигнал со второго выхода функционального преобразователя - на входы второго корректора 10 температурного ухода диапазона измерений и второго корректора 16 температурного ухода начальных значений выходного сигнала, где осуществляется компенсация температурной погрешности

8 диапазона измерений сигнала и начальных значений выходного сигнала при

повышенной и пониженной температуре окружающей среды.

Сигналы компенсации температурной погрешности диапазона измерения с выходов корректоров 9 и 10 диапазона подаются на входы сумматора 8, а сигналы компенсации температурной погрешности начальных значений выходных сигналов с выходов корректоров 15, 16 поступают на входы сумматора 5. Сигналы давления с измерительной диагонали моста тензопреобразователя 3 подаются на предварительный усилитель 4, где усиливаются и поступают далее одновременно на корректор 11 нелинейности и на вход сумматора 5. В последнем происходит компенсация температурной погрешности измерения начальных значений выходных сигналов давления и настройка начальных значений выходного сигнала. Скомпенсированный по температуре сигнал давления с выхода сумматора 5 поступает далее на регулируемый усилитель 6, куда поступает и сигнал настройки диапазона, где усиливается, и затем, преобразуется в унифицированный выходной токовый сигнал в преобразователе 7 напряжения в ток.

Нелинейность преобразования сигнала давления с выхода тензопреобразователя 3, усиленного предварительным усилителем 4, компенсируется корректором 11 нелинейности. Сигнал компенсации нелинейности измерительного преобразователя с выхода корректора 11 поступает на сумматор 8.

Поступаюш;ие на стабилизатор 2 тока через сумматор 8 сигналы температурной коррекции и сигнал коррекции нелинейности измерительного преобразователя изменяют ток питания моста тензопреобразователя 3, обеспечивая точность замеров и возможность работы устройства в широком диапазоне температуры и рабочих давлений.

В сравнении с прототипом заявляемый электронный блок измерительного преобразователя давления обеспечивает более широкие

9 эксплуатационные возможности при перенастройке диапазонов измерения. 10 высокой точности измерений при

Авторы

Юровский А.Я. Грудцинов Г.М. Метелев В.П. Замешин А.П.

Claims (1)

1. Электронный блок измерительного преобразователя давления, содержащий последовательно соединенные стабилизатор напряжения, стабилизатор тока, тензопреобразователь сигнала давления, предварительный усилитель сигнала давления, первый сумматор, регулируемый усилитель, преобразователь напряжения в ток, а также корректор нелинейности измерительного преобразователя, соединенный выходом с входом второго сумматора, выход которого подключен ко второму входу стабилизатора тока, устройство измерения температуры тензопреобразователя в виде мостовой схемы, собранной из тензопреобразователя и трех резисторов, измерительная диагональ которой подключена к входу усилителя сигнала температуры, корректор температурного ухода диапазона измерений и корректор температурного ухода начальных значений выходного сигнала, выходы которых подключены соответственно ко вторым входам второго и первого сумматоров, при этом второй вход регулируемого усилителя и третий вход первого сумматора служат входами соответственно сигнала настройки диапазона и сигнала настройки начальных значений выходного сигнала, отличающийся тем, что в него введены дополнительно функциональный преобразователь, второй корректор температурного ухода диапазона измерений и второй корректор температурного ухода начальных значений выходного сигнала, при этом вход функционального преобразователя соединен с выходом усилителя сигнала температуры, а его первый и второй выходы подключены соответственно к входам первых и вторых корректоров температурного ухода диапазона измерений и начальных значений выходного сигнала, выходы вторых корректоров температурного ухода диапазона измерений и начальных значений выходного сигнала соединены соответственно с третьим входом второго сумматора и четвертым входом первого сумматора, а вход корректора нелинейности подключен к выходу предварительного усилителя сигнала давления.