Тензопреобразователь давления мостового типа

Предложен тензопреобразователь давления мостового типа, в котором осуществляется по раздельное усиление потенциалов выходной диагонали тензомоста, запитанного от источника стабильного тока. Выходы этих усилителей подключены к раздельным входам аналого-цифрового вычислителя, определяющего давление и температуру согласно формулам

;

где ₁ и ₂ - усиленные значения изменения потенциалов выходной диагонали тензомоста

К_p и - коэффициенты чувствительности преобразователя по давлению

К_t и - коэффициенты чувствительности преобразователя по температуре.

Полезная модель относится к измерительной технике и может применяться в измерителях как давления, так и других физических величин, преобразование которых в электрический сигнал производится с помощью тензорезисторных мостов.

Как известно, смотри например статью Д.Б.Мартынова и В.М.Стучебникова «Температурная коррекция тензопреобразователей давления на основе КНС.». Датчики и системы. 10 2002 г, тензопреобразователи обладают большими температурными погрешностями. Для коррекции мультипликативной составляющей температурной погрешности применяют питание тензомоста от источника стабильного тока. Однако при этом возрастает аддитивная составляющая температурной погрешности. С целью уменьшения аддитивной погрешности в тензомост включают элементы балансировки начального выходного сигнала тензомоста и настраивают его на уровень, определяемый уравнением

где и - входные сопротивления тензомоста

и - уходы начального напряжения моста

Элементы балансировки выполняют термостабильными резисторами, которые размещают не на мембране, чувствительной к давлению. Этот способ термокоррекции применен в тензопреобразователе давления мостового типа МИДА-01П. Этот преобразователь содержит тензомост, который запитан от источника стабильного тока. Выходная диагональ его тензомоста подключена ко входу инструментального усилителя, выход которого несет информацию о давлении. Этот тензопреобразователь давления и выбран в качестве прототипа для предлагаемой полезной модели.

Основным недостатком этого прототипа является ограничение эффективности термокоррекции разными теплопроводностями тензорезисторов моста и балансировочными резисторами. Причем они размещаются в разных температурных условиях. Поэтому, при динамически изменяющейся температуре происходит нарушение условия термокоррекции аддитивной погрешности. Прототип из за этого не может быть применен.например, для измерения давления в ударных волнах.

Целью предложенной полезной модели является повышение эффективности термокоррекции аддитивной составляющей температурной погрешности и, как следствие, расширение областей применения тензопреобразователей давлений мостового типа.

Указанная цель, в тензопреобразователе, содержащем тензомост, который запитан от источника стабильного тока, и который содержит инструментальный усилитель, достигается введением второго инструментального усилителя и аналого-цифрового вычислителя. Первые входы инструментальных усилителей при этом должны быть подключены к средним точкам соответствующих стоек тензомоста, а вторые их входы соединены со средними точками соответствующих термостабильных резистивных делителей. Выходы обоих инструментальных усилителей подключены при этом к независимым двум входам вычислителя., который определяет температуру и давление на мембране преобразователя в соответствии с уравнениями

;

где ₁ и ₂ - выходные напряжения соответственно первого и второго инструментальных усилителей, которые определяются усиленными отклонениями потенциалов выходной диагонали тензомоста.

K_p и - коэффициенты чувствительности этих напряжений к изменению давления.

К_t и - коэффициенты чувствительности этих напряжений к изменению температуры.

Уравнения получены исходя из матеиатической модели тензомостового преобразователя в котором мост запитан от источника стабильного тока.

₁=K_p·P+K_t·t°; ₂=·P+·t°

Путем градуировок преобразователя по давлению и по температуре определяют все четыре его коэффициента чувствительности. При определенных значениях этих коэффициентов, уравнения матмодели преобразователя имеют однозначные решения.

На рисунке 1 представлена схема полезной модели. На ней обозначены

! - тензомост преобразователя

2 источник стабильного тока

3 - термостабильные резисторные делители

4 - инструментальные усилители

5 - аналого-цифровой вычислитель

Работа преобразователя заключается в том, что с помощью двух инструментальных усилителей и двух резисторных делителей измеряются по раздельно изменения обоих потенциалов выходной диагонали тензометрического моста, запитанного от источника стабильного тока. Благодаря этому появляется возможность описания преобразователя системой из двух уравнений и тем самым с помощью вычислителя разделить температуру и давление среды, действующей на мембрану тензопреобразователя.

Общими признаками преобразователя-прототипа и преобразователя - полезной модели являются питание тензомоста стабильным током и применение для измерения напряжений инструментальных усилителей. Отличительными признаками являются применение двух инструментальных усилителей с целью по раздельного измерения потенциалов выходной диагонали тензомоста и применение вычислителя давления и температуры. Благодаря отличительным признакам в совокупности с известными удалось повысить эффективность термокоррекции преобразователя в условиях динамических температур. Кроме этого появилась возможность одним тензопреобразователем измерить не только давление но и температуру. Тем самым расширить сферу применения тензопреобразователей мостового типа.

Тензопреобразователь давления мостового типа, содержащий тензомост, который подключен к источнику стабильного тока, отличающийся тем, что в нем применены два инструментальных усилителя, первые входы которых соединены со средними точками стоек тензомоста, а вторые их входы подключены к средним точкам резистивных термостабильных делителей так, что обеспечивается пораздельное усиление изменения потенциалов выходной диагонали тензомоста, причем выходы инструментальных усилителей связаны со входами аналого-цифрового вычислителя, который определяет пораздельно давление и температуру измеряемой среды согласно уравнениям

; ,

где ₁ и ₂ - усиленные значения изменения потенциалов выходной диагонали;

K_р и - коэффициенты чувствительности тензопреобразователя по давлению;

К_t и - коэффициенты чувствительности тензопреобразователя по температуре.