Преобразователь теплоэнергетических параметров в токовый выходной сигнал Советский патент 1983 года по МПК G01R17/10 

(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ТОКОВЫЙ ВЫХОДНОЙ СИГНАЛ

Изобретение относится к измеритель ной технике и может быть использовано в устройствах измерения теплоэнергетических параметров (давления, температуры, перемещения). Известен полупроводниковый преобра зователь давления в токовый выходной сигнал, содержащий расположенную на упругом чувствительном элементе тензометрическую схему, включающую в себя один тензорезистор и два терморезистора, стабилизатор напряжения, два стабилизатора тока и подсоединенный к выходам тензометрической схемы усилитель постоянного тока, а также цепь обратной связи Cl . Недостаток устройства -. низкая точность из-за того, что тензорезистор имеет нелинейную характеристику, до статочно больщой по величине ТКС. Коэ фиШент тензочувствительности зависит от температуры. Стабилизаторы тока имеют сильную зависимость тока от тем пературы, высокий уровень низкочастот ных шумов, нестабильный во времени. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является пр&образователь давления в токовый выходной сигнал, содержащий расположенную на упругом чувствительном элементе дифференциальную измерительную схему, стабилизатор напряжения, первый выход которого подключен к точке соединения тензорезисторов и общей шине, а второй выход соединен с входами стабилизаторов тока, выходы которых соединены с другими концами тензометрических резисторов и с входами дифференциального усилителя постоянного тока С 2 . К недостаткам устройства относятся составляющие погрешности преобразования, обусловленные низкочастотными шумами стабилизаторов тока и их време ной нестабильностью, составляющие по грещности, обусловленные разностью нелинейности, ТКС, температурных х& рактеристик коэффициентов тензочувств

тельности тензорезисторов, .а также раэностью температурных характеристик стабилизаторов тока.

Цель изобрбггения - повышение точности преобразования теплоэнергетических параметров в токовый выходной сигнал.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь теплоэнергетических параметров в токовый сигнал, содержаший дифференциальную измерительную схему, стабилизатор тока и усилитель стабилизатор напряжения, первый выход которого подсоединен к точке соединения измерительных резисторов и общей шине, а второй выход соепинен с вхоаом стабилизатора тока, ввецены генератор прямоугольных сигналов, два управляемых ключа, : суммируюишй элемент, блок температурной компенсации и блок линеаризации, причем выход стабилизатора тока через управляемые ключи подсоединен к соот ветствующим выходам цифференциальной измерительной схемы,которые подключены к входам суммирующего элемента,выхой кото jporo соединен с входом усилителя,а управ- 25 ляющие входы ключей подключены к против фазным выходам генератора прямоугольных сигналов, при этом общая шинЪ и вход бл ка температурной компенсации подключены соответственно к первому и второму выходам стабилизатора напряжения, вход блока линеаризации подключен к выходам диффёренциал-ьной измерительной схемы, выходы блоков температурной компенсации и линеаризации подключены к соотве ствующим входам стабилизатора тока, а первые и вторые управляющие входы блоков - к противофазным выходам генератора прямоугольных сигналов. Кроме того, блок температурной компенсации содержит дифференциальную резистивную схему, включающую в себя два терморезистора с различными температурными коэффициентами сопротивле ния одного знака, стабилизатор тока, суммирующий элемент, делитель напряжения и четыре управляемых ключа, причем точка соединения резисторов дифференциальной резистивной схемы подключена к общей щине, вход блока подключен к входу стабилизатора тока, выход которого через два управляемых ключа соединен с выходами дифференциал ной резистивной схемы и входами сумми рующего элемента, выход которого через делитель напряжения соединен с входами третьего и четвертого управляемых ключей, выходы которых являются выходами блока температурной компенсации.

а управляющие входы первого и второго, третьего и четвертого ключей подключ ны соответственно к первому и второму управл5пощим входам блока.

Блок линеаризации содержит суммирукхщий элемент, делитель напряжения и два управляемых ключа, причем входы суммирующего элемента соединены с вхоаом блока линеаризации, а выход уерез делитель напряжения соединен с входами управляемых ключей, выходы которых подключены к выходу блока линеаризации, а управляющие входы ключей - к управляющим входам блока. Повышение точности в предлагаемом устройстве достигается благодаря тому, что стабилизатор тока подключается поочередно к резисторам дифференциальной измерительной схемы с уцравляемых ключей, чем обоспсчиваот- ся идентичность питания этих резисторов, а также повышение в два раза уровня выходного сигнала с диффороициальной резистивной измерительной схемы. Дополнительная дифференциальная розистивная схема позволяет выдели ь разность приращений температурных коэффициентов сопротивления, что обеспечивает получе.ние линейной зависимости выходного сигнала дополнительной дифференциальной резистивной схемы от изменения темп&ратуры, которая используется для темп&ратурной компенсации- дифференциальной измерительной схемы. Использование второго стабилизатора тока и синхронное управление ключами,через которые происходит питание током основной и дополнительной диффе ренциальных схем,позволяет обеспечить необходимое воздействие сигнала термокомпенсации на сигналы температурного дрей фа нуля и чувствительности дифференциаль.ной резистивной измерительной схемы. Вьзделение на входе дополнительного суммирующего устройства сигнала, пропорционального величине измеряемого параметра (давления, температуры, пер&мещения), и воздействия этого сигнала на стабилизатор тока, который осуществляет питание током дифференциальной резистивной измерительной схемы, обеспечивает линеаризацию выходного сигнала основной дифференциальной резистин ной измерительной схемы в процессе измерения. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого преобразователя. Преобразователь теплоэнергетических параметров в токовый выходной сигнал 51О содержит дифференциальную иалерительную схему 1, дифференциальную резиотивную схему 2, включающую в себя два терморезистора с различными температурными коэффициентами сопротивления, стабилизатор 3 напряжения, стабилизаторы 4 и 5 тока, управляемые ключи 6 и 7, суммирующий элемент 8, усил тель 9, суммирующий элемент Ю, д&. литель 11 напряжения, управляемые ключи 12 - 15, суммирующий элемент 16,делитель 17 напряжения,управляемыв 1 8 и 1 П, генератор 2О прямоуголь-.. ных сигнапов, блок 21 температурной компенсации ,и блок 22 линеаризации. Преобразователь теплоэнергетических параметров в токовый выходной сигнал работает следующим образом. С помощью генератора 20 прямоугольных сигналов и управляемых ключей 6 и 7стабилизатор 4 тока поаключается поочередно к резисторам дифференциальной измерительной схемы 1. На выходе дифференциальной измерительной схемы 1 в точках А и Б через полперио да появляются напряжения Ц. и lU. Эти напряжения через суммирующий элемент 8подаются на вход усилителя 9. При отсутствии возл йствия измеряемого параметра Кл Б и U. DR. На выходе суммирующего элемента 8 появляется постоянная составляющая напряжения, пропорциональная Од Ug При нарущении равенства Кд R 5 °Д воздействием измеряемого параметра д Ug на входе усилителя 9 появляется переменное напряжение, пропорцио нальное величине разности U - R величине измеряемого параметра. Разност ный сигнал ид-Uc усиливается усилителем 9 и преобразуется в ток. Температурная компенсация чувствитель ности и дрейфа нуля дифференциальной измерительной схемы 1 осуществляется с помощью дифференциальной резистивной схемы 2 следующим образом. С помощью прямоугольных сигналов с генератора 2О, подаваемых на управляющие входы ключей 14 и 15, стабилизатор 5 тока подключается поочередно к резисторам дифференциальной резиотивной схемы 2 через управляемые ключи 14И 15. На выходе дифференциальной схемы 2 с помощь-ю суммирующего элемента 16 выделяется переменное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре. С использованием этого напряжения, снимаемого с делителя 17 напряжения и подаваемого через управля& 9234 мые ключи 18 и 19 на входы стабилизатора 4 тока в соответствующей фазе, осуществляется коррекция тока стабилизатора 4, обеспечивающего питание резисторов дифференциальной измерительной схемы 1 преобразователя в соответствии с измеряемой температурой. Линеаризация выходного сигйала дифференциальной измерительной схемы осущесгрвляется следующим образом.. Напряжение, возникающее на выходе дифференциальной измерительной схемы 1 под воздействием измеряемого параметра, подается одновременно на входы суммирующего элемента 8 и суммирующего элемента 10, на выходе которого выд&. ляется переменная составляющая, пропорциональная величине измеряемого параметра. Сигнал, снимаемый с делителя 11 напряжения, подается через управляемые ключи 12 и 13 на входы стабилизатора 4 тока в соответствующей фазе синхронно с работой управляющих ключей 6 и 7. Благодаря этому осуществ тяется коррекция тока питания дифференциальной : измерительной.- схемы в сооо ветствии с изменением измеряемого параметра. Таким образом, предлагаемый прео&Р зователь позволяет повысить точность измерения параметров в два раза, усти.ог.«„г, „„„ ранить влияние временной нестабильности стабилизатора 4 тока, питающего дифференциальную измерительную схему 1, и скомпенсировать температурные составляющие погрешности измерения. Формула изобретения 1. Преобразователь теплоэнергетичеоких параметров в токовый выходной сигнал, содержащий дифференциальную измеритепькую схему, стабилизатор тока и Усилитель, стабилизатор напряжения, nejvвый выход которого подключен к точке соединения измерительных резисторов и общей щине, а второй выход соединен с входом стабилизатора тока, о т л и ч аЮ щ и и с я тем, что, с целью повыщенвя точности, в него введены генератор прямоугольных сигналов, два управляемых ключа, суммирующий элемент, блок температурной компенсации и блок линеар. зашш, причем выход стабилизатора тока через управляемые ключи подсоединен к соответствующим выходам дифференциальной измерительной схемы, которые подк лючены к входам суммирующего элемента, выход которого соединен с входом усилителя, а управляющие входы ключей подключены к противофазным выходам генератора прямоугольных сигналов, при этом общая шина и вход бпок темпера турной компенсации подключены соотве1 ственно к первому и второму выходам стабилизатора напряжения, вход блокад линеаризации подключен к выходам днфферен1шальной измерительной схемы,

выходы блоков температурной компенсации и линеаризации подключены к соот в ствующим входам стабилизатора тока а первые и вторые управляющие входы блоков - к противофазным, выходам ген& ратора прямоугольных сигналов.

2, Преобразователь по п, 1, отличающийся тем, что блок температурной компенсации содержит дифференциальную резистивную схему,включающую в себя два терморезистора с различными температурными коэффициентами сопротивления одногознак 1,стабилизатор Тока, суммирующий элемент, делитель напряжения и четыре управлявмых ключа, причем точка соединения резисторов дифференциальной резистивной схемы подключена к общей шине, вход блока подключен к входу стабилизатора тока, выход которого через два

управляемых ключа соедвокен с выходами дифференциальной р езвстнвной схемы и входами суммирующего элемента, выход которохч через делитель напряжения соединен с входами третьего и четверьтого управляемых ключей, выходы которых являются выходами блока температурной компенсации, а управляющие входы первого и второго, третьего и четвертого ключей подсоединены соответст венно к первому и второму ущэавпяюпйм входам блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Контрольно-измерительная техника. Экспресо-информация, № 43, 1970.