Устройство для измерения давления Советский патент 1989 года по МПК G01L9/04 

31

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам дистанционного измерения давления, и может быть использовано для измерения быстропеременных давлений в условиях действия нестационарных температур.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение конструкции уст- ройства.

На фиг. 1 и 2 показан датчик дав- ления на фиг. 3 - измерительная схема устройства для измерения давления

Датчик давления (фиг. 1) содержит корпус 1, мембрану 2, стержневой упругий элемент 3 с металлопленочными тензорезисторами 4-7, сформированными на плоской грани А. Тензорезисто- ры А-7 соединены в мостовую измери- тельную цепь и образуют на плоскости грани А квадрат, при этом тензорезис торы 5 и 7 параллельны продольной оси Стержня, а тензорезисторы 4 и 6 перпендикулярны продольной оси стерж ня. Контактные площадки 8-11 (фиг.2) служат для подключения мостовой измерительной цепи к измерительной схеме, изображенной на фиг. 3.

К диагонали мостовой измерительно цепи подводится напряжение , источ ника питания. С противоположной диа- моста из тензорезисторов 4-7 снимается сигнал, который через усилитель 12 и регулятор 13 напряжения поступает на выход прибора. Один конец этой же диагонали (контактная точка 9) соединен с входом усилителя 14, а другой конец (контактная точка 11) - с входом усилителя 15. Выход усилителя 15 соединен со втЪрым входом сумматора 16. Выход сумматора 16 соединен с входом управления регулятора 13 напряжения.

Устройство работает следующим об- разом.

При подаче измеряемого давления со стороны мембраны 2 происходит деформация стержневого упругого элемента 3, Металлопленочные тензорезисто- ры 4-7 (фиг. 1), сформированные на плоской грани А стержневого упругого элемента 3, испытывают деформацию: тензорезисторы 5 и 7 - продольную, а тензорезисторы 4 и 6 - поперечную,

Вследствие этого на выходе мостовой измерительной цепи появляется сигнал, пропорциональньй измеряемому давлению. Этот сигнал усиливается

усилителем 12 и подается через регулирующий элемент (регулятор напряжения) 13 на вход прибора,

При воздействии на датчик статических или медленно меняющихся температур, когда температура по длине стержневого упругого элемента распределяется равномерно, тензорезисторы 4 и 6 находятся практически в одинаковых температурных условиях, В этом случае падения напряжения на этих тензорезисторах равны: как без нагрузки (давления), так и при действии нагрузки, поскольку тензорезисторы 4 и 6 воспринимают одинаковую деформацию одного знака (они расположены перпендикулярно продольной оси стержневого упругого элемен та), Таким образом, при статических или медленно меняющихся температурах, когда градиент температуры по длине стержневого упругого элемента равен нулю, с выхода усилителей 14 и 15 на сумматор 16 подается одинаковое напряжение. Сумматор 16 выполняет операцию вычитания, В результате разностный сигнал на выходе сумматора равен нулю и на вход управления регулятора 13 напряжения сигнал не поступает.

При воздействии на датчик нестационарных температур, когда температура по длине стержневого упругого элемента распределяется неравномерно, т.е. имеет место градиент температуры по длине, тензорезисторы 4 и 6 оказываются в неодинаковых температурных условиях, так как тензоре- зистор 6 расположен у основания стержнево го элемента, а тензорезистор 4 - у его вершины. Тензорезис«

торы 5 и 7 имеют при этом одинаковые температурные условия, так как они расположены идентичным образом по длине упругого элемента. Изменения сопротивлений тензорезисторов 5 и 7 от температуры будут одинаковыми.

Вследствие различия температурных условий тензорезисторов 4 и 6 их сопротивления оказываются неодинаковыми, неодинаковымистановятся и падения напряжений на них. В результате на выходе усилителей 14 и 15 сигналы оказываются не равными по величине и с выхода сумматора 16 разнос ный сигнал, отличный от нуля, поступает на вход управления регулятора 13 напряжения. Разностный сигнал

514

тем больше, чем больше градиент температуры по длине упругого эпемента. Регулятор 13 напряжения, управляемый поступающим на вход управления сигналом, обеспечивает компенсацию погрешности, возникающей на выходе мостовой измерительной цепи, благодаря чему выходной сигнал является нечувствительным к нестационарным темпе- ратурам, действующим на датчик, а выходной сигнал зависит только от изменения давления.

Использование предлагаемого устрой- ства повышает точность при работе в условиях действия нестационарных температур.

Предлагаемое устройство (по сравнению с. известными) просто конструк- тивно и надежно.

Формула изобретения

Устройство для измерения давления содержащее датчик давления в виде корпуса, в котором размещены мембрана и стержневой упругий злемент, на

56

njiocKoft грани KoTcip -r з сф 1рмиро;5ак з epитe.ьньtй мост из четырех -.снзо резисторов, два fi3 KOTOpbtx оС азуК - противоположны€; плечи моста и параллельны оси стержневого упругого элемента, а два других перпендикулярны оси и расположены один - у основания упругого элемента, а другой - у его вершины, первый усилитель, подключенный к выходной диагонали моста, второй усилитель, сумматор, регулятор напряжения, источник питания и измерительный прибор, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точнЪсти и упрощения устройства, в него введен третий усилитель, который подключен к плечу моста с тензо- резистором, расположенным у вершины стержневого упругого элемента, а второй усилитель подключен к противоположному плечу моста, причем второй И третий усилители подключены через сумматор к входу управления регулятора напряжения, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя, а выход - с измерительным прибором.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения с повышенной точностью быстропеременных давлений в условиях действия нестационарных температур. При подаче измеряемого давления со стороны мембраны 2 происходит деформация стержневого упругого элемента 3. Вследствие этого на выходе мостовой измерительной цепи, сформированной в виде металлопленочных тензорезисторов 4-7 на плоской грани элемента 3, появляется сигнал. При воздействии на устройство нестационарных температур вследствие различия температурных условий тензорезисторов 4 и 6 на выходе усилителей сигналы оказываются не равными по величине. Регулятор напряжения, управляемый поступающим на вход управления сигналом, обеспечивает компенсацию температурной погрешности. 3 ил.

---

11

tJ. пит

Фиг. 5