устройство для измерения давления

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее тензорезисторный мост, входная диагональ которого подключена к его источнику питания, дифференциальный усилитель, вход которого соединен с выходной диагональю моста, а выход - со входом аналого-цифрового преобразователя, микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, цифровой датчик температуры, температурный корректор, идентификатор, обратный преобразователь и сумматор, причем выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом идентификатора, второй вход которого связан со вторым выходом микропроцессора, выход идентификатора соединен с первым входом обратного преобразователя, второй вход обратного преобразователя связан с третьим выходом микропроцессора, первый выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход обратного преобразователя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого связан с выходом температурного корректора, а третий вход сумматора соединен с четвертым выходом микропроцессора, первый вход которого связан с выходом сумматора, третий вход обратного преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, пятый выход микропроцессора соединен со вторым входом температурного корректора, первый вход которого связан с выходом цифрового датчика температуры, второй вход микропроцессора связан с выходом постоянного запоминающего устройства, вход которого связан с седьмым выходом микропроцессора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены трехкомпонентный цифровой акселерометр, корректор положения и драйвер цифрового интерфейса передачи данных, при этом выход трехкомпонентного цифрового акселерометра соединен с первым входом корректора положения, второй вход которого связан с шестым выходом микропроцессора, выход корректора положения соединен с четвертым входом сумматора, а вход драйвера цифрового интерфейса передачи данных связан с восьмым выходом микропроцессора, третий вход которого соединен с выходом драйвера цифрового интерфейса передачи данных.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давлений измерительными устройствами, построенными на базе тензорезисторных мостов.

Известно устройство для измерения давления, содержащее тензорезисторный мост, входная диагональ которого подключена к его источнику питания, дифференциальный усилитель, вход которого соединен с выходной диагональю моста, а выход связан со входом аналого-цифрового преобразователя, микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, аналоговый коммутатор, термочувствительный мост и цифровой индикатор [1].

Недостатками данного устройства являются: недостаточная точность измерения давления в связи с косвенной коррекцией температурной зависимости тензорезисторного моста и итерационным приближенным вычислением значения давления; сужение функциональных возможностей устройства связанных с невозможностью осуществления сравнения и сигнализации значения давления при достижении входным давлением порогового уровня.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения давления. Устройство содержит тензорезисторный мост, входная диагональ которого подключена к его источнику питания, дифференциальный усилитель, вход которого соединен с выходной диагональю моста, а выход - с первым входом аналого-цифрового преобразователя, при этом выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом идентификатора, второй вход которого связан со вторым выходом микропроцессора, выход идентификатора соединен с первым входом обратного преобразователя, второй вход обратного преобразователя связан с третьим выходом микропроцессора, первый выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход обратного преобразователя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого связан с выходом температурного корректора, а третий вход сумматора соединен с четвертым выходом микропроцессора, первый вход которого связан с выходом сумматора, третий вход обратного преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, пятый выход микропроцессора соединен со вторым входом температурного корректора, первый вход которого связан с выходом цифрового датчика температуры, второй вход микропроцессора соединен с первым выходом постоянного запоминающего устройства, вход которого связан с седьмым выходом микропроцессора, а также компаратор и блок индикации и клавиатуры [2].

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения, обусловленная его чувствительностью к действию силы тяжести и проявляющаяся в изменении начального сигнала устройства при нулевом значении давления с изменением положения устройства в пространстве. Эта чувствительность обусловлена тем, что при измерении давления, в том числе агрессивных сред, тензорезисторный мост посредством электроизоляционной жидкости изолируют от непосредственного контакта с агрессивной средой, которой при измерении положения устройства в пространстве деформирует тензорезисторный мост, что влечет за собой возникновение погрешности измерений.

Целью предлагаемого изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения давления, содержащее тензорезисторный мост, входная диагональ которого подключена к его источнику питания, дифференциальный усилитель, вход которого соединен с выходной диагональю моста, а выход - со входом аналого-цифрового преобразователя, микропроцессор, постоянное запоминающее устройство, цифровой датчик температуры, температурный корректор, идентификатор, обратный преобразователь и сумматор, причем выход впалого-цифрового преобразователя соединен с первым входом идентификатора, второй вход которого связан со вторым выходом микропроцессора, выход идентификатора соединен с первым входом обратного преобразователя, второй вход обратного преобразователя связан с третьим выходом микропроцессора, первый выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя, выход обратного преобразователя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого связан с выходом температурного корректора, а третий вход сумматора соединен с четвертым выходом микропроцессора, первый вход которого связан с выходом сумматора, третий вход обратного преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, пятый выход микропроцессора соединен со вторым входом температурного корректора, первый вход которого связан с выходом цифрового датчика температуры, второй вход микропроцессора связан с выходом постоянного запоминающего устройства, вход которого связан с седьмым выходом микропроцессора, согласно предлагаемому изобретению в него дополнительно введены трехкомпонентный цифровой акселерометр, корректор положения и драйвер цифрового интерфейса передачи данных, при этом выход трехкомпонентного цифрового акселерометра соединен с первым входом корректора положения, второй вход которого связан с шестым выходом микропроцессора, выход корректора положения соединен с четвертым входом сумматора, а вход драйвера цифрового интерфейса передачи данных связан с восьмым выходом микропроцессора, третий вход которого соединен с выходом драйвера цифрового интерфейса передачи данных.

При изменении положения устройства в пространстве воздействие силы тяжести деформирует тензорезисторный мост и за счет этого изменяется сигнал на выходе тензорезисторного моста. Это изменение представляет собой дополнительную погрешность измерения. Трехкомпонентный цифровой акселерометр определяет направление действия силы тяжести и передает измерительный сигнал в корректор положения. Корректор положения определяет поправку на положение и передает ее в сумматор, который за счет этой поправки устраняет дополнительную погрешность от действия силы тяжести.

На чертеже представлено устройство для измерения давления, которое содержит тензорезисторный мост 1, входная диагональ которого подключена к его источнику питания 2, дифференциальный усилитель 3, вход которого соединен с выходной диагональю моста 1, а выход - со входом аналого-цифрового преобразователя 4. При этом выход аналого-цифрового преобразователя 4 соединен с первым входом идентификатора 5, второй вход которого связан со вторым выходом микропроцессора 6. Выход идентификатора 5 соединен с первым входом обратного преобразователя 7, второй его вход связан с третьим выходом микропроцессора 6, первый выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя 4. Выход обратного преобразователя 7 соединен с первым входом сумматора 8, второй вход которого связан с выходом температурного корректора 9, а третий вход сумматора 8 соединен с четвертым выходом микропроцессора 6, первый вход которого связан с выходом сумматора 8. Третий вход обратного преобразователя 7 соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 4. Пятый выход микропроцессора 6 соединен со вторым входом температурного корректора 9, первый вход которого связан с выходом цифрового датчика температуры 10. Второй вход микропроцессора 6 соединен с выходом постоянного запоминающего устройства 11, вход которого связан с седьмым выходом микропроцессора 6. Введены трехкомпонентный цифровой акселерометр 12, корректор положения 13 и драйвер цифрового интерфейса передачи данных 14. Выход трехкомпонентного цифрового акселерометра 12 соединен с первым входом корректора положения 13, второй вход которого связан с шестым выходом микропроцессора 6, выход корректора положения 9 соединен с четвертым входом сумматора 8, а вход драйвера цифрового интерфейса передачи данных 14 связан с восьмым выходом микропроцессора 6, третий вход которого соединен с выходом драйвера цифрового интерфейса передачи данных 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При воздействии давления сопротивление тензорезисторного моста 1 изменяется и на измерительной его диагонали появляется напряжение, которое усиливается дифференциальным усилителем 3 и подается на аналого-цифровой преобразователь 4. Цифровой код аналого-цифрового преобразователя 4 подается в идентификатор 5, который осуществляет идентификацию нелинейной функции выходной характеристики тензорезисторного моста 1 путем определения коэффициентов заданной аппроксимирующей функции в режиме калибровки устройства. Обратный преобразователь 7 формирует на выходе величину входного давления по обратной аппроксимирующей функции, компенсируя тем самым нелинейность тензорезисторного моста 1. Сигнал с цифрового датчика температуры 10 поступает в температурный корректор 9, который формирует температурную поправку, компенсируя погрешность тензорезисторного моста 1 от изменения температуры. Сигнал с трехкомпонентного цифрового акселерометра 12 поступает в корректор положения 13, который формирует поправку на положение устройства в пространстве, компенсируя погрешность тензорезисторного моста 1 от изменения положения в пространстве. Сумматор 8 осуществляет вычисление значения давления с учетом температурной поправки и поправки на положение. Микропроцессор 6 выполняет общее управление функциональными блоками устройства для измерения давления и обеспечивает передачу уставок из постоянного запоминающего устройства 11 в идентификатор 5, обратный преобразователь 7, температурный корректор 9 и корректор положения 13. Микропроцессор 6 также выполняет передачу выходного сигнала устройства посредством драйвера цифрового интерфейса передачи данных 14. Электрическое питание тензорезисторного моста 1 обеспечивается источником питания 2.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение точности измерения. Повышение точности измерения достигается тем, что следствия деформаций тензорезисторного моста при изменении положения устройства в пространстве устраняются за счет внесения в результат измерения давления поправки на положение, определяемой корректором положения на основании показаний трехкомпонентного цифрового акселерометра.

Источники информации

1. А.С. № 1800298 А1, G01L 9/04. Устройство для измерения температуры, опубл. 07.03.1993 г., Бюл. 9.

2. RU патент № 2196970 С2, G01L 9/04. Устройство для измерения температуры, опубл. 20.01.2003 г.