устройство для измерения давления

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее датчик с мостовым чувствительным элементом, источник питания датчика, цепочку из предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, последовательно соединенные второй предохранитель и резистор, резистор нагрузки и стабилитрон, при этом источник питания, анод стабилитрона и резистор нагрузки соединены между собой, отличающееся тем, что оно снабжено преобразователем сигнала датчика с регуляторами нуля и диапазона, преобразователем тока, измерителем сигнала и двумя диодами, входы предобразователя сигнала датчика связаны с диагоналями моста, один из выходов преобразователя сигнала связан со свободным концом балластного резистора цепочки, второй с анодом стабилитрона, вход преобразователя тока связан с выходом положительного напряжения источника питания, первый выход со свободным концом резистора нагрузки и одним из входов измерителя сигнала, второй вход которого связан с анодом стабилитрона, второй выход преобразователя тока связан с анодом первого диода, катод которого связан со свободным концом предохранителя цепочки, катод второго диода связан с катодом стабилитрона и со свободным концом резистора, анод второго диода связан с общей точкой балластного и ограничивающего резисторов, а свободный конец второго предохранителя связан с введенным в устройство дополнительным выходом источника питания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения давления при преобразовании неэлектрических величин в электрические.

Известно устройство для измерения давления, содержащее датчик с мостовым чувствительным элементом, источник питания датчика, цепочку из предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, резистор нагрузки и стабилитрон [1]

Недостатком данного устройства является его низкая точность из-за необходимости подбора очень точных резисторов и наличия обратного тока стабилитрона, обеспечивающего искрозащиту датчика.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения давления, содержащее датчик с мостовым чувствительным элементом, источник питания датчика, цепочку из предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, последовательно соединенные второй предохранитель и резистор, резистор нагрузки и стабилитрон, при этом один из выходов источника питания, анод стабилитрона и резистор нагрузки соединены между собой для обеспечения искрозащиты [2]

Недостатком данного устройства является его низкая точность из-за требований к точности резисторов и наличия обратного тока стабилитрона.

Технический эффект изобретения заключается в повышении точности измерения давления при обеспечении надежности искробезопасного питания.

Это достигается тем, что устройство, содержащее датчик с мостовым чувствительным элементом, источник питания датчика, цепочку из предохранителя, ограничивающего и балластного резисторов, последовательно соединенные второй предохранитель и резистор, резистор нагрузки и стабилитрон, при этом один из выходов источника питания, анод стабилитрона и резистор нагрузки соединены между собой, согласно изобретению, снабжено преобразователем сигнала датчика с регуляторами нуля и диапазона, преобразователем тока, измерителем сигнала и двумя диодами, входы преобразователя сигнала датчика связаны с диагоналями моста, один из выходов преобразователя сигнала датчика связан со свободным концом балластного сопротивления цепочки, второй с анодом стабилитрона, первый вход преобразователя тока связан с выходом положительного напряжения источника питания, первый выход преобразователя тока связан со свободным концом резистора нагрузки и одним из входов измерителя сигнала, второй вход которого связан с анодом стабилитрона, второй выход преобразователя тока связан с анодом первого диода, катод которого связан со свободным концом предохранителя цепочки, катод второго диода связан с катодом стабилитрона и со свободным концом резистора, анод второго диода связан с общей точкой балластного и ограничивающего резисторов, а свободный конец второго предохранителя связан с введенным в устройство дополнительным положительным выходом источника питания.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства, а на фиг. 2 вариант выполнения устройства с возможной принципиальной схемой преобразователя сигнала датчика.

Устройство содержит источник 1 питания, потребляющий переменный ток сети, преобразователь 2 тока, вход которого связан с выходом положительного напряжения источника 1 питания, первый диод 3, анод которого связан с первым выходом преобразователя 2 тока, связанную с катодом первого диода 3 цепочку из последовательно соединенных предохранителя 4, ограничивающего и балластного резисторов 5 и 6, преобразователя 7 сигнала, выход которого связан со свободным концом балластного резистора 6, при этом в преобразователе 7 сигнала датчика имеются регуляторы 8 и 9 нуля и диапазона и датчик 10 с мостовым чувствительным элементом. Диапазон моста датчика 10 связан с входами преобразователя 7 сигнала датчика 10. Устройство содержит также второй диод 11 и стабилитрон 12, связанные катодами между собой и с последовательно соединенными резистором 13 и вторым предохранителем 14. Свободный конец второго предохранителя 14 связан с введенным в устройство дополнительным положительным выходом источника 1 питания. Анод второго диода 11 связан с общей точкой балластного и ограничивающего резисторов 5 и 6. Кроме того, устройство содержит резистор 15 нагрузки и вольтметр 16 при этом один конец резистора 15 нагрузки связан со вторым выходом преобразователя 2 тока и с одной клеммой вольтметра 16, а второй конец со второй клеммой вольтметра 16, выходом отрицательного напряжения источника 1 питания, анодом стабилитрона 12 и вторым выходом преобразователя 7 сигнала датчика 10.

Преобразователь 7 сигнала датчика 10 может быть выполнен в виде стабилизатора 17, дифференциального усилителя 18, преобразователя 19 напряжения в выходной сигнал, вспомогательного усилителя 20, транзистора 21, делителя 22 напряжения, токозаземляющего резистора 23, дополнительных резисторов 24, 25 и 26 и ограничителей регулировки нуля и диапазона 27 и 28.

Устройство работает следующим образом.

В нормальном режиме измерения источник 1 питания обеспечивает питание стабилизатора 17 и дифференциального и вспомогательного усилителей 18 и 20. При этом величина питающего напряжения ограничивается резисторами 5 и 6 до такого уровня, чтобы обеспечить выходной ток датчика 10 в номинальном диапазоне (обычно 4-20 мА). Стабилизатор 17 с помощью делителя 20 задает потенциал на неинвертирующем входе вспомогательного усилителя 20. Тот же потенциал возникает и на его инвертирующем входе благодаря действию отрицательной обратной связи, охватывающей усилитель 20 через токозадающий резистор 23 и дополнительный резистор 24. Напряжение стабилизатора 17, делитель 22, вспомогательный усилитель 20 и сопротивление токозадающего резистора 23 подбираются таким образом, чтобы обеспечить точное и стабильное напряжение и ток на токозадающем резисторе 23. При этом напряжение на входной диагонали моста оказывается равным. Правильный подбор резисторов 24 и 26 обеспечивает номинальный выходной ток в режиме покоя 4 мА. Точную подстройку номинального выходного тока в режиме покоя осуществляют с помощью регулятора 8 нуля переменного резистора и ограничителя регулировки 27 нуля, который ограничивает диапазон датчика. На выходе верхнего значения диапазона ток составляет 20 мА. Это значение подстраивается регулятором 9 диапазона и ограничителем 28, который также ограничивает верхний предел регулировки диапазона датчика. Вследствие нелинейности мостового чувствительного элемента датчика 10 при наличии резистора 25 изменение тока в нем пропорционально изменению выходного напряжения дифференциального усилителя 18. Это изменение проходит по резистору 24, вызывая увеличение напряжения на выходе мостового чувствительного элемента. При правильном выборе сопротивления резистора 25 зависимость выходного тока с преобразователя 7 от неэлектрической величины (измеряемого давления) можно сделать линейной, не зависящей от отрицательной второй производной нелинейной функции неэлектрической величины. Ток преобразователя 7 сигнала поступает на преобразователь 2 тока и через него - на резистор 15 нагрузки. Измеритель 16 определяет изменение напряжения на резисторе 15 нагрузки прямо пропорционально току, в свою очередь пропорциональному величине измеряемого давления.

В аварийном режиме на входе преобразователя 2 тока может возникнуть напряжение, амплитуда которого по модулю равна амплитуде переменного напряжения на вторичной обмотке трансформатора источника 1 питания, так как он потребляет питание от сети. Отрицательное значение этого напряжения не представляет опасности благодаря запиранию первого диода 3. Положительное значение этого напряжения благодаря резистору 13, стабилитрону 12 и второму диоду 11 ограничивается до определенного уровня. Этот уровень может быть сделан безопасным для обеспечения электрозащиты за счет правильного подбора ограничивающего резистора 5. Выбор сопротивления резистора 13 (очень большого) обеспечивает отсутствие изменений напряжения между анодами второго диода 11 и стабилитрона 12. При таких условиях преобразователь 7 сигнала может быть размещен во взрывоопасной зоне рядом или в одном корпусе 29 с датчиком 10 при соответствующем заземлении, а источник 1 питания с остальными элементами может быть размещен во взрывобезопасной зоне, при этом корпус 30 также должен быть заземлен. Расчет показывает, что при правильном подборе всех элементов схемы (при этом все элементы достаточно низкой точности) можно обеспечить суммарную погрешность измерения давления, не превышающую 0,1-0,13%

Литература:

1. Патент Великобритании N 2205699А.

2. ГОСТ 22782.5-78.4