Преобразователь теплоэнергетических параметров в токовый выходной сигнал

 

Союз Советскнк

Социалистических

Ресирблнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11).1000923 (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 17.01.80 (21) 2869792/18„,21 (5l)M. Кл.

С 01Я 17/10 с присоединением заявки М 2889524/18-21

2902708/18-21 (23) Приоритет

Гесумретвеккьй кюкитет

СССР

Опубликовано 28.02.83. Бюллетень М 8

Дата опубликования описания 28.02.83 вв делан кэевретвкнк и аткрнтий (53) УДК621., 17. .733 (088.8) (72) Авторы изобретения

E. Ф. Королев, Н. А. Поваляев, В. И. Свир

Государственный ордена Трудового Красного научно-исследовательский институт теплоэне приборостроения (? 1 ) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

ПАРАМЕТРОВ В ТОКОВЫЙ ВЫХОДНОЙ

СИГНАЛ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах измерения теплоэнергетических параметров (давления, температуры, перемещения).

Известен полупроводниковый преобразователь давления в токовый выходной сигнал, содержащий расположенную на упругом чувствительном элементе тенэометрическую схему, включающую в себя один тенэорезистор и два термьрезистора, стабилизатор напряжения, два стабилизатора тока и подсоединенный к выходам тензометрической схемы усилитель постоянного тока, а также цень обратной связи 11 ) .

Недостаток устройства -. низкая точность иэ-эа того, что тензорезистор имеет нелинейную характеристику, до- тп статочно большой по величине ТКС, Коз+. фкциент тензочувствительности зависит от температуры. Стабилизаторы тока имеют сильную зависимость тока от температуры, высокий уровень низкочастотных шумов, нестабильный во времени.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь 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 стабилизато ров тока, выходы которых соединены с другими концами тензометрических резйсторов и с входами дифференциального усилителя постоянного тока (2) .

К недостаткам устройства относятся составляющие погрешности преобразования, обусловленные низкочастотными шумами стабилизаторов тока и их временной нестабильностью, составляющие погрешности, обусловленные разностью нелинейности, ТКС, температурных характеристик коэффициентов тензочувстви

3 1000923 тельности тензорезисторов, а также раз- ностью температурных характеристик стабилизаторов тока.

Цель изобретения — повышение точности преобразования теплоэнергетических параметров в токовый выходной сигнал.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь теплоэнергетических параметров в токовый сигнал, содержащий дифференциальную измеритель- 10 ную схему, стабилизатор тока и усилитель стабилизатор напряжения, первый выход которого подсоединен к точке соединения измерительных резисторов и общей шине, а второй выход соепинен с входом стабили- 15 затора тока, введены генератор прямоугольных сигналов, два управляемых ключа, суммирующий элемент, блок температурной компенсации и блок линеаризапли, причем выход стабилизатора тока через 20 управляемые ключи подсоединен к соответствующим выходам дифференциальной измерительной схемы, которые подключены к входам суммирующего элемента, выход кото-.

)рого соединен с входом усилителя,а управ- 25 ляюшие входы ключей подключены к противофазным выходам генератора прямоуголь ных сигналов, при этом общая шина и ахоп бло ка температурной компенсации подключены соответственно к первому и второму ! выходам стабилизатора напряжения, вход блока линеаризации подключен к выходам дифференциальной измерительной схемы, выходы блоков температурной компенсации и линеаризации подключены к comaerствующим 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 сопротивления одного знака, стабилизатор тока, суммирующий элемент, делитель напряжения и четыре управляемых ключа, причем точка соединения резисторов дифференциальной резистивной схемы йодключена к общей шине, вход блока подключен к входу стабилизатора тока, выход которого через два управляемых ключа соединен с выходами дифференциальной резистивной схемы и входами суммирующего 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 подключе ны соответственно к первому и второму управляющим входам блока.

Блок линеаризации содержит суммирующий элемент, делитель напряжения и два управляемых ключа, причем входы суммирующего элемента соединены с вхоаом

1 блока линеаризации, а выход через деш тель напряжения соединен с входами управляемых ключей, выходы которых подключены к выходу блока линеаризации, а управляющие входы ключей — к управляк щим входам блока.

Повышение точности в предлагаемом устройстве достигается 6лагодаря тому, что стабилизатор тока подключается поочередно к резисторам днфференциаль ной измерительной схемы с помо цью управляемых ключей, чем обеспечивает ся идентичность питания этих резисторов, а также повышение в два раза уровня выходного сигнала с дифференциальной резистивной измерительной схемы. Дополнительная дифференциальная резистиьная схема позволяет выдолиь разность приращений температурных коэффициентов сопротивления, что обеспечивает получ ние линейной зависимости вы ходного сигнала дополнительной дифференциальной резистивной схемы от изменения температуры, которая используется для темпе ратурной компенсации. дифференциальной измерительной схемы. Использование второго стабилизатора тока и синхронное управление ключами, через которые происходит питание током основной и дополнительнойдифференциальных схем, позволяет обеспечить необходимое воздействие сигнала термокомпенсации на сигналы температурного дрей фа нуля и чувствительности дифференциаль .ной резистивной измерительной схемы.

Выделение на входе дополнительного суммирующего устройства сигнала, пропорционаж ного величине измеряемого параметра (давления, температуры, перемещения), и воздействия этого сигнала на стабилизатор тока, который осуществляет питание током дифференциальной резистивной измерительной схемы, обеспечивает линеаризацию выходного сигнала основной дифференциальной резистивной измерительной схемы в процессе измерения.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого преобразователя.

Преобразователь теплоэн ергетических параметров в токовый выходной сигнал

% 100 содержит дифференциальную измерительную схему 1, дифференциальную резистивную 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, усилитель 9, суммируюший элемент 10, делитель 11 напряжения, управляемые 14 ключи 12 — 15, суммирующий элемент

16,делитель 17 напряжения, управляемые ключи 1 8 и 1 <, генератор 20 прямоуголь-. ных сигналов, блок 21 температурной компенсации и блок 22 линеаризации.

Преобразователь теплоэнергетических параметров в токовый выходной сигнал работает следующим образом.

С помощью генератора 20 прямоуголь ных сигналов и управляемых ключей 6 и 26

7 стабилизатор 4 тока подключается поочередно к резисторам дифференциальной изморитсльной схемы 1. На выходе дифференциальной измерительной схемы

1 в точках А и Б через каждые полперио да появляются напряжения О, и 06, Эти напряжения через суммирующий элемент

8 подаются на вход усилителя 9. При отсутствии soap"йствия измеряемого параметра Я 1 = Р и О = ЭР =О,=Э@ .30

На выходе суммирующего элемента 8 появляется постоянная составляющая напряжения, пропорциональная Од = О

При нарушении равенства Рр = R5 под е воздействием измеряемого параметра

О g О и вхооце усилителя 9 ляется переменное напряжение, пропорцио» нальное величине разности U> -05, т.е. величине измеряемого параметра. Раэностный сигнал ОА — U р усиливается усилите щ лем 9 и преобразуется в ток.

Температурная компенсация чувствитепьности и дрейфа нуля дифференциальной измерительной схемы 1 осуществляется с помощью дифференциальной резистивной схемы 2 следующим образом.

С помощью прямоугольных сигналов с генератора 20, подаваемых на управляющие входы ключей 14 и 15, стабилизатор 5 тока подключается поочередf6 но к резисторам дифференциальной рези тивной схемы 2 через управляемые ключи 14 и 15. На выходе дифференциальной схемы 2 с помощью суммирующего элемента 16 выделяется переменное напряжение, пропорциональное измеряемой температуре. С использованием этого напряжения, снимаемого с делителя 17 напряжения и подаваемого через управляе0923 4 мые ключи 18 и 19 на входы стабилизатора 4 тока в соответствующей фазе, осуществляется коррекция тока стабили затора 4, обеспечивающего питание рвзисторов дифференциальной измерительной схемы 1 преобразователя в соответствии с измеряемой температурой.

Линеаризация выходного сигнала диффв ренциальной измерительной схемы осущес в вляется следующим образом.

Напряжение, возникающее на выходе дифференциальной измерительной схемы 1 под воздействием измеряемого параметра

P -э подается одновременно на входы суммирующего элемента 8 и суммирующего элемента 10, на выходе которого выделяется переменная составляющая, пропор» циональная величине измеряемого параметра. Сигнал, снимаемый с делителя

11 напряжения, подается через управляв мые ключи 12 и 13 на входы стабилизатора 4 тока в соответствующей фазе синхронно с работой управляющих клю»чей 6 и 7. Благодаря этому осуществ»ляется коррекция тока питания диффереи циальной:измерительной,", схемы в coop ветствии с изменением измеряемого, параметра.

Таким образом, предлагаемый преоб разователь позволяет повысить точность измерения параметров в два раза, устранить влияние временной нестабильности стабилизатора 4 тока, питающего диффе» ренциальную измерительную схему 1, и скомпенсировать температурные составляющие погрешности измерения.

Формула изобретения

1. Преобразоватепь теплоэнергетичео ких параметров в токовый выходной сигнал, содержащий дифференциальную измерительную схему, стабилизатор тока и усилитель, стабилизатор напряжения, первый выход которого подключен к точке соединения измерительных резисторов и общей шине, а второй выход соединен с входом стабилизатора тока, о т л и ч аю ш и и с я тем, что, с цепью повышении точности, в него введены генератор пря моугольных сигналов, два управляемых ключа, суммируюший элемент, блок температурной компенсации и блок линеари зации, причем выход стабилизатора тока через управляемые ключи подсоединен к соответствующим выходам дифференциальной измерительной схемы, которые подк лючены к входам суммирующего элемен1000023

7 та, выход которого соединен с входом усилителя, а управшпошие входы ключей подключены к противофазным выходам генератора прямоугольных сигналов, цри этом общая шина и вход бложйтемпера турной компенсации подключены cooTser ственно к первому и второму выходам стабилизатора напряжения, вход блока линеаризации подключен к выходам дифференциальной измерительной схемы, выходы блоков температурной компенса ции и линеаризации подключены к соответствующим входам стабилизатора тока, а первые и вторые управляющие входы блоков - к противофазным. выходам ген - >> ратора прямоугольных сигналов.

2. Преобразователь по п. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что блок температурной компенсации содержит дифференциальную резистивную схему, включаю- 26 шую в себя два терморезистора с различными температурными коэффициентами сопротивления одного знака, стабилизатор тока, суммируюший элемент, делитель напряжения и четыре управляе- И мых ключа, причем точка соединения резисторов дифференциальной резистивной схемы подключена к общей шине, вход блока подключен к входу стабилизатора тока, выход которого через два 30 управляемых ключа соединен с выходами дифференциальной резястивной схемы и входами суммирующего элемента, выход которого через делитель напряжения соединен с входами третьего и четвертого управляемых ключей, выходы которых являются выходами блока температурной компенсации, а управляющие вхо.л ды первого и второго, третьего и четвертого ключей подсоединены соответсч венно к первому и второму управляющим входам блока.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что блок линеаризапии содержит суммируюший элемент, делитель напряжения и два управляемых ключа, причем входы суммирующего элемента соединены с входом блока линеаризации, а выход через делитель напряжения соединен с входами управляемых ключей, выходы которых подключены к выходу блока линеаризации, а управляющие входы ключей — к управляюшнм входам блока.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США % 3646815, кл. 73-398.

2. Контрольно-измерительная техника. Экспресс-информация, N 43, 1970.

1000923

Составитель B. Семенчук

Редактор А. Лежнина Техред Ж.Кастелевич Корректор И. Ватрушкина

Заказ 1372/47 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4