RU2515079C2 - Method to measure pressure and intelligent pressure sensor on its basis - Google Patents

Method to measure pressure and intelligent pressure sensor on its basis Download PDF

Info

Publication number
RU2515079C2
RU2515079C2 RU2012118123/28A RU2012118123A RU2515079C2 RU 2515079 C2 RU2515079 C2 RU 2515079C2 RU 2012118123/28 A RU2012118123/28 A RU 2012118123/28A RU 2012118123 A RU2012118123 A RU 2012118123A RU 2515079 C2 RU2515079 C2 RU 2515079C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diagonal
pressure
measurement
supply
voltages
Prior art date
Application number
RU2012118123/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012118123A (en
Inventor
Евгений Михайлович Белозубов
Валерий Анатольевич Васильев
Павел Сергеевич Чернов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ)
Priority to RU2012118123/28A priority Critical patent/RU2515079C2/en
Publication of RU2012118123A publication Critical patent/RU2012118123A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2515079C2 publication Critical patent/RU2515079C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: proposed invention relates to measurement equipment and may be used to measure pressure of liquid and gaseous media. The proposed group of inventions includes the method of pressure measurement using a resistance strain pressure gauage on the basis of a nano- and microelectromechanical systems (NiMEMS) and an intelligent pressure sensor based on NiMEMS. At the same time in the method of pressure measurement, in the mode of calibration and measurement they simultaneously record data of voltages between units of a supply diagonal Upt, between one unit of the supply diagonal and each unit of a measurement diagonal (Uiz1, Uiz2). In the mode of calibration they save data for calculation of voltages Uiz1, Uiz2, and in the measurement mode they calculate the measured value of pressure P based on the voltages of the supply diagonal Upt and the measurement diagonal Uiz=Uiz1-Uiz2 and saved at the stage of data calibration. Then voltages are calculated between the unit of the supply diagonal and each unit of the measurement diagonal, based on the value of measured pressure P, voltage of the supply diagonal Upt and saved at the stage of data calibration, they determine the difference between the calculated and measured values of voltages Uiz1, Uiz2. If this difference exceeds the value of the stability criterion, then the decision is made on unreliability of pressure measurement result. The intelligent pressure sensor based on NiMEMS, which implements the proposed method of pressure measurement, comprises a bridge measurement circuit from strain gauges, a current source, three analogue-digital converters, a computing device, a permanent memory and a digital interface, besides, the computing device of the self-control unit, the second, third and fourth inlets of which are connected to the first, second and third outputs of the unit of ADC code conversion into the numerical value of voltage, and the fifth inlet is connected to the fourth inlet of the computing device. The objective of the proposed invention is to increase reliability of the measurement result by introduction of self-control of the sensor and realisation of inspection of validity of pressure measurement due to comparison of measured and computed values of voltages between one unit of the supply diagonal and each of the units of the measurement diagonal.
EFFECT: increased reliability of the measurement result by introduction of self-control of the sensor and realisation of inspection of validity of pressure measurement due to comparison of measured and computed values of voltages between one unit of the supply diagonal and each of the units of the measurement diagonal.
2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давления жидких и газообразных сред.The present invention relates to measuring technique and can be used to measure the pressure of liquid and gaseous media.

Известны способы измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления и устройства для измерения давления [1, 2], в которых измеряемое давление вычисляют из напряжений питающей и измерительной диагоналей мостовой измерительной схемы, а тензорезисторный преобразователь выполняют в виде нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС) [3, 4].Known methods for measuring pressure using a strain gauge pressure sensor and a device for measuring pressure [1, 2], in which the measured pressure is calculated from the voltages of the supply and measuring diagonals of the bridge measuring circuit, and the strain gauge converter is made in the form of a nano- and microelectromechanical system (NIMEMS) [ 3, 4].

Недостатком таких способов и устройств является невозможность обнаружения факта изменения сопротивлений тензорезисторов (в результате старения, выхода из строя и т.п.) и, соответственно, недостоверности результата измерения.The disadvantage of such methods and devices is the inability to detect the fact of a change in the resistance of the strain gauges (as a result of aging, failure, etc.) and, accordingly, the inaccuracy of the measurement result.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является выбранный в качестве прототипа способ измерения давления и тензорезисторный датчик давления на его основе [5]. Он заключается в том, что воздействие измеряемого давления преобразуется в изменение сопротивлений тензорезисторного преобразователя (тензорезисторной НиМЭМС), подключенного к источнику тока, измерении напряжений в измерительной и питающей диагоналях мостовой измерительной цепи и преобразовании измеренных значений напряжений в давление.Closest to the technical nature of the proposed solution is the selected as a prototype method of measuring pressure and a strain gauge pressure sensor based on it [5]. It consists in the fact that the influence of the measured pressure is converted into a change in the resistances of the strain gauge transducer (NIMEMS strain gauge) connected to a current source, voltage measurement in the measuring and supply diagonals of the bridge measuring circuit, and conversion of the measured voltage values to pressure.

Датчик давления, реализующий такой способ, содержит тензорезисторный преобразователь давления (НиМЭМС) с мостовой измерительной цепью из тензорезисторов, питающая диагональ которой подключена к источнику тока и к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), измерительная диагональ мостовой измерительной цепи тоже подключена к аналого-цифровому преобразователю. Имеется вычислительное устройство в виде микроконтроллера, соединенное с аналого-цифровым преобразователем, постоянным запоминающим устройством (ПЗУ) и цифровым интерфейсом, выход которого является выходом датчика. В процессе калибровки датчика осуществляется регистрация сигналов, соответствующих напряжениям в измерительной и питающей диагоналях моста при контрольных значениях давления и температуры.A pressure sensor implementing this method contains a strain gauge pressure transducer (NIMEMS) with a bridge measuring circuit of strain gauges, the supply diagonal of which is connected to a current source and to an analog-to-digital converter (ADC), the measuring diagonal of the bridge measuring circuit is also connected to an analog-to-digital converter . There is a computing device in the form of a microcontroller connected to an analog-to-digital converter, read-only memory (ROM) and a digital interface, the output of which is the output of the sensor. During the sensor calibration, signals corresponding to the voltages in the measuring and supply diagonals of the bridge are recorded at control pressure and temperature values.

Недостатком известного способа и датчика давления на его основе является отсутствие самоконтроля, обусловленное тем, что в процессе измерения регистрируются только значения напряжений измерительной и питающей диагоналей, являющихся соответственно мерой давления и мерой температуры, что вследствие отсутствия избыточности информации не позволяет провести проверку достоверности результата измерения. В процессе калибровки данного датчика в ПЗУ записывается только информация (полиномиальные коэффициенты аппроксимирующей зависимости), необходимая для вычисления давления исходя из значений напряжений измерительной и питающей диагоналей, что недостаточно для проведения самоконтроля.The disadvantage of this method and a pressure sensor based on it is the lack of self-control, due to the fact that during the measurement process only the voltage values of the measuring and supply diagonals are recorded, which are respectively a pressure measure and a temperature measure, which, due to the lack of redundancy of information, does not allow verification of the measurement result. During the calibration of this sensor, only information (polynomial coefficients of the approximating dependence) is recorded in the ROM, which is necessary for calculating the pressure based on the voltage values of the measuring and supply diagonals, which is not enough for self-monitoring.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности результата измерения путем введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления за счет сравнения измеренных и вычисленных значений напряжений между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали.The objective of the invention is to increase the reliability of the measurement result by introducing a self-monitoring of the sensor and checking the reliability of the pressure measurement by comparing the measured and calculated voltage values between one node of the supply diagonal and each of the nodes of the measuring diagonal.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности результата измерения путем введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления за счет сравнения измеренных и вычисленных значений напряжений между одним узлом питающей диагонали и каждым из узлов измерительной диагонали.The technical result of the invention is to increase the reliability of the measurement result by introducing self-monitoring of the sensor and checking the reliability of the pressure measurement by comparing the measured and calculated voltage values between one node of the supply diagonal and each of the nodes of the measuring diagonal.

Это достигается тем, что в способе измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы, содержащей мостовую измерительную цепь из тензорезисторов, заключающемся в том, что питающую диагональ мостовой измерительной цепи подключают к источнику постоянного тока и регистрируют напряжения между узлами мостовой измерительной цепи, подают давление, вначале в режиме калибровки, а затем в режиме измерения, причем в режиме калибровки осуществляют регистрацию напряжений между узлами мостовой измерительной цепи, а в режиме измерения осуществляют вычисление измеренного давления по текущим данным напряжений между узлами мостовой измерительной цепи и данным, зарегистрированным в режиме калибровки, в соответствии с предлагаемым изобретением, в режиме калибровки и измерения одновременно регистрируют данные напряжений между узлами питающей диагонали Upt, между одним узлом питающей диагонали и первым узлом измерительной диагонали Uiz1, а также между тем же узлом питающей диагонали и вторым узлом измерительной диагонали Uiz2, причем в режиме калибровки сохраняют данные для вычисления напряжений Uiz1, Uiz2, а в режиме измерения вычисляют измеренное значение давления Р исходя из напряжений питающей диагонали Upt и измерительной диагонали Uiz=Uiz1-Uiz2 и сохраненных на этапе калибровки данных, затем вычисляют напряжения между узлом питающей диагонали и первым узлом измерительной диагонали, а также между тем же узлом питающей диагонали и вторым узлом измерительной диагонали исходя из величины измеренного значения давления Р, напряжения питающей диагонали Upt и сохраненных на этапе калибровки данных, определяют разницу между вычисленными и измеренными значениями напряжений Uiz1, Uiz2, и если эта разница превышает значение критерия стабильности, то принимается решение о недостоверности результата измерения давления.This is achieved by the fact that in the method of measuring pressure using a strain gauge pressure sensor based on a nano- and microelectromechanical system containing a bridge measuring circuit of strain gauges, consisting in the fact that the supply diagonal of the bridge measuring circuit is connected to a constant current source and the voltage between the bridge nodes is recorded measuring circuit, apply pressure, first in the calibration mode, and then in the measurement mode, and in the calibration mode register the voltages between between the nodes of the bridge measuring circuit, and in the measurement mode, the measured pressure is calculated from the current voltage data between the nodes of the bridge measuring circuit and the data registered in the calibration mode, in accordance with the invention, in the calibration and measurement mode, simultaneously register voltage data between the nodes of the supply diagonal U pt, between a supply node and the first node diagonal measuring diagonal U iz1, as well as between the same supply node and the second node diagonal measurement iagonali U iz2, wherein in the calibration mode stores the data for calculating voltages U iz1, U iz2, and in the measurement mode calculating the measured pressure value P on the basis of the supply voltage U pt diagonally and the diagonal measurement U iz = U iz1 -U iz2 and stored at step data calibration, then calculate the voltage between the node of the supply diagonal and the first node of the measuring diagonal, as well as between the same node of the supply diagonal and the second node of the measuring diagonal based on the value of the measured pressure value P, voltage of the supply diagonal Whether U pt and stored at step calibration data, determine the difference between the calculated and measured values of the voltages U iz1, U iz2, and if this difference exceeds the stability criterion, a decision about the unreliability of the pressure measuring result.

В датчике давления на основе НиМЭМС, реализующем предлагаемый способ, содержащем мостовую измерительную цепь из тензорезисторов R1, R2, R3, R4, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), вычислительное устройство (ВУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), цифровой интерфейс (ЦИ), причем мостовая измерительная цепь подключена к АЦП, их выходы соединены со входами ВУ, которое соединено с ПЗУ и ЦИ, при этом вход первого АЦП подключен к диагонали питания мостовой измерительной цепи, в соответствии с предлагаемым изобретением, входы второго АЦП подключены к узлу питающей диагонали и первому узлу измерительной диагонали, а входы третьего АЦП - к тому же узлу питающей диагонали и второму узлу измерительной диагонали, при этом вычислительное устройство содержит блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, блок расчета численного значения давления, блок самоконтроля, причем блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения имеет первый, второй и третий входы, являющиеся входами вычислительного устройства, первый, второй и третий выходы блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения соединены с первым, вторым и третьим входами блока расчета численного значения давления, а четвертый вход является четвертым входом вычислительного устройства, выход блока расчета численного значения давления является первым входом блока самоконтроля, второй, третий и четвертый входы которого соединены с первым, вторым и третьим выходами блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, а пятый вход соединен с четвертым входом вычислительного устройства.In the pressure sensor based on NiMEMS that implements the proposed method, comprising a bridge measuring circuit of strain gauges R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , analog-to-digital converters (ADC), computing device (WU), read-only memory (ROM), a digital interface (DI), with the bridge measuring circuit connected to the ADC, their outputs connected to the inputs of the slave, which is connected to the ROM and the DI, while the input of the first ADC is connected to the diagonal of the power supply of the bridge measuring circuit, in accordance with the invention, the inputs of the second ADC connected to the supply diagonal unit and the first measuring diagonal unit, and the inputs of the third ADC to the same supply diagonal unit and the second measuring diagonal unit, while the computing device contains a unit for converting the ADC code to a voltage numerical value, a unit for calculating the numerical pressure value, and a self-monitoring unit moreover, the block for converting the ADC code into a numerical voltage value has first, second and third inputs, which are inputs of a computing device, the first, second and third outputs of the block the ADC code in the numerical value of the voltage is connected to the first, second and third inputs of the unit for calculating the numerical value of pressure, and the fourth input is the fourth input of the computing device, the output of the unit for calculating the numerical value of pressure is the first input of the self-monitoring unit, the second, third and fourth inputs of which are connected with the first, second and third outputs of the unit for converting the ADC code to a numerical value of voltage, and the fifth input is connected to the fourth input of the computing device.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого датчика давления на основе НиМЭМС, реализующего предлагаемый способ измерения. На фиг.2 приведена структурная схема вычислительного устройства.Figure 1 shows a structural diagram of the proposed pressure sensor based on NiMEMS that implements the proposed measurement method. Figure 2 shows the structural diagram of a computing device.

Датчик давления на основе НиМЭМС, реализующий предлагаемый способ измерения, содержит источник тока 1, мостовую измерительную цепь 2 из тензорезисторов R1, R2, R3, R4 НиМЭМС, первый 3, второй 4 и третий 5 аналого-цифровые преобразователи, вычислительное устройство 6, цифровой интерфейс 7, постоянное запоминающее устройство 8 (фиг.1). Вычислительное устройство 6 включает в себя блок 9 преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, блок 10 расчета численного значения давления, блок самоконтроля 11 (фиг.2).The pressure sensor based on NiMEMS, which implements the proposed measurement method, contains a current source 1, a bridge measuring circuit 2 of strain gauges R 1 , R 2 , R 3 , R 4 NiMEMS, the first 3, second 4 and third 5 analog-to-digital converters, a computing device 6, digital interface 7, read-only memory 8 (FIG. 1). Computing device 6 includes a block 9 for converting the ADC code into a numerical value for voltage, a block 10 for calculating a numerical value for pressure, and a self-monitoring unit 11 (Fig. 2).

Датчик давления работает следующим образом. Мостовая измерительная цепь 2 из тензорезисторов R1, R2, R3, R4 НиМЭМС питается от источника постоянного тока 1 (фиг.1). В результате воздействия давления возникают деформации тензорезисторов, включенных в мостовую измерительную цепь 2. Изменение сопротивлений тензорезисторов R1, R2, R3, R4 приводит к изменению напряжений Uiz1, Uiz2 на тензорезисторах R2, R4 (потенциалов узлов измерительной диагонали). Напряжение Upt питающей диагонали моста 2 зависит от температуры тензорезисторного преобразователя. Напряжения Upt, Uiz1, Uiz2 поступают на вход первого 3, второго 4 и третьего 5 аналого-цифровых преобразователей. Выходы аналого-цифровых преобразователей соединены с первым, вторым и третьим входами вычислительного устройства 6, являющимися также первым, вторым и третьим входами блока 9 преобразования кода АЦП в численное значение напряжения. Вычисленные данным блоком значения напряжений Upt, Uiz1, Uiz2 подаются в блок 10 расчета численного значения давления, который вычисляет численное значение Р измеренного давления по данным, хранящимся в постоянном запоминающем устройстве 8 исходя из напряжений питающей Upt и измерительной Uiz=Uiz1-Uiz2 диагоналей. В качестве таких данных могут служить коэффициенты полиномиального выражения, сохраненные в ПЗУ 8 на этапе калибровки, либо данные для вычисления сплайн-интерполяции. Вычисленное численное значение давления подается на первый вход блока самоконтроля 11. На второй, третий и четвертый входы блока 11 подаются значения измеренных напряжений Upt, Uiz1, Uiz2, а пятый вход является четвертым входом вычислительного устройства, соединенным с ПЗУ 8. Блок самоконтроля 11 вычисляет напряжения Uiz1, Uiz2 по данным измеренного напряжения Upt и вычисленного давления Р с помощью данных, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве 8, которыми могут служить коэффициенты полиномиального выражения либо данные для вычисления сплайн-интерполяции. Блок самоконтроля производит сравнение вычисленных напряжений с измеренными Uiz1, Uiz2. В случае если их разница не превышает допустимого значения тестового критерия стабильности, на выходе блока самоконтроля 11 будет значение давления, вычисленное блоком 10 расчета численного значения давления, в противном случае на выход блока самоконтроля 11, кроме значения давления, поступит сигнал, сообщающий о недостоверности значения измеренного давления. С выхода блока самоконтроля 11 сигнал поступает на вход цифрового интерфейса 7, формирующего выходной сигнал датчика (о давлении и его достоверности).The pressure sensor operates as follows. The bridge measuring circuit 2 of the strain gauges R 1 , R 2 , R 3 , R 4 NiMEMS is powered by a direct current source 1 (figure 1). As a result of the pressure, deformations of the strain gages included in the bridge measuring circuit 2 occur. A change in the resistances of the strain gages R 1 , R 2 , R 3 , R 4 leads to a change in the voltages U iz1 , U iz2 on the strain gages R 2 , R 4 (potentials of the nodes of the measuring diagonal ) The voltage U pt of the supply diagonal of the bridge 2 depends on the temperature of the strain gauge transducer. Voltages U pt , U iz1 , U iz2 are input to the first 3, second 4 and third 5 analog-to-digital converters. The outputs of the analog-to-digital converters are connected to the first, second, and third inputs of the computing device 6, which are also the first, second, and third inputs of the block 9 for converting the ADC code to a numerical voltage value. The values of the voltages U pt , U iz1 , U iz2 calculated by this unit are supplied to the numerical pressure value calculating unit 10, which calculates the numerical value P of the measured pressure from the data stored in the read-only memory 8 based on the supply voltages U pt and the measuring U iz = U iz1 -U iz2 diagonals. As such data, we can use the coefficients of the polynomial expression stored in ROM 8 at the calibration stage, or data for calculating spline interpolation. The calculated numerical pressure value is supplied to the first input of the self-monitoring unit 11. The second, third and fourth inputs of the block 11 are supplied with the values of the measured voltages U pt , U iz1 , U iz2 , and the fifth input is the fourth input of the computing device connected to the ROM 8. Self-monitoring unit 11 calculates the voltage U iz1, U iz2 according to the measured voltage U pt and pressure P calculated by using the data stored in permanent memory 8, which may serve as coefficients of a polynomial expression or the data to calculate Plain interpolation. The self-control unit compares the calculated voltages with the measured U iz1 , U iz2 . If their difference does not exceed the permissible value of the test stability criterion, the pressure value calculated by block 10 for calculating the numerical value of pressure will be at the output of the self-control unit 11, otherwise, in addition to the pressure value, a signal will be sent to the output of the self-control unit 11, indicating the value is not valid measured pressure. From the output of the self-monitoring unit 11, the signal is fed to the input of the digital interface 7, which forms the output signal of the sensor (pressure and its reliability).

Калибровка осуществляется путем регистрации напряжения Upt питающей диагонали мостовой схемы, напряжений Uiz1, Uiz2 на тензорезисторах R2, R4 при установленных контрольных значениях эталонных давления и температуры, вычислении данных (например, полиномиальных коэффициентов аппроксимирующей зависимости) для нахождения значения давления Р из значений напряжения питающей Upt и измерительной Uiz=Uiz1-Viz2 диагоналей, а также данных для вычисления напряжений Uiz1, Uiz2 из напряжения Upt питающей диагонали и давления Р, и записи этих данных в постоянное запоминающее устройство.Calibration is carried out by registering the voltage U pt of the supply diagonal of the bridge circuit, the voltages U iz1 , U iz2 on the strain gauges R 2 , R 4 at the set reference values of the reference pressure and temperature, calculating data (for example, polynomial approximation coefficient coefficients) to find the pressure value P from values of the supply voltage U pt and measuring U iz = U iz1 -V iz2 diagonals, as well as data for calculating the voltages U iz1 , U iz2 from the voltage U pt of the supply diagonal and pressure P, and recording these data in a constant th storage device.

Таким образом, при использовании предложенного способа измерения давления и интеллектуального датчика давления на основе НиМЭМС повышается надежность результата измерения за счет введения самоконтроля датчика и осуществления проверки достоверности измерения давления.Thus, when using the proposed method for measuring pressure and an intelligent pressure sensor based on NiMEMS, the reliability of the measurement result is increased by introducing self-monitoring of the sensor and verifying the reliability of the pressure measurement.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. СССР №1597623, МПИ G01L 9/04, Бюл. №37 от 07.10.90. Устройство для измерения давления / В.А.Васильев, А.И.Тихонов.1. A.S. USSR No. 1597623, MPI G01L 9/04, Bull. No. 37 dated 10/07/90. Device for measuring pressure / V.A. Vasiliev, A.I. Tikhonov.

2. Патент РФ №2304762, МПК G01L 9/04, Бюл. №23 от 20.08.2007. Способ и устройство измерения давления / В.И.Садовников, А.Н.Кононов, А.Я.Аникин, В.А.Ларионов, А.Л.Шестаков.2. RF patent No. 2304762, IPC G01L 9/04, Bull. No. 23 dated 08/08/2007. Method and device for measuring pressure / V.I. Sadovnikov, A.N. Kononov, A.Ya. Anikin, V.A. Larionov, A.L. Shestakov.

3. Патент РФ №2398195, G01L 9/04, Бюл. №24 от 27.08.2010. Способ изготовления нано- и микроэлектромеханической системы датчика давления и датчик давления на его основе / П.С.Чернов, В.А.Васильев, Е.М.Белозубов.3. RF patent No. 2398195, G01L 9/04, Bull. No. 24 dated 08/27/2010. A method of manufacturing a nano- and microelectromechanical system of a pressure sensor and a pressure sensor based on it / P.S. Chernov, V.A. Vasiliev, E.M. Belozubov.

4. Патент РФ 2411474 G01L 9/04, Бюл. №4 от 10.02.2011. Датчик давления повышенной точности на основе нано- и микроэлектромеханической системы с тонкопленочными тензорезисторами / П.С.Чернов, В.А.Васильев, Е.М.Белозубов.4. RF patent 2411474 G01L 9/04, bull. No 4 on 02/10/2011. High accuracy pressure sensor based on nano- and microelectromechanical systems with thin-film strain gauges / P.S. Chernov, V.A. Vasiliev, E.M. Belozubov.

5. Патент РФ №2300745, МПК G01L 9/04, Бюл. №16 от 10.06.2007. Устройство для измерения давления / Ю.Г.Свинолупов, В.В.Бычков.5. RF patent No. 2300745, IPC G01L 9/04, Bull. No. 16 dated 06/10/2007. Device for measuring pressure / Yu.G. Svinolupov, V.V. Bychkov.

Claims (2)

1. Способ измерения давления с использованием тензорезисторного датчика давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы (НиМЭМС), содержащей мостовую измерительную цепь из тензорезисторов, заключающийся в том, что питающую диагональ мостовой измерительной цепи подключают к источнику постоянного тока и регистрируют напряжения между узлами мостовой измерительной цепи, подают давление, вначале в режиме калибровки, а затем в режиме измерения, причем в режиме калибровки осуществляют регистрацию напряжений между узлами мостовой измерительной цепи, а в режиме измерения осуществляют вычисление измеренного давления по текущим данным напряжений между узлами мостовой измерительной цепи и данным, зарегистрированным в режиме калибровки, отличающийся тем, что в режиме калибровки и измерения одновременно регистрируют данные напряжений между узлами питающей диагонали Upt, между одним узлом питающей диагонали и первым узлом измерительной диагонали Uiz1, a также между тем же узлом питающей диагонали и вторым узлом измерительной диагонали Uiz2, причем в режиме калибровки сохраняют данные для вычисления напряжений Uiz1, Uiz2, а в режиме измерения вычисляют измеренное значение давления Р исходя из напряжений питающей диагонали Upt и измерительной диагонали Uiz=Uiz1-Uiz2 и сохраненных на этапе калибровки данных, затем вычисляют напряжения между узлом питающей диагонали и первым узлом измерительной диагонали, а также между тем же узлом питающей диагонали и вторым узлом измерительной диагонали исходя из величины измеренного значения давления Р, напряжения питающей диагонали Upt и сохраненных на этапе калибровки данных, определяют разницу между вычисленными и измеренными значениями напряжений Uiz1, Uiz2, и если эта разница превышает значение критерия стабильности, то принимается решение о недостоверности результата измерения давления.1. A method of measuring pressure using a strain gauge pressure sensor based on a nano- and microelectromechanical system (NIMEMS) containing a bridge measuring circuit of strain gauges, which consists in the fact that the supply diagonal of the bridge measuring circuit is connected to a direct current source and the voltages between the nodes of the bridge measuring circuit, supply pressure, first in calibration mode, and then in measurement mode, and in calibration mode, voltage is recorded between the bridge nodes th measuring circuit, and in the measuring mode, the measured pressure is calculated from the current voltage data between the nodes of the bridge measuring circuit and the data recorded in the calibration mode, characterized in that in the calibration and measurement mode simultaneously register the voltage data between the nodes of the supply diagonal U pt , between one node of the supply diagonal and the first node of the measuring diagonal U iz1 , and also between the same node of the supply diagonal and the second node of the measuring diagonal U iz2 , and in calibration mode save the data for calculating the voltages U iz1 , U iz2 , and in the measurement mode calculate the measured pressure value P based on the voltages of the supply diagonal U pt and the measuring diagonal U iz = U iz1 -U iz2 and the data stored in the calibration stage, then calculate the voltage between the node supplying the first node and the diagonal measurement diagonal, and between the same supply node and the second node diagonally diagonal measurement based on the measured value of the pressure P, the diagonal voltage supply U pt and stored at step calibration OF DATA, determine the difference between the calculated and measured values of the voltages U iz1, U iz2, and if this difference exceeds the stability criterion, a decision about the unreliability of the pressure measuring result. 2. Интеллектуальный датчик давления на основе НиМЭМС, реализующий способ измерения по п.1, содержащий мостовую измерительную цепь из тензорезисторов R1, R2, R3, R4, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), вычислительное устройство (ВУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), цифровой интерфейс (ЦИ), причем мостовая измерительная цепь подключена к АЦП, их выходы соединены со входами ВУ, которое соединено с ПЗУ и ЦИ, при этом вход первого АЦП подключен к диагонали питания мостовой измерительной цепи, отличающийся тем, что входы второго АЦП подключены к узлу питающей диагонали и первому узлу измерительной диагонали, а входы третьего АЦП - к тому же узлу питающей диагонали и второму узлу измерительной диагонали, при этом вычислительное устройство содержит блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, блок расчета численного значения давления, блок самоконтроля, причем блок преобразования кода АЦП в численное значение напряжения имеет первый, второй и третий входы, являющиеся входами вычислительного устройства, первый, второй и третий выходы блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения соединены с первым, вторым и третьим входами блока расчета численного значения давления, а четвертый вход является четвертым входом вычислительного устройства, выход блока расчета численного значения давления является первым входом блока самоконтроля, второй, третий и четвертый входы которого соединены с первым, вторым и третьим выходами блока преобразования кода АЦП в численное значение напряжения, а пятый вход соединен с четвертым входом вычислительного устройства. 2. An intelligent pressure sensor based on NiMEMS that implements the measurement method according to claim 1, comprising a bridge measuring circuit of strain gauges R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , analog-to-digital converters (ADC), a computing device (WU), constant a storage device (ROM), a digital interface (DI), moreover, the bridge measuring circuit is connected to the ADC, their outputs are connected to the inputs of the VU, which is connected to the ROM and the DI, while the input of the first ADC is connected to the diagonal of the power supply of the bridge measuring circuit, characterized in that the inputs of the second ADC under are connected to the node of the supply diagonal and the first node of the measuring diagonal, and the inputs of the third ADC to the same node of the supply diagonal and the second node of the measuring diagonal, while the computing device contains a block for converting the ADC code to a numerical voltage value, a block for calculating the numerical value of pressure, a self-monitoring unit moreover, the block for converting the ADC code into a numerical voltage value has first, second and third inputs, which are inputs of a computing device, the first, second and third outputs of the block are converted I have the ADC code in the numerical value of the voltage connected to the first, second and third inputs of the unit for calculating the numerical value of pressure, and the fourth input is the fourth input of the computing device, the output of the unit for calculating the numerical pressure value is the first input of the self-monitoring unit, the second, third and fourth inputs of which are connected with the first, second and third outputs of the unit for converting the ADC code to a numerical value of voltage, and the fifth input is connected to the fourth input of the computing device.
RU2012118123/28A 2012-05-03 2012-05-03 Method to measure pressure and intelligent pressure sensor on its basis RU2515079C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118123/28A RU2515079C2 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Method to measure pressure and intelligent pressure sensor on its basis

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118123/28A RU2515079C2 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Method to measure pressure and intelligent pressure sensor on its basis

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012118123A RU2012118123A (en) 2013-11-10
RU2515079C2 true RU2515079C2 (en) 2014-05-10

Family

ID=49516650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012118123/28A RU2515079C2 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Method to measure pressure and intelligent pressure sensor on its basis

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2515079C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626034C1 (en) * 2016-04-28 2017-07-21 Евгений Тимофеевич Дюндиков Method of measuring different physical values

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118129970A (en) * 2024-05-06 2024-06-04 国家海洋技术中心 Atmospheric pressure measurement system

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2300745C2 (en) * 2005-04-25 2007-06-10 Открытое акционерное общество "Манотомь" Pressure measuring arrangement
US7249518B2 (en) * 2002-06-21 2007-07-31 California Institute Of Technology Sensors based on giant planar hall effect in dilute magnetic semiconductors
RU2398195C1 (en) * 2009-08-26 2010-08-27 Евгений Михайлович Белозубов Method of making nano- and micro-electromechanical pressure sensor system and pressure sensor based on said system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7249518B2 (en) * 2002-06-21 2007-07-31 California Institute Of Technology Sensors based on giant planar hall effect in dilute magnetic semiconductors
RU2300745C2 (en) * 2005-04-25 2007-06-10 Открытое акционерное общество "Манотомь" Pressure measuring arrangement
RU2398195C1 (en) * 2009-08-26 2010-08-27 Евгений Михайлович Белозубов Method of making nano- and micro-electromechanical pressure sensor system and pressure sensor based on said system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626034C1 (en) * 2016-04-28 2017-07-21 Евгений Тимофеевич Дюндиков Method of measuring different physical values

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012118123A (en) 2013-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2764649T3 (en) Measurement bridge arrangement with improved error detection
US20140358317A1 (en) Output value correction method for physical quantity sensor apparatus, output correction method for physical quantity sensor, physical quantity sensor apparatus and output value correction apparatus for physical quantity sensor
AU2012391003B2 (en) System and method for three dimensional calibration of force plates
CN105388356A (en) Current measurement device
CN104969473A (en) Sensor signal processing apparatus and sensor apparatus
RU2304762C1 (en) Method and device for measuring pressure
CN105446314B (en) Sensor system using safety mechanism
RU2515079C2 (en) Method to measure pressure and intelligent pressure sensor on its basis
RU2424533C2 (en) Measuring transducer for high-speed strain-measuring system
TWI477754B (en) Pressure detecting circuit
WO2014131318A1 (en) Intelligent analogue weighing sensor and self-diagnosing method thereof
EP2579052A1 (en) Method for measuring resistance value of conversion resistance of current mode analog /digital converter
US11340272B2 (en) Apparatus and method for determining a power value of a target
RU2408857C1 (en) Pressure sensor based on nano- and micro-electromechanical system with frequency-domain output signal
RU2300745C2 (en) Pressure measuring arrangement
TW201241463A (en) Calibration method and device
US11287455B2 (en) Sensor interface circuit
CN113155159B (en) Bridge detector
RU2400711C1 (en) Strain-measuring transducer
JP2006184192A (en) Electronic balance
RU2324899C2 (en) Method for nonelectrical quantities measurement by means of multiple-point instrumentation system with transfer function monitoring feature, and instrumentation system for implementation thereof
JP2012127721A (en) Failure diagnostic device for load cell
RU2484435C1 (en) Pressure measurement method, calibration method and pressure sensor based on nano- and microelectromechanical system
RU68690U1 (en) DEVICE FOR TEMPERATURE MEASUREMENT
JP2020060562A (en) Sensor and method for checking sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140515

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20160520

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170504