SU1677650A1

SU1677650A1 - Термокомпенсированный параметрический преобразователь

Info

Publication number: SU1677650A1
Application number: SU884491242A
Authority: SU
Inventors: Эрнст Моисеевич Бромберг; Александр Леонидович Белоусов; Павел Александрович Хубов
Original assignee: Азербайджанское научно-производственное объединение "Нефтегазавтомат"
Priority date: 1988-10-06
Filing date: 1988-10-06
Publication date: 1991-09-15

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике, автоматике и может найти применение , в частности, втензометрическойи фотометрической аппаратуре. Цель изобретена - повышение точности измерени за счет компенсации температурных погрешностей параметрического измерительного моста -достигаетс тем, что в преобразователь , содержащий измерительный четырех- плечий мост, источник 1, опорного напр жени , операционный усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 10, введены два масштабных алгебраических сумматора 9 и 11 и токозадающий резистор 3. Дл минимизации термозависимости начального напр жени смещени измерительного моста 4 выбирают определенные значени коэффициентов, варьиру значени ми коэффициентов, получают необходимую степень термокомпенсации чувствительности преобразовател .1 ил.

Description

N

& 4

О

сл о

Изобретение относитс к области измерительной техники,автоматики и телемеханики и может найти применение, в частности, в устройствах дл измерени давлени силы тенэометрического типа, например , в дифференциальных фотометрах.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени зз счет компенсации температурных погрешностей параметрического измерительного моста.

На чертеже представлена функциональна электрическа схема термокомпенсиро- ванного параметрического преобразовател .

Схема содержит источник 1 опорного напр жени , операционный усилитель 2,то- козадающий резистор 3, параметрический измерительный мост 4, состо щий из резисторов 5-8, получающих приращени при воздействии измер емой величины, причем питающа диагональ измерительного моста А включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилител 2, выходна диагональ измерительного моста 4 соединена с первым и вторым входом первого масштабного алгебраического сумматора 9, выход которого соединен со входом аналого-цифрового преобразовател (АЦП)

10,выход операционного усилител 2 соединен с третьим входом первого 9 и первым входом второго алгебраических сумматоров

11,первый вывод источника 1 опорного напр жени соединен с четвертым входом первого и вторым входом второго масштабных алгебраических сумматоров, токозада- ющий резистор 3 включен между первым выводом источника 1 опорного напр жени и инвертирующим входом операционного усилител 2. второй вывод источника 1 опорного напр жени и неинвертирующий вход операционного усилител 2 соединены с общей шиной, выход второго масштабного алгебраического сумматора 11 соединен с входом опорного напр жени АЦП 10, выход которого вл етс выходом устройства.

Устройство работает следующим образом .

Выходное напр жение Ug сумматора 9

U9 2AUK + ,(1)

где A U - полезный сигнал напр жени в выходной диагонали моста 4;

U2 - выходное напр жение операционного усилител 2;

К, Ki - коэффициенты передачи сумматора 9 по соответствуюицчм входам;

Ui - напр жение источника 1;

К2 - коэффициент передачи напр жени опорного источника 1.

Напр жение U2 описываетс выражением

U2 -Ui

0

5

0

5

0

5

Ra

R0(1 +gAt) m U1R3 w

где R3,4 - эквивалентное сопротивление питающей диагонали измерительного моста 4;

RO - начальное сопротивление питающей диагонали измерительного моста 4 при температуре t0;

а- температурный коэффициент эквивалентного сопротивлени питающей диагонали измерительного моста 4;

At - абсолютное отклонение температуры измерительного моста 4 от начального значени t0;

R3 - сопротивление токозадающего резистора 3.

При посто нной температуре эквивалентное сопротивление измерительного моста 4 с четырьм активными плечами (причем, противоположные плечи получают одноименные приращени , а смежные - противофазные приращени ) не зависит от значени внешнего измер емого параметра , т.е. R3,4 не зависит от Аи. Это свойство четырехплечного измерительного моста 4 позвол ет использовать сигнал напр жени на питающей диагонали (при питании моста посто нным стабильным током) в качестве величины, завис щей от температуры, и производить термокомпенсацию измерительного моста 4: его начального смещени (при нулевом значении измер емого параметра ) и чувствительности.

Выражение (1) в соответствии с (2) можно записать в виде

Ug 2 AUK- KiUi x R0(1 +«At)

Rs

+ UiK2.

(3)

При выборе значений коэффициентов Ki и К2 таких, что выполн етс равенство Ki

выражение (3) приобретает вид

R3

Ug 2 UK-Kil) «At.

Ко

(4)

Второй член выражени (4) линейно зависит от разности температур At (между текущим и начальным значени ми) и не зависит от сигнала Аи, а следовательно, и измер емого параметра моста 4, Выбором значений коэффициентов Ki и К2 возможно скомпенсировать собственный температурный коэффициент OQ начального смещени измерительного моста 4.

Использу тот же принцип, можно уменьшить температурные погрешности чувствительности параметрического преобразовател . Дл этого сигнал с выхода питающей диагонали измерительного моста 4 суммируют с опорным напр жением АЦП 10

(либо с сигналом на входе операционного усилител 2).

Выходной код АЦП 10 определ етс выражением

N N0-,(5)

где No - опорное число (конец шкалы);

Un опорное напр жение, поступающее с выхода сумматора 11,

Напр жение Un определ етс как

Ul1 U2 K3+UrK4.(6)

С учетом (2), (4) выражение (5) можно переписать в виде

2AU К- Ki Ui - a -At

N

UiK4-Ui K3 + Ui K3aAt

:2-4У(. Hi V

к

Ui

К - Кз+ КзаДг

Ro

) +

+ кз

(1}

Ro

(1-aAt)

Анализ выражени (7) показывает следующее. Первый член выражени характеризует полезный сигнал, пропорциональный напр жению A U. Выбором значений коэффициентов Кз и KU добиваютс минимального температурного коэффициента чувствительности преобразовател (при этом достигаетс компенсаци температурного коэффициента чувствительности самого измерительного моста А).

Второй член выражени не зависит от полезного сигнала Аи, выбира определенные значени коэффициентов Ki, K2 (как это показано), минимизируют термозависимость начального напр жени смещени измерительного моста 4,

В случае, если компенсировать начальное смещение не требуетс (например, используетс микросхема АЦП с автоматической коррекцией нул или ручна балансировка измерительного моста 4), то коэффициенты Ki и Ка выбирают равным 0. Формула (7) при этом будет иметь вид AUК

Ui

N 2

Rs Ro

.(8)

К4-Кз(1-аДО

Варьиру значени коэффициентов Кз и , добиваютс необходимой степени термокомпенсации чувствительности преобразовател .

Следует отметить, что коэффициенты , Ki, Кз и К/, могут иметь как положительный , так и отрицательный знак.

Коэффициент К выбираетс , исход из необходимости согласовани уровн полез

ного сигнала на выходе измерительного моста м чувствительности АЦП.

Коэффициенты Ki и К2 выбирают, исход из услови компенсации температурного 5 коэффициента оь начального смещени измерительного моста (коэффициент «о приводитс в справочниках из расчета на 1 В питающего напр жени и на 1°С). Математически условие компенсации, исход из 10 формулы (3), записываетс как

Ki (ob/aHRa/Ro),(9)

К2 Ki(R0/R3) оь la (10)

Б частном случае, когда R0 Rs, имеем Ki К2.

15 Аналогично дл компенсации температурного коэффициента д чувствительности моста, коэффициенты Кз и Кз должны удовлетвор ть уравнению, полученному из формул (7) или (8):

201 + d К4 - Кз(1 -a XR3/Ro),(11)

откуда получаем окончательно

K3 (cV2XR3/Ro),(12)

К4 1 + K3(R0/R3) 1 + б/а (13) Как это следует из приведенных формул 25 (9)-(13), дл точного расчета коэффициентов Ki-K4 необходимо значение коэффициентов , (Хо , б мерительногомоста.Однаковозможно использование эмпирического метода настройки . Дл этого предварительно сбалан30

сированный при нормальной температуре

мост и при отключенной физической (измер емой ) величине помещают в термокамеру. Нагревают мост до предельной рабочей температуры и, регулиру Ki и К2, добиваютС минимального разбаланса моста.

Затем то же самое, но при подключенной физической величине, проделывают в отношени коэффициентов Кз и , добива сь одинаковых показаний при двух температурах .

Дл достижени высокой точности процесс регулировки можно проводить итерационно , в несколько приемов.

В предложенном решении сигнал с выходной диагонали используетс собственно дл измерени , а сигнал с питающей диагонали - дл термокомпенсации, т.е. по сути работают одни и те же элементы, один и тот же мост. Нет ни временного ни физического

разделени первичных элементов канала

измерени и канала компенсации. Это обусловливает более высокую, чем в аналогах, точность измерени ввиду отсутстви неизбежных при разделении этих каналов тем- пературных ошибок, и упрощает устройство, так как снимаетс необходимость в использовании дополнительных термопреобразователей канала термокомпенсации .

Claims

Формула изобретени

Термокомпенсированный параметрический преобразователь, содержащий параметрический измерительный мост, источник опорного напр жени , операционный усилитель , аналого-цифровой преобразователь , отличающийс тем, что, с целью повышени точности, в него введены два масштабных алгебраических сумматора и токозадающий резистор, причем питающа диагональ измерительного моста включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилител , выходна диагональ измерительного моста соединена с первым и вторым входами первого масштабного алгебраического сумматора, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразовател , выход операционного усилител соединен с третьим входом первого и первым входом второго алгебраического сумматоров, первый вывод источника опорного, напр жени соединен с

четвертым входом первого и вторым входом второго масштабных алгебраических сум- маторов, токозадающий резистор включает между первым выводом источника опорного напр жени и инвертирующим входом

операционного усилител , второй вывод источника опорного напр жени и неинвертирующий вход операционного усилител соединены с общей шиной, выход второго масштабного алгебраического сумматору

соединен с входом опорного напр жени аналого-цифрового преобразовател , выход аналого-цифрового преобразовател вл етс выходом термокомпенсированного параметрического преобразовател .