ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в устройствах для измерения давления.
Известен преобразователь давления в электрический сигнал, описанный в книге Ваганова В.И. Интегральные преобразователи, М., 1983 г., стр. 136.
Известный преобразователь содержит тензорезистивный мост, сформированный на
мембране датчика давления, со схемой термостатирования для стабилизации температуры, соединенный одной диагональю с усилителем, подключенным к входу нагревателя, а выходной диагональю-с сигнальными входами сдвоенного переключателя, вторые входы которого подключены к резистивному делителю, формирующему напряжение мультипликативной коррекции по температуре, а выход переключателя через модуляюр подключен к входам дифференциального усилителя, соединенного выходом с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока ослабления напряжения, подключенного к резистивному делителю.
Известный преобразователь позволяет снизить мультипликативную и аддитивную составляющую погрещности преобразователя давления за счет стабилизации температуры тензопреобразователя. однако, т массивных датчиках не всегда возможно стаби кзироват1. температуру мембраны, т.е. устройство становится нереализуемым; кроме того, при увеличении разности температур мембраны и окружающей среды возникают погрешности преобразования давления, связанные с возрастанием градиента темпер турного поля мембраны, а также дополнительные погрешности из-за воздействия изменения юкружающей температуры на элементы схемы термостатирования и вторичной обработки сигнала тензомоста.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является преобразователь давления в электрический сигнал, описанный в одноименном патенте РФ №2082129 по кл.О 01 L9/04,3.27.06.95, оп. 20.06.97.
Известный преобразователь давления в электрический сигнал содержит последовательно соединенные резистивный делитель, операционный усилитель, усилитель сумматор, сдвоенный переключатель с тремя парами сигнальных выводов (коммутатор).
дифференциальный усилитель, сумматор, процессор со встроенным в него постаянным запоминающим устройством и формирователь выходного электрического сигнала, выполненный в виде управляемого делителя частоты, а также тензорезистивный мост, одна из диагоналей которого одним концом соединена с входом резистивного делителя из двух последовательно соединенных резисторов и вторым входом переключателя, а другим концом с первым выводом первого резистора делителя - с выходом операционного усилителя, а вторая диагональ подключена соответственно к третьему и четвертому входам переключателя, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с корпусом и средней точкой первого резистора резистивного делителя, а седьмой и восьмой входы - со вторым и третьим выходами процессора, четвертым выходом подключенного к первому входу формирователя опорного напряжения, выход которого соединен со вторым выводом второго резистора резистивного делителя, вторым входом усилителя - сумматора и входом блока ослабления напряжения, подключенного выходом к второму входу сумматора. При этом дифференциальный усилитель , сумматор, блок ослабления напряжения выполняют в совокупности функции АЦП.
Педостатком известного преобразователя является то, что в нем осуществляется частотное преобразование сигнала, что сужает возможности использования преобразователя; кроме того, схема АЦП - сложна, а наличие встроенного устройства памяти в процессоре неудобно с точки зрения ремонтопригодности схемы.
Целью заявляемого технического решения является расширение возможностей применения преобразователя при упрощении схемы и повышении удобства эксплуатации.
Поставленная цель достигается тем, что в преоСфазователе давления в электрический сигнал, содержащем последовательно соединенные ctHcop давления в виде сформированного на .мембране датчика давления тензорезистивного типа, сдвоенный переключатель, аналого-цифровой преобразователь, процессор и формирователь выходного электрического сигнала, а также постоянное запоминающее устройство, связанное с процессором, при этом вход сдвоенного переключателя соединен с одной из диагоналей тензорезистивного моста сенсора, согласно полезной модели, процессор н постоянное запоминающее устройство являются перепрограммнруемыми, причем последнее выполнено в виде отдельного узла, выход которого соединен со вторым входом процессора, а вход - с третьим выходом процессора, четвертый выход которого подключен к второму входу ацалого-цифрового преобразователя, выполненного многоканальным в виде единого узла со сдвоенным переключателем, формирователь выходного электрического сигнала представляет собой цифро-аналоговый преобразователь, а вторая диагональ тензорезистивного моста сенсора связана с третьим входом сдвоенного переключателя.
Выполнение формирователя выходного сишала в виде цифро-аналогового преобразователя при том, что процессор и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) являются перепрограммируемыми, а ПЗУ с АЦП выполнено в виде отдельного узла расширяет возможности применения преобразователя и упрощает ремонт устройства, повышая удобство эксплуатации; выполнение АЦП многоканальным в виде единого узла со сдвоенным переключателем упрощает схему преобразователя.
Заявляемый преобразователь давления в электрический сигнал обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как использование перепрограммируемых процессора и ПЗУ, выполнением ПЗУ и АЦП в виде отдельного узла, а АЦП - многоканальным в виде единого узла со сдвоенным переключателем и формирователем выходного сигнала как цифро-аналогового
- .
преобразователя при указанных выше связях узлов и элементов преобразователя, обеспечивающих в совокупности достижение заданного результата.
Заявляемый преобразователь давления в электрический сигнал может найти широкое применение в измерительной технике и поэтому соответствует критерию промышленная применимость.
Заявляемая полезная модель иллюстрируется чертежом, где представлена функциональная схема преобразователя давления в электрический сигнал.
Преобразователь давления в электрический сигнал содержит последовательно соединенные сенсор I давления в виде сформированного на мембране датчика давления тензорезистивного моста, сдвоенный переключатель 2, аналого-цифровой преобразователь 3, перепрограммируемый процессор 4 и формирователь 5 выходного сигнала, пукдставляющий собой цифро-ана;юговый преобразователь (ЦАП), а также перепрограммируемое постоянное . запоминающее устройство 6 (ППЗУ) и блок 7 питания.
При этом второй выход процессора 4 подключен к упр.1вляющему входу сдвоенного переключателя 2, первый вход которого соединен с одной диагональю моста, а второй - с концом второй диагонали моста, соединенной также с выводом резистора 8, вторым выводом подключенного к корпусу и второму входу второго переключателя 2; второй конец второй диагонали моста соединен с выходом блока 7 питания, соединенного также с остальными узлами преобразователя (на чертеже не показано). Второй вход АЦП 3 соединен с третьим выходом процессора 4, соединенного четвертым выходом со входом перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 6, а вторым входом подключенного к выходу ППЗУ 6. Выход ЦАП 5 является выходом преобразователя давления в электрический сигнал.
Сенсор 1 давления, выполненный в внде сформированного на мембране датчнка давления тензорезнстивного моста, служит для получения сигналов, пропорциональных давлению на мембране и температуре её.
Сдвоенный переключатель 2 предназначен для коммутации сигналов давления и температуры, передаваемых с сенсора давления на дальнейшую обработку и может бьггь выполнен, например, на микросхеме АД7705, входя конструктивно в состав многоканального АЦП 3.
Аналого-цифровой преобразователь 3 служит для преобразования аналоговых сигналов давления и температуры в цифровые и представляет собой, в частности, многоканальный АЦП в виде единого со сдвоенным переключателем 2 узла нд микросхеме АД7705 узла.
Процессор 4 предназначен для управления переключателем 2, записью информации в перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство 6 и поступлением выходного сигнала на цифро-аналоговый преобразователь 5, а также расчета выходного сигнала по заданному алгоритму по цифровым сигналам давления и температуры. Он может быть выполнен, например, на Р1С-контроллере и является перепрограммируемым.
Цифро-аналоговый преобразователь 5 служит для формирования выходного сигнала в виде аналогового сигнала. Он может быть выполнен, в частности, на микросхеме типа АД7390.
Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) 6 предназначено для хранения данных о характеристиках тензомоста в виде коэффициента коррекции, преобразованных в цифровой сигнал и представляет собой, в частности, микросхему типа 24C04A-1/S Atmel.
Преобразователь давления в электрический сигнал работает следующим образом. На сигнальной диагонали тензорезистивного моста на мембране сенсора 1 давления формируется рабочее напряжение, величина которого пропорциональна измеряемому давлению, поступающее на сигнальные входы переключателя 2. На второй диагонали моста формируется напряжение, пропорциональное температуре на мембране датчика, снимаемое с вьшодов резистора 8 на вторые входы переключателя 2.
Переключатель 2 управляется выходным сигналом процессора 4 в виде цифрового кода, обеспечивающим поочередное прохождение на аналого-цифровой преобразователь 3 напряжений, пропорциональных давлению и температуре на мембране датчика давления. Через переключатель 2 напряжения с диагоналей моста поступают поочередно на АЦП 3, осуществляющий их преобразование в цифровой сигнал.
и(з
и температуре с выхода АЦП 3 поступает в процессор 4, куда также поступает из ППЗУ 6 записанная при изготовлении информация о характеристиках сенсора. При этом, поскольку процессор 4 и ППЗУ 6 являются перепрограммируемыми, то они могут использоваться с любым сенсором давления, что расширяет возможности преобразователя. По полученным данным процессор 4 рассчитывает в цифровом коде выходной сигнал, который поступает на входы ЦАП, где преобразуется в выходной аналоговый сигнал в виде тока.
В сравнении с прототипом заявляемый преобразователь давления в электрический сигнал имеет более широкие возможности использования, более простую схему и более удобен в эксплуатации.
Авторы:j№ Жестков А.В.
Jie Логиновский А.А.
Грудцинов Г.М. Белов Л.И. Клиначев В.В.