Сенсор тиску та температури

Сенсор тиску та температури, що містить перший і другий тензорезистори, перше і друге джерела струму, чотири масштабуючі підсилювачі, перший і другий суматори, перший диференційний підсилювач, який відрізняється тим, що додатково містить третій і четвертий тензорезистори, другий диференційний підсилювач, причому перший вивід першого тензорезистора з'єднаний з землею і першим виводом другого тензорезистора, другий вивід першого тензорезистора з'єднаний з першим виводом третього тензорезистора і з входом другого масштабуючого підсилювача, другий вивід другого тензорезистора з'єднаний з першим виводом четвертого тензорезистора і з входом третього масштабуючого підсилювача, другий вивід третього тензорезистора з'єднаний з виходом першого джерела струму і з входом першого масштабуючого підсилювача, другий вивід четвертого тензорезистора з'єднаний з виходом другого джерела струму і з входом четвертого масштабуючого підсилювача, вихід першого масштабуючого підсилювача з'єднаний з неінвертуючим входом першого диференційного підсилювача, з першим входом першого суматора і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювальної температури першого середовища, вихід другого масштабуючого підсилювача з'єднаний з другим входом першого суматора, вихід третього масштабуючого підсилювача з'єднаний з першим входом другого суматора, вихід четвертого масштабуючого підсилювача з'єднаний з другим входом другого суматора, з інвертуючим входом першого диференційного підсилювача і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювальної температури другого середовища, вихід першого суматора з'єднаний з неінвертуючим входом другого диференційного підсилювача і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювального тиску першого середовища, вихід другого суматора з'єднаний з інвертуючим входом другого диференційного підсилювача і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювального тиску другого середовища, вихід другого диференційного підсилювача є виходом сенсора по параметру вимірювального диференційного тиску, вихід першого диференційного підсилювача є виходом сенсора по параметру вимірювальної диференційної температури. (О со Корисна модель відноситься до вимірювальної техніки, а саме до приладів, що можуть одночасно вимірювати диференційний тиск та диференційну температуру в точках прикладання диференційного тиску і абсолютні значення тиску та температури. Відомий сенсор тиску і температури [А.с. СССР №1605688, кл. G01B 7/16 "Устройство для измерения механических деформаций и температуры", 1989], що складається з першого і другого тензорезисторів, першого і другого джерел струму, першого і другого суматорів, чотирьох масштабуючих перетворювачів, першого диференційного підсилювача. Однак, даний сенсор вимірює тільки абсолютні значення тиску та температури, функціональні можливості обмежені. В основу корисної моделі поставлено завдання створення сенсора тиску та температури, в якому окрім вимірювання абсолютних значень тиску та температури досягнуто було б одночасне вимірювання диференційного тиску та диференційної температури в точках прикладання диференційного тиску, і тим самим досягти розширення функціональних можливостей. Поставлене завдання вирішується тим, що сенсор тиску та температури, що містить перший і другий тензорезистори, перше і друге джерела струму, чотири масштабуючі підсилювачі, перший і другий суматори, перший диференційний підсилювач, згідно з корисною моделлю, додатково містить третій і четвертий тензорезистори, другий О) 10360 диференційний підсилювач, при чому перший вивід першого тензорезистора з'єднаний з землею і першим виводом другого тензорезистора, другий вивід першого тензорезистора з'єднаний з першим виводом третього тензорезистора і з входом другого масштабуючого підсилювача, другий вивід другого тензорезистора з'єднаний з першим виводом четвертого тензорезистора і з входом третього масштабуючого підсилювача, другий вивід третього тензорезистора з'єднаний з виходом першого джерела струму і з входом першого масштабуючого підсилювача, другий вивід четвертого тензорезистора з'єднаний з виходом другого джерела струму і з входом четвертого масштабуючого підсилювача, вихід першого масштабуючого підсилювача з'єднаний з неінвертуючим входом першого диференційного підсилювача, з першим входом першого суматора і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювальної температури першого середовища, вихід другого масштабуючого підсилювача з'єднаний з другим входом першого суматора, вихід третього масштабуючого підсилювача з'єднаний з першим входом другого суматора, вихід четвертого масштабуючого підсилювача з'єднаний з другим входом другого суматора, з інвертуючим входом першого диференційного підсилювача і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювальної температури другого середовища, вихід першого суматора з'єднаний з неінвертуючим входом другого диференційного підсилювача і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювального тиску першого середовища, вихід другого суматора з'єднаний з інвертуючим входом другого диференційного підсилювача і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювального тиску другого середовища, вихід другого диференційного підсилювача є виходом сенсора по параметру вимірювального диференційного тиску, вихід першого диференційного підсилювача є виходом сенсора по параметру вимірювальної диференційної температури. Це дозволяє з високою точністю одночасно вимірювати диференційний тиск і диференційну температуру та абсолютні значення тиску і температури в точках прикладання диференційного тиску, при цьому при вимірюванні диференційного тиску і диференційної температури досягається висока чутливість і високий ступінь подавления синфазних завад, тим самим досягається розширення функціональних можливостей сенсора. На Фіг. показана блок-схема сенсора тиску та температури, де: 1 - перший тензорезистор; 2 - другий тензорезистор; 3 - третій тензорезистор; 4 - четвертий тензорезистор; 5 - перше джерело струму; 6 - друге джерело струму; 7 - перший масштабуючий підсилювач; 8 - другий масштабуючий підсилювач; 9 - третій масштабуючий підсилювач; 10 - четвертий масштабуючий підсилювач; 11 - перший суматор; 12 - другий суматор; 13 - перший диференційний підсилювач; 14 - другий диференційний підсилювач. Сенсор тиску та температури містить перший тензорезистор 1, другий тензорезистор 2, третій тензорезистор 3, четвертий тензорезистор 4, перше джерело струму 5, друге джерело струму 6, перший масштабуючий підсилювач 7, другий масштабуючий підсилювач 8, третій масштабуючий підсилювач 9, четвертий масштабуючий підсилювач 10, перший суматор 11, другий суматор 12, перший диференційний підсилювач 13, другий диференційний підсилювач 14, при чому перший вивід першого тензорезистора 1 з'єднаний з землею і першим виводом другого тензорезистора 2, другий вивід першого тензорезистора 1 з'єднаний з першим виводом третього тензорезистора 3 і з входом другого масштабуючого підсилювача 8, другий вивід другого тензорезистора 2 з'єднаний з першим виводом четвертого тензорезистора 4 і з входом третього масштабуючого підсилювача 9, другий вивід третього тензорезистора 3 з'єднаний з виходом першого джерела струму 5 і з входом першого масштабуючого підсилювача 7, другий вивід четвертого тензорезистора 4 з'єднаний з виходом другого джерела струму 6 і з входом четвертого масштабуючого підсилювача 10, вихід першого масштабуючого підсилювача 7 з'єднаний з неінвертуючим входом першого диференційного підсилювача 13, з першим входом першого суматора 11 і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювальної температури першого середовища U(T1), вихід другого масштабуючого підсилювача 8 з'єднаний з другим входом першого суматора 11, вихід третього масштабуючого підсилювача з'єднаний з першим входом другого суматора 12, вихід четвертого масштабуючого підсилювача з'єднаний з другим входом другого суматора 12, з інвертуючим входом першого диференційного підсилювача 13 і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювальної температури другого середовища U(T2), вихід першого суматора 11 з'єднаний з неінвертуючим входом другого диференційного підсилювача 14 і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювального тиску першого середовища U(P1), вихід другого суматора 12 з'єднаний з інвертуючим входом другого диференційного підсилювача 14 і одночасно є виходом сенсора по параметру вимірювального тиску другого середовища U(P2), вихід другого диференційного підсилювача 14 є виходом сенсора по параметру вимірювального диференційного тиску U(dP), вихід першого диференційного підсилювача 13 є виходом сенсора по параметру вимірювальної диференційної температури U(dT). Сенсор тиску та температури працює наступним чином. Тензорезистори 1-4, що розташовані на мембранах, представляють собою міст Уінстона, причому перший і третій тензорезистори 1 і З розміщені на мембрані, на яку діє тиск Р1 і температура Т1 першого середовища, а другий і четвертий тензорезистори 2 і 4 розміщені на мембрані, на яку діє тиск Р2 і температура Т2 другого середовища, крім цього перший і другий тензорезистори 1 і 2 розміщені на тих ділянках мембран, де тиск призводить до їх деформації розтягу, а третій 10360 і четвертий тензорезистори 3 і 4 розміщені на тих ділянках мембран, де тиск призводить до їх деформації стиску. Деформація розтягу і стиску призводить до одночасного збільшення опорів третього і четвертого тензорезисторів 3 і 4 і відповідно до зменшення опорів першого і другого тензорезисторів 1 і 2. Зміна температури не впливатиме на зміну потенціалів між верхнім виводом першого тензорезистора 1 і верхнім виводом другого тензорезистора 2, тому що зміниться в одну сторону відповідно опір першого і третього тензорезисторів 1, 3 та другого і четвертого тензорезисторів 2, 4. При прикладанні до мембран диференційного тиску між верхнім виводом першого тензорезистора 1 і верхнім виводом другого тензорезистора 2 появиться пропорційна до диференційного тиску різниця потенціалів, яка прикладається між входами другого і третього масштабуючих підислювачів 8 і 9. З виходів другого і третього масштабуючих підсилювачів 8 і 9 ця різниця потенціалів подається на перший та другий суматори 11 та 12 і підсилюється першим диференційним підсилювачем 13. Перший та другий суматори 11 та 12 призначені для внесення додаткової температурної поправки в сигнал деформації, яка необхідна для усунення похибки, зумовленої розкидом температурного коефіцієнту опору тензорезисторів 1-4. З виходу першого диференційного підсилювача 13 пропорційна до диференційного тиску напруга подається на вихід сенсора по параметру вимірювального диференційного тиску U(dP). На виході першого суматора 11 будемо мати напругу U(P1), яка пропорційна до абсолютного тиску Р1 першого середовища, аналогічно на виході другого суматора 12 будемо мати напругу U(P2), яка пропорційна до абсолютного тиску Р2 другого середовища. Так як перший і третій тензорезистори 1 і З розміщені на першій мембрані, до якої прикладається тиск Р1 першого середовища, то зміна її температури призведе до зміни спаду напруги між землею і верхнім виводом третього тензорезистора 3. Ця напруга підсилюється до необхідного рівня першим масштабуючим підсилювачем 7 і подається на вихід сенсора по параметру вимірювальної температури першого середовища U(T1). При зміні температури другої мембрани, до якої прикладається тиск Р2 другого середовища, зміниться спад напруги між землею і верхнім виводом четвертого тензорезистора 4, який підсилюється до необхідного рівня четвертим масштабуючим підсилювачем 10 і подається на вихід сенсора по параметру вимірювальної температури другого середовища U(T2). Між виходами першого і четвертого масштабуючих підсилючів 7 і 10 будемо мати різницю потенціалів, яка є пропорційна до різниці температур між мембранами. Ця різниця потенціалів підсилюється першим диференційним підсилювачем 13 і подається на вихід сенсора по параметру вимірювальної диференційної температури U(dT). При зміні диференційного тиску різниця потенціалів між верхнім виводом третього тензорезистора 3 і верхнім виводом четвертого тензорезистора 4 не зміниться, так як не зміняться сумарний опір першого і третього тензорезисторів 1 і 3 та сумарний опір другого і четвертого тензорезисторів 2 і 4. Крім того при однакових температурах мембран ця різниця потенціалів дорівнюватиме нулю. Перше та друге джерела струму 5 і 6 призначені для задания стабільного постійного струму через третій і перший тензорезистори 3 і 1 та відповідно через четвертий і другий тензорезистори 4 і 2. Підстроювання струму через третій і перший тензорезистори 3 і 1 або через четвертий і другий тензорезистори 4 і 2 дасть змогу усунути зміщення нуля при незначному розкиді параметрів тензорезисторів. Таким чином, сенсор тиску та температури має розширені функціональні можливості та дозволяє одночасно з високою точністю вимірювати диференціинии тиск та диференціину температуру в точках прикладання диференційного тиску і абсолютні значення тиску та температури, здійснюючи при цьому компенсацію впливу температури на вихідний сигнал тиску і тиску на вихідний сигнал температури. 10360 UfT2) ФІГ. Комп'ютерна верстка А. Крулевський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601