Способ балансировки и температурной компенсации мостовых схем тонкопленочных тензорезисторных датчиков

 

СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ И ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОМПЕНСАЦИИ МОСТОВЫХ СХЕМ тонкошгеночных ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ , заключающийся в регулировании сопротивлений и температурного коэффициента сопротивления (ТКС) соответствующих резисторов мостовой схемы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности балансиров-ки и температурной компенсации, регулирование сопротивления резистора осуществляют пропусканием через него постоянного тока, а регулирование ТКС пропусканием импульсного тока, причем величину как импульсного тока, так и постоянного выбирают в 10-15 раз больше номинального рабочего. €

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (»)4 С 01 В 7/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPGK0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3672616/25-28 (22) 08.12.83 (46) 23.08.85. Бюл. ¹ 31 (72) Е.А.Мокров, А.И.Жучков, В.А.Тихоненков и 3 .А.Алексеева (53) 531. 781. 2 (088. 8) (56) Патент США. №- 3.303.693, кл. 73-88. 5, 1967.

Сгибов А.,П. Температурная компенсация ухода нуля мостового преобразователя. — "Приборы и системы управления", 1975, № 11. (54) (57) СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ И ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОМПЕНСАЦИИ МОСТОВЫХ СХЕМ

„„Я0„„174738

ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ, заключающийся в регулировании сопротивлений и температурного коэффициента сопротивления (ТКС) соответствующих резисторов мостовой схемы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности балансиров.ки и температурной компенсации, регулирование сопротивления резистора осу. ществляют пропусканием через него постоянного тока, а регулирование ТКС— пропусканием импульсного тока, причем величину как импульсного тока, так и постоянного выбирают в 10-15 раз больше номинального рабочего.

1174738

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных тензорезисторных датчиков для преобразования механических величин 5 в электрический сигнал.

Целью изобретения является повышение точности балансировки и температурной компенсации мостовых схем тонкопленочных тензорезисторных дат- 1О чиков.

На.чертеже показан механизм балансировки и температурной компенсации.

Точка Ао является исходной точкой, иэ которой ведется балансировка мос- 15 та. Отрезок АоВ характеризует изменение параметров мостовой схемы при пропускании через резисторы противолежащих плеч постоянного тока, в

10-15 раз превышающего номинальный 20 в течение заданного времени. Отрезок

ВС характеризует изменение параметров мостовой схемы при пропускании заданного числа импульсов тока через ту же пару противолежащих резисторов.

Ломаная СА О определяет последовательность изменения выходного сиг-, нала мостовой схемы при пропускании через резисторы сначала постоянного тока до достижения выходным сигналом 30 точки А, а затем сведением выходного сигнала в ноль пропусканием через резисторы импульсного тока. Ломаная

САО определяет ту же последовательность при обратном порядке операций. З5

Способ реализуется следующим образом.

Определяют резисторы мостовой схемы сопротивления и ТКС, которые подлежат регулировке. Затем регулируют щ

ТКС и сопротивление одной пары противолежащих резисторов до достижения ими заданных значений сопротивления и ТКС, пропуская через них импульсный ток с амплитудой, равной 10-15 но 4 миналам рабочего тока..Затем регулируют сопротивление второй пары противолежащих резисторов мостовой схемы до достижения ими заданного значения, пропуская через них постоянный ток, gg равный по величине 10-15 номиналам . рабочего тока.

На этом регулировку заканчивают.

Способ основан на том физическом явлении, что при пропускании через у пленочные резисторы постоянного тока более интенсивно изменяется величина сопротивления резистора при сравнительно малом изменении его ТКС.

При пропускании импульсного тока изменение величины сопротивления резисторов происходит медленнее, чем изменение их ТКС. Таким образом, комбинируя воздействия на соответствующие резисторы мостовой схемы постоянным и импульсным током, можно достигнуть балансировки мостовой схемы и ее температурной компенсации.

В качестве примера рассмотрим реализацию способа при балансировке и температурной компенсации полной мостовой схемы из тонкопленочных резисторов, выполненных из сплава Х20Н75Ю с удельным поверхностным сопротивлением = 70 Ом/кВ. Маркировка резис- торов в схеме принята стандартная.

Непосредственно после изготовления методами пленочной технологии мостовая схема может иметь напряжение дебаланса, близкое к 1007. номинального выходного напряжения, и значительную зависимость начального напряжения от температуры. Для мостов данного .типа напряжение питания принимают равным 6 В, при этом рабочий сигнал составляет 9 мВ.

Для определения резисторов, величину сопротивления и ТКС которых необходимо регулировать, определяют величину сигнала Uä на выходе мостовой схемы при максимальной рабочей темо пературе (в данном примере плюс 100 С) и при минимальной рабочей температуре (в данном примере минус 90 С).

Затем определяют координаты точки Ао, откладывая на чертеже по оси Х величину 3Ut= U t — U 0, а по оси У величину U (U (> = 8,5 мВ, dUt-- 0,43 мВ) .

Через резисторы мостовой схемы К1 пропускают постоянный ток величиной

10 I „,ãäå Х ом — номинальный ток питания резистора, в течение,5 мин. После этого вновь определяют величину выходного сигнала при максимальной рабочей температуре U,„ è при минимальной рабочей температуре Utz В данном примере U» = 9, 7 мВ, à Utp= Utn—

Uî„ = -0,38 мВ. Напряжение Uîï откладывают по оси У, а UtÄno оси Х и получают точку В на чертеже.

Прямая, проходящая через точки А и В, характеризует изменение дисбаланса и температурную стабильность мостовой схемы при регулировании резистора Н1 при пропускании через него постоянного тока I = 10 I Вы3 1174738 числим угловой коэффициент К прямой и

Ар В

r Поп

К ь(ли „) 24, 10

5U on

К вЂ” 5 л(ь u „) гдe BUan U р Про

0,8 мВ;

20 где 4Uoo жр — Uon = — 1. г мВ; д(aU< ) = aU< -aU<„=-0,05 мВ.

Затем через этот же резистор R 1 пропускают 6000 импульсов тока длительностью 3 мс с амплитудой, равной t5 3<, Определяют те же параметры мостовой схемы после импульсного воздействия U „ = 10,5 мВ и aUq =

П

= -0,22 мВ и вычисляют коэффициент

1 а(лП.,„) = Ы „ hU<„= 0,16 мв.

На чертеже строят точку С с координатами Х = DUg u Y = U По полученным данным из точки С проводят две прямых СА и СА с угловыми коэффициентами соответственно Кп и Киэ кото- 30 рые определяют резисторы, регулировку которых следует проводить, пропуская через них постоянный ток (для рассматриваемого случая это R2 и R4) и импульсный ток (R1 и R3).

Для определения длительности воз-! действия постоянным током и числа импульсов, необходимых для балансировки и термокомпенсации моста, необходимо через начало координат провести прямые ОА и ОА, параллельные прямым соответственно СА и СА . Ломаные CAO

СА О определяют дальнейший путь реулировки, которую необходимо провести для достижения балансировки и термокомпенсации мостовой схемы.

Возможны два варианта. В первом варианте, регулируя сопротивление и

ТКС резисторов R1 и RÇ, переводят состояние мостовой схемы из точки С в точку А. Регулирование импульсным током прекращают, когда выходной сигнал с мостовой схемы достигнет точки А, вычисленные значение координат которой равны Uo, = 14,64 мВ и лБ = 0,61 мВ. После этого регулируют величину сопротивления и ТКС резисторов R2 и R4, пропуская через них постоянный ток до тех пор, пока напряжение на .выходе мостовой схемы не будет равно нулю, одновременно с этим достигают и температурную компенсацию мостовой схемы.

Во втором варианте порядок операций изменяют и, регулируя резисторы

R2 и R4 постоянным током, переводят состояние выходного сигнала в точку

А, а затем, регулируя R1 и RÇ импульсным током, сводят выходной сигнал мостовой схемы в точку О. Результат достигается тот же.

Предложенный способ балансировки и температурной компенсации мостовых схем из тонкопленочных резисторов.позволяет повысить точность тем" пературной компенсации в широком температурном диапазоне. Одновременно возрастает надежность датчика и упрощается его конструкция, так как в мостовую схему не вводят дополни- . тельные элементы в виде термозависимых резисторов и дополнительных резисторов для балансировки.

1174738

Составитель В.Заикин

Техред О,Неце Корректор А.Обручар

Редактор Г.Волкова

Лф

Филиал ПШП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4

Заказ 5170/41 . Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5