Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика



Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика

 


Владельцы патента RU 2542611:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности. В диагональ питания мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαт устанавливают перемычку. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. На основе проведенных измерений вычисляют ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи α д и з м + и α д и з м при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи ( Δ α д и з м = α д и з м + α д и з м ) . Измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика. Включают термонезависимый резистор Ri=0,5·Rвх. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе проведенных измерений вычисляют ТКС входного сопротивления при температурах t+ и t-. Отключают резистор Ri и снимают перемычку с резистора Rαт. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе выполненных измерений вычисляют ТКС технологического термозависимого резистора Rαт при температурах t+ и t-. Если ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш с использованием полученных значений ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи, ТКС входного сопротивления и ТКС резистора Rαт. Резистор Rαт заменяют резистором Rα путем частичного задействования. Шунтируют входное сопротивление мостовой цепи термонезависимым резистором Rш. Технический результат заключается в повышении точности компенсации мультипликативной температурной характеристики выходного сигнала датчика. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.

Известен способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика (см. Патент на изобретение RU 2408839 C1, G01B 7/16 «Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика», опубликованный 10.01.2011 в Бюл. №1), принятый за прототип, в котором для компенсации мультипликативной температурной погрешности производят проверку принадлежности температурного коэффициента чувствительности (ТКЧ) тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейности области применения способа, если ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα, термонезависимого резистора Rш, включают резистор Rα в диагональ питания мостовой цепи, входное сопротивление которого шунтируют резистором Rш.

К причинам, препятствующим достижению указанному ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что способ основан на расчете компенсационных резисторов через физические параметры материалов тензорезисторов. При расчете номиналов компенсационных элементов используются сведения о ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейности, температурного коэффициента сопротивления (ТКС) компенсационного термозависимого резистора Rα, ТКС входного сопротивления мостовой цепи.

Как правило, данную информацию можно получить из сертификатов на применяемые материалы, однако существующие технологические разбросы при изготовлении этих материалов не позволяют использовать данную информацию из-за значительных разбросов, получаемых при определении значений компенсационных элементов. Кроме того, так как металлопленочные датчики выполняются с применением микроэлектронной технологии, данная информация может быть значительно искажена в результате напыления исходного материала. Поэтому чтобы использовать аналитические выражения, необходимо осуществить экспериментальное определение требуемых параметров элементов, входящих в состав датчика путем прямого измерения необходимых параметров.

Однако экспериментальное определение физических параметров элементов измерительной схемы датчика представляет определенную сложность.

Во-первых, это чисто конструктивные и технологические затруднения, связанные с тем, что:

- определение физических параметров как элементов измерительной схемы, так и компенсационных элементов необходимо проводить в собранном датчике, так как существующие перепады температур и температурных деформаций по телу датчика могут вызвать недопустимо большие погрешности при определении компенсационных элементов;

- определение всех физических параметров отдельных элементов требует, как правило, нарушения электрических связей в собранном датчике, что может привести к значительному ухудшению метрологических характеристик, так как эти связи заложены на самых ранних этапах формирования измерительной схемы металлопленочных датчиков.

Во-вторых, прямые методы измерения этих параметров, кроме большой трудоемкости, не обеспечивают требуемую точность. Так при измерении ТКС тензорезисторов порядка 1·10-5 1/°C с точностью до 5% требуется замер сопротивления номиналом 1000 Ом при перепаде температур в 50°C с точностью до 0,025 Ом, что составляет точность измерения 0,0025% и требует применение специальных методов измерения.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности, который позволил бы повысить точность компенсации мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика с использованием широко распространенной измерительной аппаратуры.

Технический результат заключается в повышении точности компенсации мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика с использованием широко распространенной измерительной аппаратуры.

Если оценку параметров датчика производить косвенным путем через измерение выходного сигнала, то можно допустить, что относительное изменение сопротивления тензорезисторов при номинальном значении измеряемого параметра составляет j = 1 4 ε r i = j = 1 4 Δ R j R j = 0 , 01 , где Rj=1000 Ом - сопротивление j-го плеча мостовой цепи датчика, ΔRj - изменение сопротивления плеча Rj. Данный выходной сигнал соответствует суммарному изменению сопротивлений плеч мостовой цепи j = 1 4 Δ R j = R j j = 1 4 ε r j = 10  Ом . В этом случае для обеспечения замера суммарного изменения сопротивлений плеч мостовой цепи в 10 Ом с точностью 0,025 Ом через измерение выходных сигналов потребуется использовать вольтметр класса точности не ниже 0,25%, что доступно в настоящее время на любом производстве.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в диагональ питания мостовой цепи включают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений сопротивления компенсационного резистора Rα, параллельно которому устанавливают перемычку. Производят предварительное определение физических параметров датчика косвенными методами на основе измерения выходного сигнала датчика в различных условиях:

1. Для оценки ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи датчика измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при номинальном значении измеряемого параметра как при нормальной температуре t0, так и при температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур соответственно. Вычисляют девиации выходного сигнала датчика для каждого значения температуры. На основе полученных значений девиаций выходного сигнала вычисляют значения ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи датчика α д и з м + ,   α д изм , соответствующие температурам t+ и t-, а также нелинейность ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи датчика ( Δ α д  и з м = α д  и з м + α д  и з м ) .

2. Для оценки ТКС входного сопротивления измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика Rвх. В диагональ питания мостовой цепи включают термонезависимый резистор с номиналом Ri=0,5·Rвх. При температурах t0, t+, t- измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при номинальном значении измеряемого параметра. На основе проведенных измерений вычисляют девиации выходного сигнала датчика для каждого значения температуры, вычисляют значения ТКС входного сопротивления α в х и з м + , α в х и з м , соответствующие температурам t+ и t-.

3. Для оценки ТКС термозависимого технологического резистора Rαт снимают перемычку с резистора Rαт. При температурах t0, t+, t- измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при номинальном значении измеряемого параметра. На основе проведенных измерений вычисляют девиации выходного сигнала датчика для каждого значения температуры, вычисляют значение ТКС термозависимого технологического резистора α к и з м + , α к и з м , соответствующие температурам t+ и t-.

На основе вычисленных значений физических параметров датчика производят проверку принадлежности ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейности области применения способа в соответствии с прототипом.

При принадлежности ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейности области применения способа вычисляют номиналы компенсационных резисторов путем решения системы уравнений:

{ R в х о α д и з м + ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( α в х о + + α д и з м + α к и з м + + α в х о + α д и з м + Δ t + ) R в х о ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( 1 + α к и з м + Δ t + ) = 0 ; R в х о α д и з м + ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( α в х о + + α д и з м + α к и з м + + α в х о + α д и з м + Δ t + ) R в х о ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( 1 + α к и з м + Δ t + ) = = R в х о α д и з м ( 1 + α в х о Δ t ) + R α ( α в х о + α д и з м α к и з м + α в х о α д и з м Δ t ) R в х о ( 1 + α в х о Δ t ) + R α ( 1 + α к и з м Δ t ) ,

где R в х о = R в х R ш R в х + R ш - входное сопротивление зашунтированной мостовой цепи;

α в х о + ( ) = R ш α в х и з м + ( ) R в х ( 1 + α в х и з м + ( ) Δ t + ( ) ) + R ш - ТКС входного сопротивления зашунтированной мостовой цепи;

Δt+=t+-t0 - положительный диапазон температур;

Δt-=t--t0 - отрицательный диапазон температур.

Производят установку резисторов Rα и Rш в диагональ питания мостовой цепи в соответствии с прототипом.

Кроме того, после вычисления номиналов компенсационных резисторов Rα и Rш производят установку резистора Rα с вычисленным номиналом путем частичного задействования технологического резистора Rαт, поскольку при замене резистора Rαт на резистор Rα с вычисленным номиналом технологически очень трудно обеспечить равенство ТКС резисторов Rαт и Rα.

Способ осуществляется следующим образом.

Для решения поставленной выше задачи необходимо заменить прямое измерение физических параметров датчика на косвенное, основанное на измерении выходного сигнала датчика.

Данное решение позволит упростить настройку датчика, решить приведенные выше конструктивные и технологические затруднения. Кроме того, данное решение позволит повысить точность определения физических параметров датчика и, как следствие, компенсации мультипликативной температурной погрешности.

На основе измерения выходного сигнала датчика необходимо вычислить значения физических параметров тензорезисторного датчика, необходимых при вычислении номиналов компенсационных резисторов, что требует высокоточной измерительной аппаратуры в случае прямого измерения. Данные физические параметры приведены ниже:

1. ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи при температурах t+ и t- и его нелинейность;

2. ТКС входного сопротивления при температурах t+ и t-;

3. ТКС термозависимого технологического резистора Rαт при температурах t+ и t-.

Для оценки ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи необходимо оценить девиацию выходного сигнала датчика как при нормальных условиях, так и при воздействии температуры при отсутствии резисторов в диагонали питания. Для этого необходимы значения начального разбаланса U0, U0t при нормальной температуре t0 и температуре t, являющейся верхним или нижним пределом рабочего диапазона температур, соответственно. Также необходимы значения выходного сигнала датчика Uвых, Uвыхt при номинальном значении измеряемой физической величине и воздействии температур t0 и t соответственно. На основе сведений о значениях начального разбаланса и выходного сигнала могут быть вычислены значения девиации выходного сигнала ΔUвых, ΔUвыхt при температурах t0 и t соответственно:

Δ U в ы х = U в ы х U 0 ; Δ U в ы х t = U в ы х t U 0 t . }                                          (1)

В соответствии с [1], девиации выходных сигналов при нормальный условиях и воздействии температуры могут быть представлены следующим образом:

Δ U в ы х = U п и т k ( k + 1 ) 2 j = 1 4 ε r j ;                              (2)

Δ U в ы х t = U п и т k ( k + 1 ) 2 j = 1 4 ε r j ( 1 + α д Δ t ) ,         (3)

где Uпит - напряжение питания мостовой цепи;

k = R 1 R 2 = R 3 R 4 - коэффициент симметрии мостовой цепи;

εrj - относительное изменение сопротивление тензорезистора Rj;

αд - ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи;

Δt=t-t0 - изменение температуры.

Разделив выражение (3) на (2) и решив полученное уравнение относительно ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи, получим выражение для вычисления ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи через выходные сигнала датчика:

α д = Δ U в ы х t Δ U в ы х Δ U в ы х Δ t                                               (4)

В соответствии с (4), производят оценку значений ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи при температурах t+ и t-. Для этого после включения резистора Rαт и перемычки параллельно ему, при температурах t0, t+, t- измеряют значения как начального разбаланса U 0 , U 0 t + , U 0 t , так и значения выходного сигнала датчика Uвых, U в ы х t + , U в ы х t при номинальном значении измеряемого параметра (U0 и Uвых измеряют при температуре t0; U 0 t + , U в ы х t + - при t+; U 0 t , U в ы х t - при t-). На основе полученных результатов измерений вычисляют необходимые значения ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи α д и з м + , α д и з м , при температурах t+ и t- соответственно:

α д и з м + = Δ U в ы х t + Δ U в ы х Δ U в ы х Δ t + ; α д и з м = Δ U в ы х t Δ U в ы х Δ U в ы х Δ t , }                                     (5)

где Δ U в ы х t + = U в ы х t + U 0 t + , - девиация выходного сигнала датчика при температуре t+; Δ U в ы х t = U в ы х t U 0 t , - девиация выходного сигнала датчика при температуре t-.

Значение нелинейности ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи, необходимое при выборе схемы компенсации мультипликативной температурной погрешности вычисляют на основе измеренных значений ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи:

Δ α д и з м = α д и з м + α д и з м .                                         (6)

Для оценки ТКС входного сопротивления мостовой цепи датчика измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика Rвх, в цепь питания включают термонезависимый резистор Ri, что позволит получить выходной сигнал, который будет зависеть от температурной зависимости не только чувствительности тензорезисторов, но и входного сопротивления мостовой цепи. Номинал резистора Ri следует брать равным Ri=0,5·Rвх, поскольку при данном номинале резистора Ri влияние ТКС входного сопротивление будет достаточно большим, а уменьшение выходного напряжения мостовой цепи не станет чрезмерно большим.

Для вычисления ТКС входного сопротивления необходимы значения как начального разбаланса U0r, U0rt, так и выходного сигнала датчика Uвыхr, Uвыхrt при номинальном значении измеряемого параметра, соответствующие температурам t0 и t (U0r и Uвыхr соответствуют температуре t0; U0rt и Uвыхrt - температуре t). На основе сведений о значениях начального разбаланса и выходного сигнала могут быть вычислены значения девиации выходных сигналов ΔUвыхr, ΔUвыхrt при температурах t0 и t:

Δ U в ы х r = U в ы х r U 0 r ; Δ U в ы х r t = U в ы х r t U 0 r t , }                                                         (7)

В соответствии с [2] девиации выходных сигналов после включения резистора Ri при нормальный условиях и воздействии температуры могут быть представлены следующим образом:

Δ U в ы х r = U п и т k ( k + 1 ) 2 R в х R в х + R i j = 1 4 ε r j ;                              (8)

Δ U в ы х r t = U п и т k ( k + 1 ) 2 R в х ( 1 + α в х Δ t ) R в х ( 1 + α в х Δ t ) + R i j = 1 4 ε r j ( 1 + α д Δ t ) ,    (9)

где αвх - ТКС входного сопротивления мостовой цепи датчика.

Разделив выражение (9) на (8) и решив полученное уравнение с учетом (4), получим выражение для вычисления ТКС входного сопротивления мостовой цепи датчика:

α в х = ( R в х + R i ) ( Δ U в ы х r t Δ U в ы х Δ U в ы х t Δ U в ы х r ) [ ( R в х + R i ) Δ U в ы х t Δ U в ы х r R в х Δ U в ы х r t Δ U в ы х ] Δ t .    (10)

В соответствии с (10) производят оценку значений ТКС входного сопротивления мостовой цепи при температурах t+ и t-. Для этого после оценки ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи при температурах t0, t+, t- измеряют значения как начального разбаланса Uor, U 0 r t + , U 0 r t , так и значения выходного сигнала датчика Uвыхr, U в ы х r t + , U в ы х r t при номинальном значении измеряемого параметра (U0r и Uвыхr измеряют при температуре t0; U 0 r t + , U в ы х r t + - при t+; U 0 r t , U в ы х r t - при t-). На основе полученных результатов измерений вычисляют необходимые значения ТКС входного сопротивления мостовой цепи α в х и з м + , α вх изм при температурах t+ и t- соответственно:

α в х и з м + = ( R в х + R i ) ( Δ U в ы х r t + Δ U в ы х Δ U в ы х t + Δ U в ы х r ) [ ( R в х + R i ) Δ U в ы х t + Δ U в ы х r R в х Δ U в ы х r t + Δ U в ы х ] Δ t + ; α в х и з м = ( R в х + R i ) ( Δ U в ы х r t Δ U в ы х Δ U в ы х t Δ U в ы х r ) [ ( R в х + R i ) Δ U в ы х t Δ U в ы х r R в х Δ U в ы х r t Δ U в ы х ] Δ t , }    (11)

где Δ U в ы х r t + = U в ы х r t + U 0 r t + , - девиация выходного сигнала датчика при температуре t+ и включенном резисторе Ri;

Δ U в ы х r t = U в ы х r t U 0 r t , - девиация выходного сигнала датчика при температуре t- и включенном резисторе Ri.

Для оценки ТКС технологического резистора Rαт отключают резистор Ri и включают в диагональ питания термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений компенсационного резистора Rα. Благодаря этому будет получен выходной сигнал, зависящий от температурной зависимости как чувствительности тензорезисторов, входного сопротивления мостовой цепи, так и термозависимого технологического резистора Rαт.

Для вычисления ТКС резистора Rαт необходимы значения как начального разбаланса U, U0αt, так и выходного сигнала датчика Uвыхα, Uвыхαt при номинальном значении измеряемого параметра, соответствующие температурам t0 и t (U и Uвыхα соответствуют температуре t0; U0αt и Uвыхαt - температуре t). На основе сведений о значениях начального разбаланса и выходного сигнала могут быть вычислены значения девиации выходных сигналов ΔUвыхα, ΔUвыхαt при температурах t0 и t:

Δ U в ы х α = U в ы х α U 0 α ; Δ U в ы х α t = U в ы х α t U 0 α t . }                                                    (12)

В соответствии с [2] девиации выходных сигналов после включения резистора Rαт при нормальный условиях и воздействии температуры могут быть представлены следующим образом:

Δ U в ы х α = U п и т k ( k + 1 ) 2 R в х R в х + R α т j = 1 4 ε r j ;                           (13)

Δ U в ы х α t = U п и т k ( k + 1 ) 2 R в х ( 1 + α в х Δ t ) R в х ( 1 + α в х Δ t ) + R α т ( 1 + α к Δ t ) j = 1 4 ε r j ( 1 + α д Δ t ) ,    (14)

где αк - ТКС технологического термозависимого резистора Rαт.

Разделив выражение (14) на (13) и решив полученное уравнение с учетом (4), получим выражение для вычисления ТКС резистора Rαт:

α к = ( R в х + R α т ) ( 1 + α в х Δ t ) R α т Δ t Δ U в ы х α Δ U в ы х t Δ U в ы х α t Δ U в ы х R в х ( 1 + α в х Δ t ) + R α т R α т Δ t .    (15)

В соответствии с (15) для оценки ТКС входного сопротивления при температурах t0, t+, t- измеряют значения как начального разбаланса U, U 0 α t + , U 0 α t , так и значения выходного сигнала датчика Uвыхα, U в ы х α t + , U в ы х α t при номинальном значении измеряемого параметра (U и Uвыхα измеряют при температуре t0; U 0 α t + , U в ы х α t + - при t+; U 0 α t , U в ы х α t - при t-). На основе полученных результатов измерений вычисляют необходимые значения ТКС компенсационного резистор α к и з м + , α к и з м при температурах t+ и t- соответственно:

α к и з м + = ( R в х + R α т ) ( 1 + α в х и з м + Δ t + ) R α т Δ t + Δ U в ы х α Δ U в ы х t + Δ U в ы х α t + Δ U в ы х R в х ( 1 + α в х и з м + Δ t + ) + R α т R α т Δ t + ; α к и з м = ( R в х + R α т ) ( 1 + α в х и з м Δ t ) R α т Δ t + Δ U в ы х α Δ U в ы х t Δ U в ы х α t Δ U в ы х R в х ( 1 + α в х и з м Δ t ) + R α т R α т Δ t , }   (16)

где Δ U в ы х α t + = U в ы х α t + U 0 α t + - девиация выходного сигнала датчика при температуре t+ и включенном резисторе Rαт;

Δ U в ы х α t = U в ы х α t U 0 α t - девиация выходного сигнала датчика при температуре t- и включенном резисторе Rαт.

После оценки ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи, ТКС входного сопротивления и ТКС технологического резистора Rαт проверяют принадлежность физических параметров датчика области применения прототипа. Если ТКЧ и его нелинейность принадлежат области применения прототипа, вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш, решая систему уравнений:

{ R в х о α д и з м + ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( α в х о + + α д и з м + α к и з м + + α в х о + α д и з м + Δ t + ) R в х о ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( 1 + α к и з м + Δ t + ) = 0 ; R в х о α д и з м + ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( α в х о + + α д и з м + α к и з м + + α в х о + α д и з м + Δ t + ) R в х о ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( 1 + α к и з м + Δ t + ) = = R в х о α д и з м ( 1 + α в х о Δ t ) + R α ( α в х о + α и з м α к и з м + α в х о α д и з м Δ t ) R в х о ( 1 + α в х о Δ t ) + R α ( 1 + α к и з м Δ t ) ,    (17)

где R в х о = R в х R ш R в х + R ш - входное сопротивление зашунтированной мостовой цепи;

α в х о + ( ) = R ш α в х и з м + ( ) R в х ( 1 + α в х и з м + ( ) Δ t + ( ) ) + R ш - ТКС входного сопротивления зашунтированной мостовой цепи.

После вычисления номиналов резисторов Rα и Rш производят замену технологического резистора Rαт термозависимым компенсационным резистором Rα с вычисленным номиналом путем частичного задействования резистора Rαт. Шунтируют термозависимый резистор Rα с вычисленным номиналом термонезависимым резистором Rш с вычисленным номиналом.

Для проверки описанного способа произведем расчет компенсационных резисторов и мультипликативную температурную погрешность после компенсации

Пример

Необходимо произвести компенсацию мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала тензорезисторного датчика с равноплечей мостовой измерительной цепью при следующих исходных данных:

- Входное сопротивление мостовой цепи: Rвх=1000 Ом;

- Напряжение питания мостовой цепи: Uпит=10 В;

- Суммарное относительное изменение сопротивления тензорезисторов при номинальном значении измеряемой физической величины: j = 1 4 ε t j = 0 , 01 ;

- Температурный диапазон эксплуатации датчика: 20±100°C.

Рассмотрим осуществление компенсации, выполненное в несколько этапов:

1. В диагональ питания устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт - 500 Ом, номинал которого заведомо больше возможных значений сопротивления резистора Rα для микроэлектронных датчиков, параллельно которому устанавливается перемычка.

2. Измеряют девиации выходных сигналов ΔUвых, Δ U в ы х t + , Δ U в ы х t , ΔUвыхr, Δ U в ы х r t + , Δ U в ы х r t , ΔUвыхα, Δ U в ы х α t + , Δ U в ы х α t .

3. Вычисляют значения физических параметров датчика ( α д + , α д , α в х + , α в х , α к + , α к ).

4. Вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш. Путем частичного задействования резистора Rαт производят установку резистора Rα. Шунтируют входное сопротивление мостовой цепи термонезависимым резистором Rш.

5. Производят оценку мультипликативной чувствительности датчика к температуре после компенсации температурной погрешности.

Первый этап. Установливают резистор Rαт=500 Ом, параллельно которому устанавливают перемычку.

Второй этап. Измеряют девиации выходных сигналов датчика. Для задания реальных значений выходных сигналов микроэлектронного датчика зададимся значениями физических параметров датчика. Допустим, что α в х + = 5 10 4 1 / C , α в х = 5 , 05 10 4 1 / C , α д + = 2 , 5 10 4 1 / C , α в х = 2 , 6 10 4 1 / C , α к + = 4 10 3 1 / C , α к = 4 , 01 10 3 1 / C .

В соответствии с (2) и (3) будут получены следующие значения девиации выходных сигналов датчика:

ΔUвых=10·0,25·0,01=25 мВ

Δ U в ы х t + = 10 0 , 25 0 , 01 ( 1 + 2 , 5 10 4 100 ) = 25 , 625 м В

Δ U в ы х t = 10 0 , 25 0 , 01 ( 1 2 , 6 10 4 100 ) = 24 , 350 м В

Устанавливают резистор Ri=0,5·Rвх=500 Ом.

В соответствии с (8) и (9) вычисленные девиации выходных сигналов при включенном резисторе Ri примут следующие значения:

Δ U в ы х r = 10 0 , 25 1000 1000 + 500 0 , 01 = 16 , 666667 м В

Δ U в ы х r t + = 10 0 , 25 1000 ( 1 + 5 10 4 100 ) 1000 ( 1 + 5 10 4 100 ) + 500 0 , 01 ( 1 + 2 , 5 10 4 100 ) = = 17 , 358871 м В

Δ U в ы х r t = 10 0 , 25 1000 ( 1 5 , 05 10 4 100 ) 1000 ( 1 5 , 05 10 4 100 ) + 500 0 , 01 ( 1 2 , 6 10 4 100 ) = = 15 , 950552 м В

Отключают резистор Ri, снимают перемычку с технологического резистора Rαт. В соответствии с (13) и (14) будут получены следующие значения девиации выходных сигналов датчика:

Δ U в ы х α = 10 0 , 25 1000 1000 + 500 0 , 01 = 16 , 666667 м В

Δ U в ы х α t + = 10 0 , 25 1000 ( 1 + 5 10 4 100 ) 1000 ( 1 + 5 10 4 100 ) + 500 ( 1 + 4 10 3 100 ) 0 , 01 × = × ( 1 + 2 , 5 10 4 100 ) = 15 , 375 м В

Δ U в ы х α t = 10 0 , 25 1000 ( 1 5 , 05 10 4 100 ) 1000 ( 1 5 , 05 10 4 100 ) + 500 ( 1 4 , 01 10 3 100 ) × × 0 , 01 ( 1 2 , 6 10 4 100 ) = 18 , 511069 м В

Третий этап. Вычисляют значения физических параметров датчика при температурах t+ и t-, используя полученные значения девиаций выходного сигнала.

По формуле (5) вычисляют ТКЧ тензорезисторов при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур:

α д и з м + = 25 , 625 25 25 100 = 2 , 5 10 4 1 / C

α д и з м = 24 , 350 25 0 , 025 ( 100 ) = 2 , 6 10 4 1 / C

Нелинейность ТКЧ тензорезисторов составляет:

Δαд изм=2,5·10-4-2,6·10-4=-1·10-51/°C

По формуле (11) вычисляют ТКС входного сопротивления мостовой цепи при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур:

α в х и з м + = ( 1000 + 500 ) ( 17 , 358871 0 , 025 25 , 625 16 , 666667 ) [ ( 1000 + 500 ) 25 , 625 16 , 666667 1000 17 , 358871 0 , 025 ] 100 = = 4 , 999994 10 4 1 / C

α в х и з м = ( 1000 + 500 ) ( 15 , 950552 25 24 , 35 16 , 666667 ) [ ( 1000 + 500 ) 24 , 35 16 , 666667 1000 15 , 950552 0 , 025 ] ( 100 ) = = 5 , 050004 10 4 1 / C

По формуле (16) вычисляют ТКС технологического термозависимого резистора Rαт:

α к и з м + = ( 1000 + 500 ) ( 1 + 4 , 999994 10 4 100 ) 500 100 16 , 666667 25 , 625 15 , 375 0 , 025 1000 ( 1 + 4 , 999994 10 4 100 ) + 500 500 100 = 3 , 9999999 10 3 1 / C

α к и з м = ( 1000 + 500 ) ( 1 + 5 , 050004 10 4 100 ) 500 ( 100 ) 16 , 666667 24 , 35 18 , 511069 25 1000 ( 1 5 , 050004 10 4 100 ) + 500 500 ( 100 ) = 4 , 0099999 10 3 1 / C

Четвертый этап. После вычисления физических параметров датчика приступают к вычислению номиналов компенсационных резисторов. Для этого необходимо сначала проверить принадлежность ТКЧ тензорезисторов области применения прототипа. В соответствии с описанием прототипа при α в х и з м + = 4 , 999994 10 4 1 / C и Δαд изм=-1·10-51/°C ТКЧ тензорезисторов должно быть в пределах (1-3)·10-41/°C. Поскольку измеренное ТКЧ тензорезисторов составляет α д и з м + = 2 , 5 10 4 1 / C , возможна последующая компенсация мультипликативной температурной погрешности в соответствии с прототипом.

Для вычисления номиналов термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш в соответствии с описанием прототипа необходимо решить систему уравнений (17) относительно номиналов компенсационных резисторов.

Решением данной системы уравнений являются номиналы компенсационных резисторов:

Rα=30,754 Ом и Rш=746,594 Ом.

Вычисленное значение термозавсимого резистора Rα получают путем частичного задействования технологического термозависимого резистора Rαт.

Термонезависимый компенсационный резистор следует выполнять из материалов с низким ТКС (не более 10-61/°C), а его установку производить в местах конструкции датчика, воспринимающих минимальные значения воздействующих температур, например во вторичный преобразователь.

Пятый этап. Производят оценку мультипликативной чувствительности датчика к температур после компенсации. Для этого измеряют девиации выходных сигналов датчика при нормальных условиях и воздействии температур, соответствующих пределам рабочего диапазона температур.

Произведем оценку девиаций, которые будут измерены.

При нормальных условиях входное сопротивление зашунтированной мостовой цепи составит:

R в х о = R в х R ш R в х + R ш = 1000 746 , 594 1000 + 746 , 594 = 427 , 457096498 О м

Девиация выходного сигнала датчика при нормальных условиях составит в соответствии с [2]:

Δ U в ы х = U п и т k ( k + 1 ) 2 R в х о R в х о + R α j = 1 4 ε r j = 10 0 , 25 427 , 457096498 427 , 457096498 + 30 , 754 0 , 01 = = 23 , 322062 м В

При 120°C входное сопротивления зашунтированной мостовой цепи составит:

R в х о = R в х ( 1 + α в х + Δ t + ) R ш R в х ( 1 + α в х + Δ t + ) + R ш = 1000 1 , 05 746 , 594 1000 1 , 05 + 746 , 594 = 436 , 338816672 О м

Девиация выходного сигнала датчика при 120°C, в соответствии с [2]:

Δ U в ы х t + = U п и т k ( k + 1 ) 2 R в х о R в х о + R α ( 1 + α к + Δ t + ) j = 1 4 ε r j ( 1 + 8 д + Δ t + ) = = 10 0 , 25 436 , 338816672 436 , 338816672 + 30 , 754 1 , 4 0 , 01 1 , 025 = 23 , 323555 м В

Аналогично вычислим девиацию выходного сигнала при -80°C:

R в х о = R в х ( 1 + α в х Δ t ) R ш R в х ( 1 + α в х Δ t ) + R ш = 1000 0 , 9495 746 , 594 1000 0 , 9495 + 746 , 594 = 417 , 955020771 О м

Δ U в ы х t = U п и т k ( k + 1 ) 2 R в х о R в х о + R α ( 1 + α к Δ t ) j = 1 4 ε r j ( 1 + α д Δ t ) = = 10 0 , 25 417 , 955020771 417 , 955020771 + 30 , 754 0 , 599 0 , 01 0 , 974 = 23 , 322065 м В

Мультипликативная чувствительность датчика к температуре в соответствии с описанием прототипа составит:

S k t + = Δ U в ы х t + Δ U в ы х Δ U в ы х Δ t + = 23 , 323555 23 , 322062 23 , 322062 100 = 6 , 403 10 7 1 / C

S k t = Δ U в ы х t Δ U в ы х Δ U в ы х Δ t = 23 , 322065 23 , 322062 23 , 322062 ( 100 ) = 1 , 286 10 9 1 / C

Таким образом, описанный способ позволяет скомпенсировать как мультипликативную температурную погрешность, так и нелинейность температурной характеристики выходного сигнала датчика. При этом мультипликативная чувствительность к температуре в рассмотренном примере много меньше предельно допустимого значения температурной чувствительности (Sktдоп=10-41/°C).

Точность компенсации рассмотренным способом зависит от точности измерения выходных сигналов мостовой цепи датчика и округления результатов в процессе расчета.

Список литературы

1. Пат. 2302611 Российская Федерация, МПК G01B 7/16. Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности. / Тихоненков В.А., Тихоненков Е.В.; заявитель и патентообладатель Ульяновский государственный технический университет. - №2006121636/28; заявл. 19.06.2006; опубл. 10.07.2007, бюл. №19.

2. Тихоненков В.А. Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин. / В.А. Тихоненков, А.И. Тихонов. - Ульяновск: УлГТУ, 2000. - 452 с.

1. Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика, заключающийся в проверке принадлежности температурного коэффициента чувствительности (ТКЧ) тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейности области применения способа, если ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то включают термозависимый резистор Rα в диагональ питания мостовой цепи, входное сопротивление которой шунтируют термонезависимым резистором Rш, отличающийся тем, что до проверки принадлежности ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейности области применения способа в диагональ питания мостовой цепи датчика устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений сопротивлений компенсационного резистора Rα, параллельно которому устанавливают перемычку, измеряют значения начального разбаланса U0, U 0 t + , U 0 t при нормальной температуре t0, а также температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур соответственно, измеряют значения выходного сигнал датчика U в ы х , U в ы х t + , U в ы х t при номинальном значении измеряемого параметра и температурах t0, t+ и t- соответственно, вычисляют девиации выходного сигнала датчика Δ U в ы х , Δ U в ы х t + , Δ U в ы х t соответствующие температурам t0, t+ и t-, вычисляют ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи α и з м + , α и з м при температурах t+ и t- соответственно по формулам:
α и з м + = Δ U в ы х t + Δ U в ы х Δ U в ы х Δ t + ;
α и з м = Δ U в ы х t Δ U в ы х Δ U в ы х Δ t ,
где Δt+=t+-t0 - положительный диапазон температур; Δt-=t--t0 - отрицательный диапазон температур;
вычисляют нелинейность ТКЧ тензорезисторов Δ α и з м = α и з м + α и з м , измеряют входное сопротивление Rвх мостовой цепи датчика, в диагональ питания мостовой цепи включают термонезависимый резистор с номиналом Ri=0,5·Rвх, измеряют значения начального разбаланса U 0 r , U 0 r t + , U 0 r t при температурах t0, t+ и t- соответственно, а также значения выходного сигнала датчика U в ы х r , U в ы х r t + , U в ы х r t при номинальном значении измеряемого параметра и температурах t0, t+ и t- соответственно, вычисляют девиации выходного сигнала датчика Δ U в ы х r , Δ U в ы х r t + , Δ U в ы х r t , соответствующие температурам t0, t+ и t-, вычисляют температурный коэффициент сопротивления (ТКС) входного сопротивления α в х и з м + , α в х и з м при температурах t+ и t- соответственно по формулам:
α в х и з м + = ( R в х + R i ) ( Δ U в ы х r t + Δ U в ы х Δ U в ы х t + Δ U в ы х r ) [ ( R в х + R i ) Δ U в ы х t + Δ U в ы х r R в х Δ U в ы х r t + Δ U в ы х ] Δ t + ;
α в х и з м = ( R в х + R i ) ( Δ U в ы х r t Δ U в ы х Δ U в ы х t Δ U в ы х r ) [ ( R в х + R i ) Δ U в ы х t Δ U в ы х r R в х Δ U в ы х r t Δ U в ы х ] Δ t ;
отключают резистор Ri, снимают перемычку с технологического термозависимого резистора Rαт, измеряют значения начального разбаланса U 0 α , U 0 α t + , U 0 α t при температурах t0, t+ и t- соответственно, а также значения выходного сигнала датчика U в ы х α , U в ы х α t + , U в ы х α t при номинальном значении измеряемого параметра и температурах t0, t+ и t- соответственно, вычисляют девиации выходного сигнала датчика Δ U в ы х α , Δ U в ы х α t + , Δ U в ы х α t , соответствующие температурам t0, t+ и t-, вычисляют ТКС термозависимого технологичного резистора α к и з м + , α к и з м при температурах t+ и t- соответственно по формулам:
α к и з м + = ( R в х + R α т ) ( 1 + α в х и з м + Δ t + ) R α т Δ t + Δ U в ы х α Δ U в ы х t + Δ U в ы х α t + Δ U в ы х R в х ( 1 + α в х и з м + Δ t + ) + R α т R α т Δ t + ; α к и з м = ( R в х + R α т ) ( 1 + α в х и з м Δ t ) R α т Δ t + Δ U в ы х α Δ U в ы х t Δ U в ы х α t Δ U в ы х R в х ( 1 + α в х и з м Δ t ) + R α т R α т Δ t , }  
после проверки принадлежности ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейности области применения способа и до установки резисторов Rα и Rш в диагональ питания при принадлежности ТКЧ тензорезисторов мостовой цепи и его нелинейности области применения способа вычисляют номиналы резисторов Rα и Rш, решая систему уравнений:
{ R в х о α и з м + ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( α в х о + + α и з м + α к и з м + + α в х о + α и з м + Δ t + ) R в х о ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( 1 + α к и з м + Δ t + ) = 0 ; R в х о α и з м + ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( α в х о + + α и з м + α к и з м + + α в х о + α и з м + Δ t + ) R в х о ( 1 + α в х о + Δ t + ) + R α ( 1 + α к и з м + Δ t + ) = = R в х о α и з м ( 1 + α в х о Δ t ) + R α ( α в х о + α и з м α к и з м + α в х о α и з м Δ t ) R в х о ( 1 + α в х о Δ t ) + R α ( 1 + α к и з м Δ t )    
где R в х о = R в х R ш R в х + R ш - входное сопротивление зашунтированной мостовой цепи;
α в х о + ( ) = R ш α в х и з м + ( ) R в х ( 1 + α в х и з м + ( ) Δ t + ( ) ) + R ш - ТКС входного сопротивления зашунтированной мостовой цепи;

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после вычисления номиналов компенсационных резисторов Rα и Rш производят установку термозависимого резистора Rα с вычисленным номиналом путем частичного задействования технологического резистора Rαт.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: в выходную диагональ мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαm, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.

Изобретение относится к измерительной технике. Устройство для измерения динамических деформаций содержит измерительные тензорезисторы, опорные резисторы, усилитель, электронно-вычислительную машину с программным обеспечением, источник постоянного напряжения, эталонный резистор, коммутатор, блок управления, аналоговую программируемую многофункциональную плату с программным обеспечением, подключенную к ЭВМ.

Изобретение относится к способу измерения прогиба металлических, деревянных и других по материалу балок при поперечном изгибе от эксплуатационной нагрузки и других причин в процессе эксплуатации балки.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций немагнитных материалов. Способ измерения деформаций из немагнитных материалов характеризуется тем, что на поверхности или внутри объекта размещают постоянные дипольные источники магнитного поля, например на основе магнитов из сплава неодим-железо-бор, при этом для вычисления параметров линейной (вдоль прямой линии) деформации используют как минимум два магнита не лежащие в одной точке, для вычисления параметров плоской деформации - минимум три магнита, не лежащие на одной прямой, для вычисления параметров объемной деформации - минимум четыре магнита, не лежащие в одной плоскости.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам измерения деформаций и напряжений на поверхности деталей машин, подвергающихся циклическому нагружению.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что при сопротивлении нагрузки Rн>500кОм определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, и нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до).

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до).

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в том, что определяют ТКЧ мостовой цепи α+ до и α- до при температуре t+ и t-, соответствующей верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур, нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо=α+ до-α- до).

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: в выходную диагональ мостовой цепи устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα. Параллельно резистору Rαт устанавливают перемычку. Измеряют выходное сопротивление мостовой цепи Rвых. Датчик подключают к низкоомной нагрузке Rн=2·Rвых. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температуре t+, соответствующей верхнему пределу рабочего диапазона температур, и t-, соответствующей нижнему пределу рабочего диапазона температур. Повторяют измерения после подключения датчика к низкоомной нагрузке R н ' = R в ы х . На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКЧ мостовой цепи α д  изм + и α д  изм − и ТКС выходного сопротивления при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи ( Δ α д  изм = α д  изм + − α д  изм − ). Снимают перемычку с резистора Rαт. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. На основе измеренных значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика вычисляют ТКС термозависимого резистора Rαт при температурах t+ и t-. Если ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш. Технологический термозависимый резистор Rαт заменяют резистором Rα путем частичного задействования резистора Rαт. Шунтируют выходное сопротивление мостовой цепи термонезависимым резистором Rш. Технический результат: повышение точности компенсации. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения деформаций в условиях однородных деформационных полей в процессе прочностных испытаний. Сущность: датчик включает в себя носитель 1 из тонкой металлической фольги. В носителе 1 посредством прямоугольных отверстий 2 образованы две тонкие нити 3 и площадка 4 между ними. На носитель 1 осаждена в вакууме тонкая разделительная диэлектрическая пленка 5, которая повторяет форму носителя 1. На диэлектрическую пленку 5 осаждены тензочувствительные элементы 6, 7 из моносульфида самария, которые соединены в мост Уитстона, и металлические контактные площадки 8, которые являются входными и выходными контактами датчика. В носителе 1 могут быть дополнительно выполнены две сквозные прорези, каждая из которых начинается от середины соответствующего крайнего прямоугольного отверстия 2 и перпендикулярна ему, образуя площадки, на которых выполнены металлические контактные площадки. Технический результат: увеличение выходного сигнала, температурная независимость. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ определения напряжений в конструкции без снятия статических нагрузок может быть использован для оценки прочности конструкции и прогнозирования ее несущей способности. Измерения поверхностных деформаций ε производят в контролируемых точках на конструкции, находящейся в напряженно-деформированном состоянии. Контролируемые точки выбирают таким образом, что они имеют возможность дополнительного нагружения независимо от конструкции. В контролируемых точках создают с помощью известной внешней силы P дополнительные напряжения, совпадающие по направлению с измеряемыми, ступенчато увеличивают деформацию на Δε, измеряют изменение внешней силы ΔPi. Нагружение увеличивают до тех пор, пока K = | Δ P i + 1 Δ P i − 1 | * Δ ε не увеличится до значения, соответствующего нормированному отклонению от закона Гука механической характеристики материала конструкции. Деформацию конструкции определяют, вычитая из известного значения деформации для заранее известной механической характеристики материала конструкции измеренную дополнительную деформацию. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса измерения и ненарушение целостности исследуемой конструкции. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Использование: для определения параметров высокоскоростного движения метательных тел, например измерения перегрузок, скорости соударения, и для исследования параметров динамического деформирования металлических материалов в авиационной и космической технике. Сущность изобретения заключается в том, что при регистрации электромагнитного поля, возникающего при динамическом деформировании тел, полезный сигнал регистрируют, используя исследуемый образец, подключенный через коаксиальное соединение к устройству измерения, при этом исследуемый образец является первичным физическим преобразователем ударного воздействия в полезный сигнал. Технический результат: обеспечение возможности прямого измерения без больших инструментальных и статистических погрешностей. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Датчик подключают к нагрузке Rн>500 кОм, измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал при нормальной температуре t0, а также температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур. Вычисляют ТКЧ мостовой цепи α ∂ o + и α ∂ o − при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи ( Δ α ∂ o = α ∂ o + − α ∂ o − ) . Измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика. Включают термонезависимый резистор Rm=0,5·Rвх. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал при температурах t0, t+ и t-. Вычисляют ТКС входного сопротивления при температурах t+ и t-. Отключают резистор Rm. Если α ∂ o + и Δα∂o принадлежат области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, то вычисляют номинал резистора Ri. В диагональ питания мостовой цепи включают термонезависимый резистор Ri с вычисленным номиналом. Измеряют выходное сопротивление мостовой цепи датчика Rвых. Датчик подключают к низкоомной нагрузке Rн=2·Rвых. Термозависимый технологический резистор Rαm, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rα, устанавливают в выходную диагональ мостовой цепи. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. Повторяют измерения после шунтирования резистора Rαm термонезависимым резистором Rш1=1,25·Rαm. Повторяют измерения после замены резистора Rш1 термонезависимым резистором Rш2=0,25·Rαm. Вычисляют ТКЧ мостовой цепи после преобразования нелинейности ТКЧ мостовой цепи α ∂ o ' + и α ∂ o ' − , а также ТКС выходного сопротивления и ТКС резистора Rαm при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи Δ α ∂ o ' = α ∂ o ' + − α ∂ o u ' − . Если α ∂ o ' + и Δ α ∂ o ' принадлежат области компенсации мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора R∂. Технологический термозависимый резистор Rαm заменяют резистором Rα путем частичного задействования резистора Rαm. Шунтируют резистор Rα термонезависимым резистором R∂. Технический результат заключается в повышении точности компенсации мультипликативной температурной погрешности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности. Датчик подключают к нагрузке Rн>500 кОм, измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал при нормальной температуре t0, а также температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур. Вычисляют ТКЧ мостовой цепи , и при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи. Измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика. Включают термонезависимый резистор Rmвх=0,5·Rвх. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. Вычисляют ТКС входного сопротивления при температурах t+ и t-. Отключают резистор Rmвх. Термозависимый технологический резистор Rαmвх, номинал которого больше значений компенсационного термозависимого резистора Raex, устанавливают в диагональ питания. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал при температурах t0, t+ и t-. Вычисляют ТКС технологического термозависимого резистора Rαmвх при температурах t+ и t-. Если и принадлежат области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, то вычисляют номинал резистора Rαвх. Технологический термозависимый резистор Rαmвх заменяют резистором Rαвх путем частичного задействования резистора Rαmвх. Измеряют выходное сопротивление мостовой цепи датчика Rвых. Датчик подключают к низкоомной нагрузке Rн=2·Rвых. Термозависимый технологический резистор Rαmвых, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rαвых, устанавливают в выходную диагональ мостовой цепи соответственно. При температурах t0, t+ и t- измеряют значения как начального разбаланса, так и значения выходного сигнала датчика при номинальном значении измеряемого параметра. В выходную диагональ последовательно с нагрузкой включают термонезависимый резистор Rm1=Rвых, повторяют измерения значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика. Резистор Rm1 заменяют резистором Rm2=2·Rвых, повторяют измерения значений начального разбаланса и выходного сигнала датчика. Отключают резистор Rm2, вычисляют значения ТКС выходного сопротивления, резистора, ТКЧ мостовой цепи после преобразования нелинейности ТКЧ мостовой цепи и , а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи . Если и принадлежат области компенсации мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rαвых и термонезависимого резистора R∂. Технологический термозависимый резистор Rαmвых заменяют резистором Rαвых путем частичного задействования резистора Rαmвых. Шунтируют резистор Rαвых термонезависимым резистором R∂. Технический результат заключается в повышении точности компенсации мультипликативной температурной погрешности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: датчик подключают к высокоомной нагрузке RH>500 кОм, измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при нормальной температуре t0, а также температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур. Вычисляют ТКЧ мостовой цепи и при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи Измеряют входное сопротивление мостовой цепи датчика. Включают термонезависимый технологический резистор Rm=0,5·Rвх. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. Вычисляют ТКС входного сопротивления при температурах t+ и t-. Отключают резистор Rm. Термозависимый технологический резистор Rαmвх, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rαвх, устанавливают в диагональ питания мостовой цепи. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. Вычисляют ТКС технологического термозависимого резистора Rαmвх при температурах t+ и t-. Если ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, то принимают номинал термонезависимого резистора Ri равным 0,1·Rвх, вычисляют номиналы резисторов Rαвх и Rдвх. Технологический термозависимый резистор Rαmвх заменяют резистором Rαвх путем частичного задействования резистора Rαmвх. Входное сопротивление мостовой цепи шунтируют резисторами Rαвх и Rдвх, соединенными друг с другом последовательно. В диагональ питания мостовой цепи включают резистор Ri=0,1·Rвх. Измеряют выходное сопротивление мостовой цепи датчика Rвых. Датчик подключают к низкоомной нагрузке Rн=2·Rвыx. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. Повторяют измерения после шунтирования выходного сопротивления мостовой цепи термонезависимыми резисторами Rш=Rвых. Вычисляют ТКЧ мостовой цепи после преобразования нелинейности ТКЧ мостовой цепи и а также ТКС выходного сопротивления мостовой цепи при температурах t+ и t- соответственно, а также нелинейность ТКЧ мостовой цепи Термозависимый технологический резистор, номинал которого больше возможных значений компенсационного термозависимого резистора Rαвых, устанавливают в выходную диагональ мостовой цепи. Измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при температурах t0, t+ и t-. Вычисляют ТКС термозависимого резистора Rαmвых при температурах t+ и t-. Если и принадлежат области компенсации мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rαвых и термонезависимого резистора Rдвых. Технологический термозависимый резистор Rαmвых заменяют резистором Rαвых путем частичного задействования резистора Rαmвых. Шунтируют резистор Rαвыx термонезависимым резистором Rдвых. Технический результат: повышение точности компенсации. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретения относятся к приборостроению, в частности к контрольно-измерительной технике, а именно к автоматическим средствам непрерывного отслеживания состояния конструкций. Способ заключается в опросе датчиков, установленных на сооружениях, и обработке данных на компьютере, со сравнением с предшествующими показателями. Каждому сооружению присваиваются свои кодовые обозначения, при опросе датчиков, при поступлении по линии связи соответствующего кода, включается аппаратуру только выбранного сооружения, и производится измерение параметров, затем производится опрос следующего сооружения. Опрос датчиков и передача информации производится с разнесением по времени для каждого из сооружений. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит набор измерительных преобразователей, блок предварительной обработки сигналов, цифровую шину, конвертор, пункт контроля, выполненный в виде компьютера, дисплей и устройство звуковой сигнализации и блок управления. Каждый блок предварительной обработки сигналов содержит аналого-цифровой преобразователь, коммутатор и кодер. Каждый блок управления содержит декодер, первый и второй блоки сравнения кодов, первый и второй блоки памяти, блок временной задержки и логическую схему. Технический результат заключается в повышении эффективности контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к автоматическим средствам периодического отслеживания состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения в процессе его эксплуатации. Особенностью заявленной системы является то, что она снабжена ридером, а в качестве измерительных преобразователей использованы пассивные транспондеры на поверхностных акустических волнах, причем ридер содержит последовательно подключенные к выходу блока предварительной обработки сигналов синхронизатор, синтезатор частот, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, и n каналов обработки сигналов, каждый из которых содержит последовательно подключенные к выходу дуплексера полосовой фильтр, удвоитель фазы, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр и фазовый детектор, при этом к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены перемножитель, второй вход которого соединен с соответствующим выходом синтезатора частот, второй узкополосный фильтр и измеритель девиации частоты. Техническим результатом является повышение эффективности измерений и долговременного контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения. 3 ил.

Заявленные изобретения относятся к контрольно-измерительной технике, а именно к автоматическим средствам непрерывного мониторинга состояния конструкции стартового сооружения в процессе его эксплуатации. Система, реализующая предлагаемый способ, содержащий набор измерительных преобразователей, блок предварительной обработки сигналов, включающий плату аналого-цифрового преобразователя, линию связи - шину, устройство согласования сигналов - конвертер, пункт контроля, выполненный в виде компьютера, и связанные с последним дисплей, устройство звуковой сигнализации, условное изображение контролируемой конструкции с размещенными на ней цветными метками-индикаторами, планово-высотную геодезическую основу стартового сооружения и комплект контроля изменения полей давления температуры на поверхности защитного покрытия стартового сооружения. В качестве планово-высотной геодезической основы стартового сооружения принята сеть глубинных реперов в виде трех «кустов» и одного референтного пункта 14, расположенных равномерно вокруг стартового сооружения на расстоянии 60-80 метров от него, а также систему деформационных марок. Каждый «куст» включает три глубинных репера. В качестве комплекта контроля изменения полей давления и температуры на поверхности защитного покрытия стартового сооружения приняты датчики давления и температуры, размещенные на защитном покрытии стартового сооружения на одной видимой прямой линии. Технический результат заключается в повышении точности измерений и достоверности долговременного контроля конструкции стартового сооружения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх