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
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 2545089:

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

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 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 2444700 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 10.03.12 в Бюл. №7), принятый за прототип, в котором для компенсации мультипликативной температурной погрешности производят проверку принадлежности температурного коэффициента чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи и его нелинейности области применения способа, если ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rα, термонезависимого резистора Rш. Резистор Rα устанавливают в выходную диагональ мостовой цепи, выходное сопротивление которой шунтируют термонезависимым 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 датчика. При расчете номиналов компенсационных элементов используются сведения о ТКЧ мостовой цепи и его нелинейности, температурного коэффициента сопротивления (ТКС) компенсационного термозависимого резистора Rα, ТКС выходного сопротивления мостовой цепи датчика.

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.

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 Ома, что составляет точность измерения 0,0025% и требует применения 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 100 м 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 выходную диагональ 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 ТКС выходного сопротивления мостовой цепи и ТКЧ мостовой цепи датчика измеряют выходное сопротивление мостовой цепи датчика Rвых. Датчик подключают к низкоомной нагрузке с сопротивлением Rн=2·Rвых. 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. Датчик подключают к низкоомной нагрузке с сопротивлением R н ' = R в ы х . При температурах t0, t+, t- измеряют начальный разбаланс и выходной сигнал датчика при номинальном значении измеряемого параметра. Вычисляют девиации выходного сигнала датчика для каждого значения температуры. На основе полученных значений девиаций выходного сигнала датчика при подключении датчика к нагрузке Rн=2·Rвых и R н ' = R в ы х производят вычисление ТКЧ мостовой цепи α д о  изм + , α д о  изм , соответствующие температурам t+, t- соответственно и ТКС выходного сопротивления мостовой цепи α в ы х  изм + , α в ы х  изм , соответствующие температурам t+, t- соответственно. Вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи датчика ( Δ α д о  изм = α д о  изм + α д о  изм ) .

2. 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. Определяют девиации выходного сигнала датчика для каждого значения температуры, вычисляют значения ТКС термозависимого резистора R α т α к  изм + , α к  изм , соответствующие температурам t+, t- соответственно.

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

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

{ ( [ R н + R α ) ( R в ы х + R ш ) + R в ы х R ш ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] ( 1 + α д о  изм + Δ t + ) ( R в ы х + R ш ) { [ R н + R α ( 1 + α к  изм + Δ t + ) ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] + R в ы х R ш ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) } Δ t + 1 Δ t + = = ( [ R н + R α ) ( R в ы х + R ш ) + R в ы х R ш ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t ) + R ш ] ( 1 + α д о  изм Δ t ) ( R в ы х + R ш ) { [ R н + R α ( 1 + α к  изм Δ t ) ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм Δ t ) + R ш ] + R в ы х R ш ( 1 + α в ы х  изм Δ t ) } Δ t 1 Δ t ; ( [ R н + R α ) ( R в ы х + R ш ) + R в ы х R ш ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] ( 1 + α д о  изм + Δ t + ) ( R в ы х + R ш ) { [ R н + R α ( 1 + α к  изм + Δ t + ) ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] + R в ы х R ш ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) } Δ t + 1 Δ t + = 0.

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

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

Производят установку резисторов Rα и Rш в выходную диагональ 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, позволит 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 мостовой цепи, ТКС выходного сопротивления мостовой цепи датчика при температурах t+ и t-, а также нелинейности ТКЧ мостовой цепи;

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

Для оценки ТКЧ мостовой цепи и ТКС выходного сопротивления мостовой цепи датчик змеряют выходное сопротивление мостовой цепи, датчик подключают к нагрузке, сопротивление которой составляет Rн=2·Rвых. В цепи питания должны отсутствовать резисторы.

Для вычисления ТКС выходного сопротивления необходимы значения как начального разбаланса U, U0нt при нормальной температуре t0 и температуре t, являющейся верхним или нижним пределом рабочего диапазона температур, соответственно, так и выходного сигнала датчика Uвыхн, Uвыхнt 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 ΔUвыхн и ΔUвыхнt при температурах t0 и t соответственно:

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

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

Δ U в ы х н = U х х R н R н + R в ы х ;                                                      ( 2 )

Δ U в ы х н t = U х х R н R н + R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) ( 1 + α д о Δ t ) ,               ( 3 )

где Uхх - выходное напряжение мостовой схемы в режиме холостого хода (на сопротивлении нагрузки Rн>500 кОм);

αвых - ТКС выходного сопротивления мостовой цепи датчика;

αдо - ТКЧ мостовой цепи датчика;

Δt=t-t0 - изменение температуры;

t0 - нормальная температура;

t - воздействующая температура.

Разделив выражение (3) на (2) и решив полученное уравнение относительно ТКС выходного сопротивления мостовой цепи, получим выражение для вычисления ТКС выходного сопротивления через выходные сигналы датчика:

α в ы х = R н + R в ы х R в ы х Δ U в ы х н ( 1 + α д о Δ t ) Δ U в ы х н t Δ U в ы х н t Δ t                     ( 4 )

Из выражения (4) видно, что для вычисления ТКС выходного сопротивления необходимы сведения о ТКЧ мостовой цепи.

Для оценки ТКЧ мостовой цепи датчик следует подключить к низкоомной нагрузке R н ' , сопротивление которой отличается от сопротивления Rн, но обязательно удовлетворяет условию R н ' 2 R в ы х . Желательно подключать датчик к нагрузке R н ' = R в ы х , что позволит получить выходные сигналы, отличие которых от сигналов, полученных при Rн=2·Rвых, является достаточно большим.

Для оценки девиаций выходного сигнала необходимы значения начального разбаланса U 0 н ' , U 0 н t ' при воздействии температур t0 и t соответственно, а также выходного сигнала датчика U в ы х н ' , U в ы х н t ' при номинальном значении измеряемой физической величины и воздействии температур t0 и t соответственно. На основе сведений о значениях начального разбаланса и выходного сигнала могут быть вычислены значения девиации выходного сигнала Δ U в ы х н ' , Δ U в ы х н t ' при температурах t0 и t соответственно:

Δ U в ы х н ' = U в ы х н ' U 0 н ' ; Δ U в ы х н t ' = U в ы х н t ' U 0 н t ' , }                                                                        ( 5 )

Девиации датчика при работе на низкоомную нагрузку R н ' также могут быть представлены аналогично выражениям (2) и (3):

Δ U в ы х н ' = U х х R н ' R н ' + R в ы х ;                                                             ( 6 )

Δ U в ы х н t ' = U х х R н ' R н ' + R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) ( 1 + α д о Δ t ) ,                     ( 7 )

Разделив выражение (7) на (6) и решив полученное уравнение относительно ТКЧ мостовой цепи, можно получить следующую зависимость:

α д о = R н ' ( Δ U в ы х н t ' Δ U в ы х н ' ) + R в ы х [ Δ U в ы х н t ' ( 1 + α в ы х Δ t ) Δ U в ы х н ' ] ( R н ' + R в ы х ) Δ U в ы х н ' Δ t      ( 8 )

В соответствии с (4) и (8) производят оценку значений ТКЧ мостовой цепи и ТКС выходного сопротивления мостовой цепи при температурах t+ и t-. Для этого после измерения выходного сопротивления мостовой цепи Rвых датчик подключают к нагрузке Rн=2·Rвых. При температурах t0, t+, t- измеряют значения как начального разбаланса U U 0 н t + , U 0 н t , значения выходного сигнала датчика Uвыхн, U в ы х н t + , U в ы х н t при номинальном значении измеряемого параметра (U и Uвыхн измеряют при температуре t0; U 0 t + , U в ы х t + - при t+; U 0 t , U в ы х t - при t-). Датчик подключают к нагрузке R н ' = R в ы х , измеряют при температурах t0, t+, t- значения как начального разбаланса U 0 н ' , U 0 н t ' + , U 0 н t ' , так и выходного сигнала датчика U в ы х н ' , U в ы х н t ' + , U в ы х н t ' при номинальном значении измеряемого параметра ( U 0 н ' и U в ы х н ' измеряют при температуре t0; U 0 н t ' + , U в ы х н t ' + - при t+; U 0 н t ' , U в ы х н t ' - при t-). Вычисляют необходимые значения ТКЧ мостовой цепи и ТКС выходного сопротивления, решая системы уравнений:

{ α д о  изм + = R н ( Δ U в ы х н t ' + Δ U в ы х н ' ) + R в ы х [ Δ U в ы х н t ' + ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) Δ U в ы х н ' ] ( R н ' + R в ы х ) Δ U в ы х н ' Δ t + α в ы х  изм + = R н + R в ы х R в ы х Δ U в ы х н ( 1 + α д о  изм + Δ t + ) Δ U в ы х н t + Δ U в ы х н t + Δ t +       ( 9 )

{ α д о  изм = R н ( Δ U в ы х н t ' Δ U в ы х н ' ) + R в ы х [ Δ U в ы х н t ' ( 1 + α в ы х  изм Δ t ) Δ U в ы х н ' ] ( R н ' + R в ы х ) Δ U в ы х н ' Δ t α в ы х  изм = R н + R в ы х R в ы х Δ U в ы х н ( 1 + α д о  изм Δ t ) Δ U в ы х н t Δ U в ы х н t Δ t       ( 10 )

где α д о  изм + - значение ТКЧ мостовой цепи при температуре t+, измеренное косвенным методом;

α в ы х  изм + - значение ТКС выходного сопротивления мостовой цепи при температуре t+, измеренное косвенным методом;

α д о  изм - значение ТКЧ мостовой цепи при температуре t+, измеренное косвенным методом;

α в ы х  изм - значение ТКС выходного сопротивления мостовой цепи при температуре t+, измеренное косвенным методом;

Δ U в ы х н t + = U в ы х н t + U 0 н t + - девиация выходного сигнала датчика при температуре t+ и работе датчика на низкоомную нагрузку Rн;

Δ U в ы х н t = U в ы х н t U 0 н t - девиация выходного сигнала датчика при температуре t- и работе датчика на низкоомную нагрузку Rн;

Δ U в ы х н t ' + = U в ы х н t ' + U 0 н t ' + , - девиация выходного сигнала датчика при температуре t+ и работе датчика на низкоомную нагрузку R н ' ;

Δ U в ы х н t ' = U в ы х н t ' U 0 н t ' - девиация выходного сигнала датчика при температуре t- и работе датчика на низкоомную нагрузку R н ' .

Для оценки ТКС резистора Rαт в выходную диагональ датчика подключают резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений компенсационного резистора Rα. Датчик подключают к нагрузке с сопротивлением Rн=2·Rвых. Благодаря этому будет получен выходной сигнал, зависящий от ТКЧ мостовой цепи, ТКС выходного сопротивления мостовой цепи и ТКС резистора Rαт.

Для вычисления ТКС резистора Rαт необходимы значения как начального разбаланса U0αнr, U0αнt, так и выходного сигнала датчика Uвыхαн, Uвыхαнt при номинальном значении измеряемого параметра, соответствующие температурам t0 и t (U0αн и Uвыхαн соответствуют температуре t0; U0αнt и Uвыхαнt - 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 н = U в ы х α н U 0 α н ; Δ U в ы х α н t = U в ы х α н t U 0 α н t , }                                                                ( 11 )

В соответствии с [1] девиации выходных сигналов после включения резистора Rαт при нормальных условиях и воздействии температуры могут быть представлены следующим образом:

Δ U в ы х α н = U х х R н R в ы х + R α т + R н ;                                                             ( 12 )

Δ U в ы х α н t = U х х R н R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) + R α т ( 1 + α к Δ t ) + R н ( 1 + α д о Δ t ) ,       ( 13 )

где αк - ТКС технологического резистора термозависимого резистора Rαт.

Разделив выражение (13) на (12) и решив полученное уравнение получим выражение для вычисления ТКС резистора Rαт:

α к = R н + R в ы х + R α т R α т Δ U в ы х α н Δ U в ы х α н t Δ t ( 1 + α д о Δ t ) R н + R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) + R α т R α т Δ t ,                                                        ( 14 )

В соответствии с [1], при температурах t0, t+, t- измеряют значения как начального разбаланса U0αн, U 0 α н t + , U 0 α н t , так и значения выходного сигнала датчика Uвыхαн, U в ы х α н t + , U в ы х α н t при номинальном значении измеряемого параметра (U0αн и Uвыхαн измеряют при температуре t0; U 0 α н t + , U в ы х α н t + - при t+; U 0 α н t , U в ы х α н t - при t-). Вычисляют значения ТКС α к  изм + , α к  изм , соответствующие температурам t+, t-:

α к  изм + = R н + R в ы х + R α т R α т Δ U в ы х α н Δ U в ы х α н t + Δ t + ( 1 + α д о + Δ t + ) R н + R в ы х ( 1 + α в ы х + Δ t + ) + R α т R α т Δ t + ; α к  изм = R н + R в ы х + R α т R α т Δ U в ы х α н Δ U в ы х α н t Δ t ( 1 + α д о Δ t ) R н + R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) + R α т R α т Δ t ,                       ( 15 )

где Δ U в ы х α н t + = U в ы х α н t + U 0 α н t + - девиация выходного сигнала датчика при температуре t+, работе датчика на низкоомную нагрузку и включенном резисторе Rαт;

Δ U в ы х α н t = U в ы х α н t U 0 α н t - девиация выходного сигнала датчика при температуре t-, работе датчика на низкоомную нагрузку и включенном резисторе Rαт.

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

{ ( [ R н + R α ) ( R в ы х + R ш ) + R в ы х R ш ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] ( 1 + α д о  изм + Δ t + ) ( R в ы х + R ш ) { [ R н + R α ( 1 + α к  изм + Δ t + ) ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] + R в ы х R ш ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) } Δ t + 1 Δ t + = = ( [ R н + R α ) ( R в ы х + R ш ) + R в ы х R ш ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t ) + R ш ] ( 1 + α д о  изм Δ t ) ( R в ы х + R ш ) { [ R н + R α ( 1 + α к  изм Δ t ) ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм Δ t ) + R ш ] + R в ы х R ш ( 1 + α в ы х  изм Δ t ) } Δ t 1 Δ t ; ( [ R н + R α ) ( R в ы х + R ш ) + R в ы х R ш ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] ( 1 + α д о  изм + Δ t + ) ( R в ы х + R ш ) { [ R н + R α ( 1 + α к  изм + Δ t + ) ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] + R в ы х R ш ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) } Δ t + 1 Δ t + = 0.     ( 16 )

При замене резистора Rαт на резистор Rα с вычисленным номиналом технологически очень трудно обеспечить равенство ТКС резисторов Rαт и Rα. Поэтому 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 выходное сопротивление мостовой цепи 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:

- Выходное сопротивление мостовой цепи: Rвых=1000 Ом;

- Выходное напряжение датчика при работе в режиме холостого хода: Uхх=25 мВ;

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

Рассмотрим осуществление компенсации, выполненное в несколько этапов:

1. В выходную диагональ устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт=500 Ом, номинал которого заведомо больше возможных значений сопротивления резистора Rα для микроэлектронного датчика, параллельно которому устанавливается перемычка.

2. Измеряют девиации выходных сигналов ΔUвыхн, Δ U в ы х н t + , Δ U в ы х н t , Δ U в ы х н ' ,, Δ U в ы х н t ' + , Δ U в ы х н t ' , ΔUвыхαн, Δ U в ы х α н t + , Δ U в ы х α н t .

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

4. Вычисляют номинал термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш. Производят установку резистора Rα с вычисленным номиналом путем частичного задействования резистора Rαт. Шунтируют выходное сопротивление мостовой цепи резистором Rш.

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

Первый этап. Установили резистор Rαт=500 Ом и перемычку параллельно ему.

Второй этап. Измеряют девиации выходных сигналов датчика. Для задания реальных значений всех выходных сигналов датчика микроэлектронного исполнения зададимся значениями физических параметров датчика. Допустим, что α в ы х + = 8 10 4   1 / С , α в ы х = 8 , 05 10 4   1 / С , α д о + = 2 , 5 10 4   1 / С , α д о = 2 , 55 10 4   1 / С , α к + = 4 10 3   1 / С , α к = 4 , 01 10 3   1 / С .

Датчик подключают к нагрузке Rн=2·Rвых. В этом случае вычисленные девиации в соответствии с (2) и (3) составят:

Δ U в ы х н = U х х R н R в ы х + R н = 0 , 025 2000 1000 + 2000 = 16 , 666667  мВ ;

Δ U в ы х н t + = U х х R н R в ы х ( 1 + α в ы х + Δ t + ) + R н ( 1 + α д о + 100 ) = = 0 , 025 2000 1000 ( 1 + 8 10 3 100 ) + 2000 ( 1 + 2 , 5 10 4 100 ) = 16 , 639610  мВ ;

Δ U в ы х н t = U х х R н R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) + R н ( 1 + α д о 100 ) = = 0 , 025 2000 1000 ( 1 8 , 05 10 4 100 ) + 2000 ( 1 2 , 55 10 4 100 ) = 16 , 689502  мВ ;

Датчик подключают к нагрузке R н ' = R в ы х . В соответствии с (6) и (7) вычисленные девиации выходных сигналов примут следующие значения:

Δ U в ы х н ' = U х х R н ' R в ы х + R н ' = 0 , 025 1000 1000 + 1000 = 12 , 5  мВ ;

Δ U в ы х н t ' + = U х х R н ' R в ы х ( 1 + α в ы х + Δ t + ) + R н ' ( 1 + α д о + 100 ) = = 0 , 025 1000 1000 ( 1 + 8 10 3 100 ) + 1000 ( 1 + 2 , 5 10 4 100 ) = 12 , 319712  мВ ;

Δ U в ы х н t ' = U х х R н ' R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) + R н ' ( 1 + α д о 100 ) = = 0 , 025 1000 1000 ( 1 8 , 05 10 4 100 ) + 1000 ( 1 2 , 55 10 4 100 ) = 12 , 692107  мВ ;

Снимают перемычку с технологического резистора Rαт. В соответствии с (12) и (13), будут получены следующие значения девиации выходных сигналов датчика:

Δ U в ы х α н = U х х R н R в ы х + R α т + R н = = 0 , 025 2000 1000 + 500 + 2000 = 14 , 285714  мВ ;

Δ U в ы х α н t + = U х х R н R в ы х ( 1 + α в ы х + Δ t + ) + R α т ( 1 + α к + Δ t + ) + R н ( 1 + α д о + Δ t ) = = 0 , 025 2000 1000 ( 1 + 8 10 4 100 ) + 500 ( 1 + 4 10 3 100 ) + 2000 ( 1 + 2 , 5 10 4 100 ) = = 13 , 558201  мВ ;

Δ U в ы х α н t = U х х R н R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) + R α т ( 1 + α л Δ t ) + R н ( 1 + α д о Δ t ) = = 0 , 025 2000 1000 ( 1 + 8 , 05 10 4 100 ) + 500 ( 1 + 4 , 01 10 3 100 ) + 2000 ( 1 2 , 55 10 4 100 ) = = 15 , 136688  мВ

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

Производят оценку ТКС выходного сопротивления и ТКЧ мостовой цепи, решая систему уравнений (9) и (10):

{ α д о  изм + = 1000 ( 0 , 180288 ) + 1000 [ 12 , 319712 ( 1 + α в ы х  изм + 100 ) 12 , 5 ] 2000 12 , 5 100 α в ы х  изм + = 3000 1000 16 , 666667 ( 1 + α д о  изм + 100 ) 16 , 639610 17 , 419355 100

{ α д о  изм = 1000 0 , 192107 + 1000 [ 12 , 692107 ( 1 α в ы х  изм 100 ) 12 , 5 ] 2000 12 , 5 ( 100 ) α в ы х  изм = 3000 1000 16 , 666667 ( 1 α д о  изм 100 ) 16 , 689502 15 , 847560 ( 100 )

Результатом решения систем уравнений являются следующие значения физических параметров датчика:

1. α в ы х  изм + = 8 , 000013 10 4  1/ C ;

2. α в ы х  изм = 8 , 050010 10 3  1/ C ;

3. α д о  изм + = 2 , 500004 10 4  1/ C ;

4. α д о  изм = 2 , 550002 10 4  1/ C .

С учетом результатов измерений физических параметров датчика, полученных выше, нелинейность ТКЧ мостовой цепи составляет:

Δ α д о  изм = α д о  изм + α д о  изм = 4 , 9998 10 5  1/ C ;

По формуле (15) вычисляют ТКС технологического термозависимого резистора Rαт резистора:

α к  изм + = 2000 + 1000 + 500 500 14 , 285714 13 , 558201 100 ( 1 + 2 , 500004 10 4 100 ) 2000 + 1000 ( 1 + 8 , 000013 10 4 100 ) + 500 500 100 = 3 , 9999992 10 3  1/ C ;

α к  изм = 2000 + 1000 + 500 500 14 , 285714 15 , 136668 ( 100 ) ( 1 2 , 550002 10 4 100 ) 2000 + 1000 ( 1 8 , 050001 10 4 100 ) + 500 500 ( 100 ) = 4 , 0100007 10 3  1/ C .

Четвертый этап. После измерения всех выходных сигналов и вычисления всех необходимых физических параметров датчика приступают к вычислению номиналов компенсационных резисторов. Для этого следует сначала проверить принадлежность ТКЧ мостовой цепи области применения прототипа. В соответствии с описанием прототипа, при полученных значениях α д о  изм + = 2 , 500004 10 4  1/ C и Δ α д о  изм = 4 , 9998 10 5  1/ C ТКЧ мостовой цепи должно быть более 1,76·10-4 1/°C. Поскольку измеренное ТКЧ мостовой цепи составило α д о  изм + = 2 , 500004 10 4  1/ C , что больше минимально допустимого значения 1,76·10-4 1/°C, то возможна последующая компенсация мультипликативной температурной погрешности в соответствии с прототипом.

Для вычисления номиналов термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш необходимо решить систему уравнений (16) относительно номиналов компенсационных резисторов.

Подставляя вычисленные значения физических параметров датчика

α в ы х  изм + = 8 , 000013 10 4  1/ C , α в ы х  изм = 8 , 050001 10 4  1/ C , α д о  изм + = 2 , 500004 10 4  1/ C , α д о  изм = 2 , 550002 10 4  1/ C , α к  изм + = 3 , 9999992 10 3  1/ C , α к  изм = 4 , 0100007 10 3  1/ C

в приведенную систему уравнений, получим следующее решение системы уравнений:

Rα=22,489 Ом и Rш=8824,623 Ом.

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

Термонезависимый компенсационный резистор следует выполнять из материалов с низким ТКС (не более 10-6 1/°C), а его установку следует производить в местах конструкции датчика, воспринимающих минимальные значения воздействующих температур, например, во вторичный преобразователь.

Пятый этап. Производят оценку мультипликативной чувствительности датчика к температуре 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 выходное сопротивление зашунтированной мостовой цепи составит:

R в ы х о = R в ы х R ш R в ы х + R ш = 1000 8824 , 623 1000 + 8824 , 623 = 898 , 214923870  Ом .

Девиация выходного сигнала датчика при нормальных условиях составит в соответствии с описанием прототипа:

Δ U в ы х = U х х R н R в ы х о + R α + R н = 0 , 025 2000 898 , 214923870 + 22 , 489 + 2000 = 17 , 119161  мВ ;

При 120°C выходное сопротивление зашунтированной мостовой цепи составит:

R в ы х о t + = R в ы х ( 1 + α в ы х + Δ t + ) R ш R в ы х ( 1 + α в ы х + Δ t + ) + R ш = 1000 1 , 08 8824 , 623 1000 1 , 08 + 8824 , 623 = = 962 , 236810023  Ом

Девиация выходного сигнала датчика при 120°C составит в соответствии с описанием прототипа:

Δ U в ы х t + = U х х R н R в ы х о t + + R α ( 1 + α к + Δ t + ) + R н ( 1 + α д о + Δ t + ) = = 0 , 025 2000 962 , 236810023 + 22 , 489 1 , 4 + 2000 1 , 025 = 17 , 119161  В .

Аналогично вычислим девиацию выходного сигнала при -80°C:

R в ы х о t = R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) R ш R в ы х ( 1 + α в ы х Δ t ) + R ш = 1000 0 , 9195 8824 , 623 1000 0 , 9195 + 8824 , 623 = = 832 , 731775707  Ом

Δ U в ы х t = U х х R н R в ы х о t + R α ( 1 + α к Δ t ) + R н ( 1 + α д о Δ t ) = = 0 , 025 2000 832 , 731775707 + 22 , 489 0 , 599 + 2000 0 , 9745 = 17 , 119301  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 + = 17 , 119161 17 , 119161 17 , 119161 100 = 01 / C

S k t = Δ U в ы х t Δ U в ы х Δ U в ы х Δ t = 17 , 119301 17 , 119161 17 , 119161 ( 100 ) = 8 , 178 10 8  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=10-4 1/°C).

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

Список литературы

1. 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) мостовой цепи и его нелинейности области применения способа, если ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность принадлежат области применения способа, то включают резистор Rα в выходную диагональ мостовой цепи, выходное сопротивление которой шунтируют термонезависимым резистором Rш, отличающийся тем, что до проверки принадлежности ТКЧ мостовой цепи и его нелинейности области применения способа в выходную диагональ мостовой цепи датчика устанавливают термозависимый технологический резистор Rαт, номинал которого больше возможных значений сопротивлений компенсационного резистора Rα, параллельно которому устанавливают перемычку, измеряют выходное сопротивление мостовой цепи датчика Rвых, подключают датчик к низкоомной нагрузке с сопротивлением Rн=2·Rвых, измеряют значения начального разбаланса U, U 0 н t + , U 0 н t при нормальной температуре t0, а также температурах t+ и t-, соответствующих верхнему и нижнему пределу рабочего диапазона температур соответственно, измеряют значения выходного сигнала датчика Uвыхн, U в ы х н t + , U в ы х н t при номинальном значении измеряемого параметра и температурах t0, t+, t- соответственно, вычисляют девиации выходного сигнала датчика ΔUвыхн, Δ U в ы х н t + , Δ U в ы х н t , соответствующие температурам t0, t+ и t-, датчик подключают к низкоомной нагрузке с сопротивлением R н ' = R в ы х , измеряют значения начального разбаланса U 0 н ' , U 0 н t ' + , U 0 н t ' при температурах t0, t+, t- соответственно, а также значения выходного сигнала датчика U в ы х н ' , U в ы х н t ' + , U в ы х н t ' при номинальном значении измеряемого параметра и температурах t0, t+ и t- соответственно, вычисляют девиации выходного сигнала датчика Δ U в ы х н ' , Δ U в ы х н t ' + , Δ U в ы х н t ' , соответствующие температурам t0, t+ и t-, вычисляют ТКЧ мостовой цепи и температурный коэффициент сопротивления (ТКС) выходного сопротивления мостовой цепи при температурах t+ и t-, решая системы уравнений:
{ α д о  изм + = R н ( Δ U в ы х н t ' + Δ U в ы х н ' ) + R в ы х [ Δ U в ы х н t ' + ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) Δ U в ы х н ' ] ( R н ' + R в ы х ) Δ U в ы х н ' Δ t + α в ы х  изм + = R н + R в ы х R в ы х Δ U в ы х н ( 1 + α д о  изм + Δ t + ) Δ U в ы х н t + Δ U в ы х н t + Δ t +
{ α д о  изм = R н ( Δ U в ы х н t ' Δ U в ы х н ' ) + R в ы х [ Δ U в ы х н t ' ( 1 + α в ы х  изм Δ t ) Δ U в ы х н ' ] ( R н ' + R в ы х ) Δ U в ы х н ' Δ t α в ы х  изм = R н + R в ы х R в ы х Δ U в ы х н ( 1 + α д о  изм Δ t ) Δ U в ы х н t Δ U в ы х н t Δ t
где α д о  изм + , α д о  изм - ТКЧ мостовой цепи при температурах t+ и t- соответственно; α в ы х  изм + , α в ы х  изм - ТКС выходного сопротивления мостовой цепи при температурах t+ и t- соответственно; Δt+=t+-t0 - положительный диапазон температур; Δt-=t--t0 - отрицательный диапазон температур;
вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи Δ α д о  изм = α д о  изм + α д о  изм ; снимают перемычку с технологического термозависимого резистора Rαт, датчик подключают к низкоомной нагрузке с сопротивлением Rн=2·Rвых, измеряют начальный разбаланс U0αн, U0αнt, U0αнt при температурах t0, t+, t- соответственно, а также выходной сигнал датчика Uвыхαн, U в ы х α н t + , U в ы х α н t при номинальном значении измеряемого параметра и температурах t0, t+, t- соответственно, вычисляют девиации выходного сигнала датчика ΔUвыхαн, Δ U в ы х α н t + , Δ U в ы х α н t , соответствующие температурам t0, t+ и t-, вычисляют ТКС термозависимого резистора Rαт при температурах t+ и t- по формулам:
α к  изм + = R н + R в ы х + R α т R α т Δ U в ы х α н ( 1 + α д о  изм + Δ t + ) Δ U в ы х α н t + Δ t + R н + R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R α т R α т Δ t + ;
α к  изм = R н + R в ы х + R α т R α т Δ U в ы х α н ( 1 + α д о  изм Δ t ) Δ U в ы х α н t Δ t R н + R в ы х ( 1 + α в ы х  изм Δ t ) + R α т R α т Δ t ,
где α к  изм + , α к  изм - ТКС резистора Rαт при температурах t+ и t- соответственно;
после проверки принадлежности ТКЧ мостовой цепи и его нелинейности области применения способа и до установки резисторов Rα и Rш в выходную диагональ мостовой цепи при принадлежности ТКЧ мостовой цепи и его нелинейности области применения способа вычисляют номиналы резисторов Rα и Rш, решая систему уравнений:
{ ( [ R н + R α ) ( R в ы х + R ш ) + R в ы х R ш ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] ( 1 + α д о  изм + Δ t + ) ( R в ы х + R ш ) { [ R н + R α ( 1 + α к  изм + Δ t + ) ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] + R в ы х R ш ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) } Δ t + 1 Δ t + = = ( [ R н + R α ) ( R в ы х + R ш ) + R в ы х R ш ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t ) + R ш ] ( 1 + α д о  изм Δ t ) ( R в ы х + R ш ) { [ R н + R α ( 1 + α к  изм Δ t ) ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм Δ t ) + R ш ] + R в ы х R ш ( 1 + α в ы х  изм Δ t ) } Δ t 1 Δ t ; ( [ R н + R α ) ( R в ы х + R ш ) + R в ы х R ш ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] ( 1 + α д о  изм + Δ t + ) ( R в ы х + R ш ) { [ R н + R α ( 1 + α к  изм + Δ t + ) ] [ R в ы х ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) + R ш ] + R в ы х R ш ( 1 + α в ы х  изм + Δ t + ) } Δ t + 1 Δ t + = 0.

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



 

Похожие патенты:

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. 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 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