Интегральный тензометрический мост и способ его настройки

(54) И МОСТ И ЕНЗОМЕТРИЧЕАСТРОЙКИ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(57) Изобретение относится к тензометрии и может быть использовано присоздании датчиков механических величин на основе термокомпенсированныхинтегральных тензометрических мостов.Цель изобретения - повышение точности в условиях действия неравномерного температурного поля за счет уменьшения аддитивной температурной погрешности, что достигается выполнением каждого плеча моста из двух тензорезисторов с разными по знаку температурными коэффициентами сопротивления и соответствующей настройкой1368621моста при двух разных температурах то которых на время настройки подклюс доработкой одного из тензорезисто- чают переменные резисторы 18 и 19. ров в одном из плеч до получения тем- Каждая пара тензореэисторов 2 и 3, пературной компенсации моста и двух 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9 выполнена иэ мадругих тензорезисторов в смежном пле- териалов с температурными коэффициенче до получения требуемой балансиров- тами сопротивления противоположных ки моста лучом лазера. Интегральный знаков, Интегральный тензометрический тензометрический мост содержит тензо-. мост и способ его настройки позволяет резисторы 2-9, контактные площадки уменьшить температурную погрешность 10-1.5 к ним, разрываемые и вновь ус- и снизить чувствительность моста к танавливаемые перемычки 16 и 17,вмес- термоудару. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения механических величин электрическими методами,Целью изобретения является повышение точности в условиях действиянеравномерного температурного поляза счет уменьшения аддитивной температурной погрешности, что достигается выполнением каждого плеча мостаиз двух тензорезисторов из материалов с температурными коэффициентамисопротивления противоположных знакови соответствующей настройкой мостапри двух разных температурах с доработкой одного из тензорезисторов водном из плеч до получения температурной компенсации моста и двух других тензореэисторов в смежном плечедо получения требуемой балансировкимоста лучом лазера,На чертеже представлена электрическая схема интегрального тензометрического моста.Интегральный тензометрическиймост, сформированный на мембране 1,содержит две идентичные цепи иэ четырех последовательно соединенныхтензорезисторов 2, 3, 4 и 5 и 6, 7,8 и 9, шесть контактных площадок 10 -15, расположенные соответственно наконцах и в средней точке каждой цепи,и две разрываемые и вновь устанавливаемые в процессе настройки перемычки 16 и 17, каждая из которых соединяет соответствующие свободные концыобеих цепей. Каждая пара тенэореэисторов 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9,включенная между двумя смежными площадками 10 и 11, 11 и 12, 13 и 14.14 и 15, выполнена из двух различных5материалов с температурными коэффициентами сопротивления противоположных знаков, На время настройки моставместо перемычек 16 и 17 могут подключаться переменные резисторы 1810 и 19.Интегральный тензометрический мостработает следующим образом.При нагружении тензореэисторов,сформированных на мембране 1, механическим параметром и при подключении питания к контактным площадкам11 и .14 на выходной диагонали призамкнутых перемычках 16 и 17 появляется выходной сигнал, пропорциональный величине механического параметра,Так как каждая из пар тензореэисторов 2 и 3, 4 и 5, 7 и 8, 8 и 9 выб 2 б рана таким образом, что приращениесопротивлений от температуры одного равно приращению по абсолютной величине другого и имеет противоположный знак, то это позволяет осуществлять ЗО самокомпенсацию температурного изменения сопротивлений в плечах тензометрического моста, а следовательно, уменьшать аддитивную температурную погрешность при работе датчика в условиях неравномерного температурного З 5 поля.Способ настройки интегральноготензометрического моста реализуется следующим образомз 1368Определяют сопротивления тензорезисторов 2-9 и их температурные коэффициенты сопротивления, Соединяют контактные площадки 15 и 10, 12 и 13 перемычками 1 б и 17. Подают напряжение питания на измерительный мост и фиксируют начальное значение выходного сигнала при определенной температуре, например, в нормальных тем пературных условиях. Изменяют темпеб 21 ратуру на подложке интегрально тензометрического моста до заданной величины ипо знаку изменения начального выходного сигнала моста от температу ры определяют тензорезистор с температурным коэффициентом сопротивления, который при увеличении сопротивления тензорезистора уменьшает это изменение, например тензорезистор 2, 20Разрывают ближайшую к выявленному тензорезистору перемычку, например 1 б, и включают вместо нее в то же плечо моста переменный резистор, например резистор 18, В нормальных температурных условиях изменяют сопротивление переменного резистора 18 до получения выходного сигнала моста, равного начальному выходному сигналу при заданной температуре. Измеряют это сопротивление и отключают переменный резистор. 18. Рассчитывают величину сопротивления дорабатываемого тензорезистора 2 по формуле ь К ь.;Кх1 ЫЫХгде К и К - сопротивления тенХ Хзорезисторов в выявленном плече моста;М; и М - температурные коэффициенты сопротивления тензорезисторов.Дорабатывают выявленную пару тенэорезисторов 4 и 5 путем удаления З 0 части материала тензорезисторов, например лучом лазера, и восстанавливают перемычку 17.Предлагаемые тензометрическиймост и способ его настройки позвоЗ 5 ляют повышать точность измерения вшироком диапазоне неравномерных температур. Кроме того, такое техническое решение позволяет уменьшитьчувствительность интегрального тен зометрического моста к термоудару. 4 К КХ формула из я1. Интегральный тензометрический 45 мост, содержащий две идентичные цепииэ трех последовательно соединенных тензорезисторов,каждая из которых выполнена с контактными площадками на обоих концах первого тенэорезистора и свободном конце третьего тенэореэистора, о т л и ч а ю щ и й .с я тем, что, с целью повышения точности в условиях действия неравномерного температурного поля за счет уменьше ния аддитивной температурной погрешности, он снабжен двумя дополнительными тенэорезисторами, каждый из которых включен последовательно с первым тензореэистором в соответствуюобретени где К - величина сопротивления,на которую увеличиваюттензореэистор,Ь К - величина изменения сопротивления переменного резистора,Т, - начальная температура(нормальные температурныеусловия);Т 2 - заданная температура, докоторой изменяют температуру подложки интегрального тензометрического мостаДорабатывают выявленный тензорезистор 2 путем удаления части материала тензорезистора 2, например лучомлазера. Восстанавливают перемычку 16и измеряют величину и знак выходйогосигнала моста, По знаку выходногосигнала определяют пару тензорезисторов одного из плеч моста, котораяпри увеличении суммарного сопротивпения уменьшает величину начального выходного сигнала, например пару тензорезисторов 4 и 5,Разрывают ближаишую к выявленной паре перемычку, например перемычку 17, и включают вместо нее переменный резистор 19. Изменяют сопротивление переменного резистора 19 до заданного уровня выходного сигнала моста. Измеряют величину регулировочного резистора 19 и отключают его. Рассчитывают величины сопротивлений каждого тензорезистора 5 и 4 в выявленном плече по формулам5 1щей цепи между свободным концом этого тензорезистора и его контактнойплощадкой, а каждая пара тензорезисторов, включенная между двумя смежными контактными площадками,выполнена в виде двух тензорезисторов с температурными коэффициентами сопротивления противоположных знаков,2, Способ настройки интегральноготензометрического моста, заключающийся в том, что измеряют начальныйвыходной сигнал моста для двух различных температур и изменяют сопротивление дорабатываемого резисторав одном из плеч моста, о т л и ч аю щ и й с я тем, что перед измерением начального выходного сигналамоста соединяют соответственно между собой крайние точки обеих цепейперемычками, по знаку изменения начального выходного сигнала моста оттемпературы определяют дорабатываемый тензорезистор с температурнымкоэффициентом сопротивления, который при увеличении сопротивления тензорезистора уменьшает это изменение,при одной из этих температур разрывают ближайшую к этому тензорезистору перемычку и включают вместо нее 3686216в то же плечо моста переменный резистор, изменяют его сопротивление до получения выходного сигнала моста, равного начальному выходному сиг 5налу при второй температуре, измеряют это сопротивление и отключают резистор, рассчитывают величину сопротивления дорабатываемого тензорезистора и увеличивают его сопротивление до расчетной величины путем удалейия части материала тензорезистора,восстанавливают перемычку, измеряют величину и знак выходного сигнала моста и по знаку определяют пару тензорезисторов, которая при увеличении суммарного сопротивления уменьшает эту величину, разрывают ближайшую к этой паре перемычку и включают вместо нее в то же плечо переменный резистор, изменяют его сопротивление до получения заданного уровня выходного сигнала моста, измеряют это .сопротивление и отключают резис тор, рассчитывают величины сопротивлений каждого тензореэистора в паре, увеличивают сопротивления этих тенэорезисторов до расчетных величин путем удаления части материала и вновь восстанавливают перемычку, 1 Составитель Н.Тимошенко Редактор А.Шандор Техред Л.Олийнык Корректор М,ПожоЗаказ 273/38 Тираж 680 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5 3