Способ настройки тензометрических мостов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК пв 1758563 5 0 01 В 17/10 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ М 32аучно-производственный микроэлектроники и автоностроении",А,Тихоненков и А.В,Иго детельство СССР 01 В 7/18, 1985.детельство СССР6 01 й 17/10, (3 01 ЙКИ ТЕНЗОМЕТРИложод ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ НАЧЕСКИХ МОСТОВ Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензометрических мостов, датчиков, изготовленных по интегральной и металлопленочной технологии.Известен способ настройки тензометрических мостов, заключающийся в том, что в одно из плеч моста вводят термочувствительный резистор, измеряют температурный дрейф выходного сигнала, рассчитывают величину сопротивления термочувствительного резистора, необходимого для компенсации, и с помощью напыления технологической перемычки подгоняют величину сопротивления термочувствительного резистора.Наиболее близким к предлагаемому является способ настройки тензометрических мостов, когда компенсацию температурного дрейфа проводят подключением шунтирующего резистора, рассчитанного по температурному дрейфу выходного сигнала моста при подключении известного техно(57) Использование: измерительная техника, при настройке тенэометрических мостов, датчиков, изготовлен н ых по интегральной и металлопленочной технологии, Сущность изобретения; одновременно проводят компенсацию начального выходного сигнала и температурного дрейфа датчика только внешними шунтирующими резисторами и термореэистором. который конструктивно изготавливается внутри датчика, при настройке датчика не требуется проводить доработку замкнутой мостовой схемы датчика, изготовленной в едином технологическом цикле. 2 ил. логического шунта, а начальныи выход сигнал уменьшают до заданного значе подгонкой значения сопротивления одного из тензореэисторов (ТР) моста без изменения его температурного коэффициента сопротивления(ТКС),Недостатком этого способа являются с ность, трудоемкость самой технологии и гонки номинала ТР без изменения его ТКС. Обычно это лазерная подгонка или подгонка механическим резанием, и сам процесс подгонки требует непрерывного измерения выходного сигнала; очень высокое требование к точности подгонки ТР, так для балансировки нуля с точностью 0,2 требуется точностьподгонки 0,008 Ом при сопротивлении плеча мостовой схемы 1 кОм, так как у металлопленочного датчика полное изменение сопротивления мостовой схемы 4 Ом при номинальном значении измеряемого параметра.Целью изобретения является повышение точности настройки датчика,Цель достигается тем, что согласно способу настройки тензометрических мостов определгнот сопротивление тензорезисторов моста для двух различных температур, плечо для включения шунтирующего резистора и рассчитывают значение этого резистора, но в отличие от прототипа, одновременно проводят компенсацию начального выходного сигнала и температурного дрейфа датчика только внешними шунтирующими резисторами Вш, В 9 и терморезистором Ва 1 коТорый консТрукТИвно изготавливается внутри датчика и при настройке датчика не требуется проводить доработку замкнутой мостовой схемы датчика, изготовленной в едином технологическом цикле.Использование в качестве настроечных элементов высокоомных шунтов (В(а - 20 - 30 кОм) уменьшает требования, предьявляемь(е к точности их подгонки к расчетному значению для балансировки нуля, тем самым повышается максимально возможная точность настройки,Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где изображена схема включения расчетных резисторов Вш и В 9 в тензометрический мост с терморезистором Ва, на фиг. 2 - схема включения датчика в измерительную цепь.На фиг. 1 приняты следующие обозначения: 1-4 - тензорезисторы В 1, В 2, Вз, В 4;5 - терморезистор Ва; б и 7 - расчетные резисторы Яш и В 9.РаСЧЕТ рЕЗИСТороа Вш И В 9 ПроИЗВодИТ- ся на основе настроечных измерений по формулам;вс 4 о-сь-Од( (ьс+й-сь-од 14 сА-дсЦоь-ьъ) В2 сд - дс 1ЙА А+ВР)В 9 С+Огде А=ОВ 4 В 1; А=О В 4 В 1;В=ОВ 4 В 1 Ва, В =О=В 4 В 1 Ва,с=а - с(я в 1); с=М - о (вг + в(4;О=В 4(В 1+Ва)-0 гЯ 4 гВ 1+Ва)+Я 1 Ва);О=Я ф+ В,)-Оф ф+ В.)+% В;);В 4 Оо , ( В 4 ОоО=- --- ; ОВ 4 + В 1 Опит В .1. В Опитгде значение В 1 определяется по формуле:(А 1+Ящ (г Р 1 +ЯдщКА 1+4(гыф.)1(О(.яеы 1 Й)ЯИ.Ь( г(,- 1 а 1 = (Ош 1 Осыпит , а 4 = (Ош 4 0110 пит, а значение В 4 находится из решенияуравнения (4) численно на ЭВМ(с р ь 1 Значение Яа находится по формуле г В Я 1-у(5) 15 П р и м е р. Применяем предлагаемыйспособ для настройки полупроводникового датчика давления ДДП 001, которь(й имеет 50 замкнутую тензометрическую мостовуюсхему с терморезистором (фиг, 2). При температуре т=20 С измеряем значения сопротивления В 1=3,9 кОм; В 4=4,0 кОм; Ва=20 кОм; напряжение питания Опит=10,0 В; на чальный выходной сигнал Оо=31,845 мВ, помещаем датчик в печь и нагреваем на й=100 С, измеряем Оо=88,687 мВ, подключаем Яш=20 кОм к В 1, измеряем Ош 1 =570,20 мВ, подключаем Вш к В 4, измеряем Оа - Оо + В 4уОпит В(1 + В 1где измеряемые величины В 1, В 4 - значениясопротивлений тензорезисторов;Ва - значение сопротивления терморезистора;Оо - величина начального разбаланса25 тензометрической мостовой схемы;Ого- то же, пРи втоРой темпеРатУРе г;Ош 1 - величина разбаланса тензометрической мостовой схемы при второй темпе 30ратуре т при подключении технологическогошунта Вш параллельно тензорезистору В 1;Ош 4 - величина разбаланса тензометрической мостовой схемы при второй температуре г при подключении технологического35 шунта Вш параллельно тензорезистору В 4;О,- величина разбаланса тензометрической мостовой схемы при второй температуре 1 при подключении терморезистора Вапараллельно к выбранному тензорезистору,40 Выбор осуществляется следующим образом,ПРи Оо-ОО0 Яа подключаем к В 1, а пРиОо-ОО(0 Ва подключаем к В 4; Опит - напРЯ 45 жение питания, 1758563ОШ 4 =407,43 МВ, так как О 1 о - О о О, то Яа подключаем к 3 с и измеряем О,=420,51 мВ.Для определения ЯЬ решаем уравнение (4) с помощью программы "СОМРЕМ 31" (приложение 1). Программа написана на языке "ПАСКАЛЬ" и реализует численный метод решения уравнения одной переменной методом половинного деления. Нижний предел интервала поиска корня уравнения (4) задается требованием положительности подкоренного выражения4 йш Зс 4 мин = а верхний выбираем из максимально возможных ТКС ТР: Я 1 макс=5,5 КОМ (ТКС=О;00375 1/оС); для заданной точности нахождения корня со=0,00001 время счета1 с. В результате расчета получаем В 4=4,3999=4,4 кОМ, По формуле (3) находим: 3 с 1=4,271 кОМ, по формуле (5) Ба=30 кОМ; и по формулам (1, 2) рассчитываем Вш=18,14 кОМ и Вв=34,371 кОМ.После подключения расчетных значений начальный выходной сигнал при т=20 С Ос=0,0002 МВ, а при 1=120 С Оь=0,0014 МВ, и дополнительная температурная погрешность, вызванная изменением начального выходного сигнала: а -- - 1,2 10-7 1 С,Ономт где Оном=100 мВ - значение выходного сигнала датчика при подаче номинального значения давления.Таким образом, расчетные значения дали хорошую компенсацию температурной погрешности датчика. Приложение 1 РВОГВАМ СОМРЕМЗ 1: ОБВЕЯ Ргпег; СОЙВТг 42=5.5; мз М =0.57020; мз Ь 4=0.40743; ц со=0.088687; ма =0,42051; ц о=0,031845; и=10; га 1-20; гзЬ=20; г 1 =3.9; г 4=4.0; то 3=1 е; ЧАЯа, Ь,ХИЛЫХ,гоос геа 1; сопчегцес 3:Ьооеап; а 1,а 4,геа 1; г 1 с,г 111,г 121: геа 1;га с,агц.Ьгц,сг 9,1 са,КЬ.КС,Кс; геа 1;3 сат,3 сЬ, Кс 3 т,3 сс 1, г 4 т,уа 3, и ц, пил, гц, гз ц пс:геа 1;РОМСТОМ з 3 пц(х:геа):геа 3;5 ВЕ 6 И1 А хО.ОТНЕС 3 цп;=-1Е 3 ЯЕ з 19 п:=1;ЕИО;ЮМСТ 10 й 2 ЕЯО(ХЯЕА)ЯЕА 3;10 ЧАЯ+(г-зргс(ггххгз 3 т(х+гз Ь/2/(х+гзЬ);ЕМО;ВЕОМ .20 а 1:=(цтзИ-цсо)/ц;а 4:=(цтз Ь 4-цсо)/ц;а:=-4 гз Ь(1+1/а 4)(1+1/а 4)а 3;Ь:=г 42;1 а:=кего(а); 1 Ь:=его(Ь);25Р зцп(Га)1 Ь0.0 ТНЕйвг 1 еп( РОВС ООЕЯ НОТ СНАИОЕБОМ)Е ЯЕВ Е 01 М30 сопчегцес 3:=аЬз(а-Ь)1 о 3;ччХ 1 Е НОТ сопчегцес 3 00ВЕСАх:=а+0,5(Ь-а); 1 х:=ге го(х);Г з 1 цп(Га)1 Х0,0 ТНЕУ 35 В ЕЙИЬ:=х;+ Ь:=х;ЕКОЕ 3 ЯЕВЕЖА40 а:=х; 1 а:=1 х;ЕИО;сопчегцес 3:=аЬз(Ь-а) то 1;гоаб=(Ь+а)/2ЕИО;45 г 111:=зр(гоо 1)+2 гз 3 тгоос;г 1 21:= (гоос/а 1-гоос-гзЬ);г 1 с=(г 11 т+зр гт(зр г(г 1 1 т)+4 гзЬзрг(гоаб)г 12 т 2/г 1 2;г 4 с=гоот;50 уа 1:=(цйа 3-цсо)/ц+г 4 т/(г 4 с+г 11);га 3 с=г 1 тг 4 т(1-уа 1)/(уа 1(г 4 т+г 1 т)-г 4 т);сй:=г 41(г 11+га 11)-по 1(г 41(г 1 а+га т)+г 11 гаИ);а гд:=КаМсМатс; Ьгд:=Кс 1 КЬ+КаМт 1 Ь 1 КсатМ;сгд:=КатЕЬЬ 1;гд;.-+Ьгд+зцп(зст(Ьгд)-4 а гдсгд/2/агд; гзцп 1;=(гдса+с Ь)/(гдКс+Кб);агреп( ЯТ Сопзрц 1 е Вд ( Вз 1); аг 1 е 1 п(1 ЯТ, );агте 1 п( ЯТ, В 1= , г 1:2:3, В 4= , г 4;2;3, Оо= , цо:2;7);Оо 1 = , ц 1 о:2:7 );агте и ( ЯТ, . 01 з Ы = , ц 1 З Ы;2:7,Осз 14 = , аз 14;2:7,Ота 1=, ота 1:2:7);аг 11 еп(1 ЯТ, Ва=, га 1,гезо 11: Вд,гд:3:4,Вз 1= , гзоп 1:3:4,КОв);ЕИР.Формула изобретения Способ настройки тензометрических мостов, заключающийся в том, что определяют сопротивление тензорезисторов, расположенных в соседних плечах моста, температурный дрейф начального выходного сигнала моста для двух различных температур, плечо для включения шунтирующего резистора и рассчитывают значение этого резистора, отл ича ющийся тем,что,с целью повышения точности настройки, определяют сопротивление терморезистора, плечо подключения терморезистора, подключают в выявленное плечо моста шунтирующий терморезистор, измеряют температурный дрейф выходного сигнала моста при подключенном терморезисторе, рассчитывают требуемое значение дополнительного резистора по формулегдЕ А=ОВ 4 В 1; А =01 В 4 В 1;В=ОВ 4 В 1 йа, В =О=В 4 В 1 ВЫс В 4-О(й+Й) с =81 -ы (я 1ЙЬР=В 4(В 1+Ва) О(В 4(В 1+Ва)+В 1 йа)О=В 1 (В + ВЦ(В ф + В.) +% В.);15 О В 4 Оо, 01 В 4 Оо,В 4+ В 1 Опит В 1 В Опитгде В 1, В 4 - сопротивление тензорезисторов, к которым подключаются шунты;20 . Ва - сопротивление терморезистора,В 1 Вт 4, Ва - их расчетные значенияпри второй температуре т;Оо - величина начального разбалансатензометрической мостовой схемы;Оо- то же, при второй температуре т;Опит - напряжение питания. рассчитывают требуемые значения шунта по формулеЗо , д А + Вй С+Ои подключают терморезистор Ва и резисторы Вп и Вш с расчетными значениями в вы 35 явленные плечи моста.1758563 Составитель И, Бадигинаехред М,Моргентал Корректор Н вс ина едакто изводственно-издательский комбинат "Г 1 атент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 2997 Тираж ВНИИПИ Государственного ко 113035, МПодписноетета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССва, Ж, Раущская наб., 4/5