RU2406970C1 - Adjustment of resistive-strain metal-film sensors with bridge metering circuit by additive temperature error with consideration of non-linear temperature characteristic of sensor initial unbalance - Google Patents

Adjustment of resistive-strain metal-film sensors with bridge metering circuit by additive temperature error with consideration of non-linear temperature characteristic of sensor initial unbalance Download PDF

Info

Publication number
RU2406970C1
RU2406970C1 RU2009140279/28A RU2009140279A RU2406970C1 RU 2406970 C1 RU2406970 C1 RU 2406970C1 RU 2009140279/28 A RU2009140279/28 A RU 2009140279/28A RU 2009140279 A RU2009140279 A RU 2009140279A RU 2406970 C1 RU2406970 C1 RU 2406970C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
resistor
tcs
bridge circuit
arm
Prior art date
Application number
RU2009140279/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Андреевич Тихоненков (RU)
Владимир Андреевич Тихоненков
Лев Николаевич Винокуров (RU)
Лев Николаевич Винокуров
Марат Шавкатович Багаутдинов (RU)
Марат Шавкатович Багаутдинов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2009140279/28A priority Critical patent/RU2406970C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2406970C1 publication Critical patent/RU2406970C1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: procedure consists in bridge circuit preliminary balancing, in determination of temperature coefficients of resistance (TCR) of all bridge circuit legs with consideration of balancing resistor introduction, in determination leg of installation and in calculation of thermal independent resistor Rsh for compensation of non-linear temperature characteristic of sensor initial unbalance. Upon its installation into a definite leg of the bridge circuit parallel with the working resistive-strain sensor there is carried out intermediate balancing without change of the TCR of the balanced leg. There is determined TCR of all legs of the bridge circuit considering engagement of thermally independent resistor Rsh in any of two temperature ranges; further, additive temperature error is compensated. Compensation corresponds to determination of installation leg and in calculation of thermally dependent resistor Rβ. Upon its installation into a definite leg of the bridge circuit in series with the working resistive-strain sensor there is carried out balancing without change of the TCR of the balanced leg.
EFFECT: upgraded accuracy of adjustment.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности.The invention relates to measuring technique and can be used to configure strain gauge sensors with a bridge measuring circuit for an additive temperature error.

Известен способ компенсации аддитивной температурной погрешности мостовой схемы (см. Патент на изобретение RU 2265802 С1, G01B 7/16, «Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности», зарегистрированный 10.12.2005 г.), заключающийся в предварительной балансировке мостовой цепи в пределах ±0,5% номинального выходного сигнала, определении температурного коэффициента сопротивления (ТКС) всех плеч сбалансированной мостовой цепи и установке в определенное плечо, последовательно с рабочим тензорезистором, термозависимого компенсационного резистора Rβ расчетной величины с последующей балансировкой мостовой схемы без изменения ТКС балансируемого плеча.There is a method of compensating the additive temperature error of the bridge circuit (see Patent for invention RU 2265802 C1, G01B 7/16, "Method for setting strain gauge sensors with a bridge measuring circuit for the additive temperature error", registered December 10, 2005), which consists in preliminary balancing bridge circuit within ± 0.5% of the nominal output signal, determining the temperature coefficient of resistance (TCS) of all shoulders of a balanced bridge circuit and installing it in a specific arm, in series with strain gage, temperature-dependent compensation resistor R β calculated value with subsequent balancing of the bridge circuit to be balanced without changing the shoulder TCR.

Однако использование данного метода при настройке датчиков не учитывает нелинейность температурной характеристики тензорезисторов в рабочем диапазоне температур. В количественном отношении данная нелинейность выражается в изменении ТКС тензорезисторов в пределах до 0,1·10-4 1/°С. При этом если тензорезисторы собираются в мостовую измерительную цепь, то в зависимости от преобладания нелинейности тензорезисторов, находящихся в противолежащих плечах мостовой цепи, нелинейность начального уровня выходного сигнала датчика может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Таким образом, с ростом температуры начальный уровень выходного сигнала может как увеличиваться, так и уменьшаться, а соответственно, ТКС мостовой цепи будет также либо увеличиваться, либо уменьшаться. При этом существующая статистика по наличию дополнительной температурной погрешности тензорезисторных датчиков от нелинейности температурной характеристики показывает, что эти погрешности находятся на уровне допустимых значений температурных погрешностей, то есть изменение значений температурных чувствительностей в рабочем диапазоне температур (от криогенных до +300°С) находится в пределах до Sot=5·10-4 1/°С.However, the use of this method when configuring sensors does not take into account the non-linearity of the temperature characteristics of strain gages in the operating temperature range. In quantitative terms, this nonlinearity is expressed in a change in the TCS of the strain gauges in the range up to 0.1 · 10 -4 1 / ° С. Moreover, if the strain gauges are assembled into a bridge measuring circuit, then depending on the predominance of the nonlinearity of the strain gauges located on the opposite shoulders of the bridge circuit, the nonlinearity of the initial level of the sensor output signal can have both positive and negative values. Thus, with increasing temperature, the initial level of the output signal can either increase or decrease, and, accordingly, the TCS of the bridge circuit will also either increase or decrease. Moreover, the existing statistics on the presence of additional temperature error of strain gauge sensors from non-linearity of the temperature characteristic shows that these errors are at the level of permissible values of temperature errors, that is, the change in temperature sensitivity values in the operating temperature range (from cryogenic to + 300 ° С) is within up to S ot = 5 · 10 -4 1 / ° С.

Исходя из выражения для определения аддитивной температурной чувствительности мостовой цепи (см. Патент RU 2265802 С1, G01B 7/16):Based on the expression for determining the additive temperature sensitivity of the bridge circuit (see Patent RU 2265802 C1, G01B 7/16):

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

Figure 00000002
Figure 00000002

αr - разность ТКС тензорезисторов, установленных на УЭ и собранных в соответствующих плечах R1, R2, R3, R4 мостовой измерительной цепи (ТКС мостовой цепи);α r is the difference between the TCS of the strain gauges installed on the UE and assembled in the corresponding arms R 1 , R 2 , R 3 , R 4 of the bridge measuring circuit (TCS of the bridge circuit);

Figure 00000003
- суммарное относительное изменение сопротивления тензорезисторов мостовой цепи от номинального измеряемого параметра,
Figure 00000003
- the total relative change in the resistance of the strain gauges of the bridge circuit from the nominal measured parameter,

по заданному значению изменения аддитивной температурной чувствительности за счет нелинейности температурной характеристики, можно оценить изменение ТКС мостовой цепи в заданном рабочем диапазоне температур. При суммарном изменении относительного сопротивления тензорезисторов от измеряемого параметра в пределах

Figure 00000004
, для выбранного значения изменения температурных чувствительностей от нелинейности температурной характеристики, изменение ТКС мостовой цепи может составить до
Figure 00000005
где
Figure 00000006
и
Figure 00000007
-ТКСы мостовой измерительной цепи при положительной и отрицательной температуре соответственно. Если при наличии указанной нелинейности начального выходного сигнала от изменения температуры произвести компенсацию аддитивной температурной погрешности рассмотренными ранее методами, то компенсация аддитивной температурной погрешности будет осуществлена только в точке температурного диапазона, для которой производился расчет компенсационного элемента. При других значениях температур, в рабочем диапазоне температур, появится дополнительная температурная погрешность, которая будет тем больше, чем дальше будет находиться рабочая температура от температуры, при которой производилась температурная компенсация. Для оценки необходимости учета нелинейности температурной характеристики датчика проведем расчет температурной чувствительности тензорезисторного датчика для крайних значений температурного диапазона, если при этом компенсация осуществлялась для одной из крайних значений температур рабочего диапазона.for a given value of the change in the additive temperature sensitivity due to the nonlinearity of the temperature characteristic, it is possible to evaluate the change in the TCS of the bridge circuit in a given operating temperature range. With a total change in the relative resistance of the strain gages from the measured parameter within
Figure 00000004
, for the selected value of the change in temperature sensitivity from the nonlinearity of the temperature characteristic, the change in the TCS of the bridge circuit can be up to
Figure 00000005
Where
Figure 00000006
and
Figure 00000007
-TKSy bridge measuring circuit at positive and negative temperatures, respectively. If, in the presence of the indicated nonlinearity of the initial output signal from the temperature change, the additive temperature error is compensated by the methods considered earlier, then the additive temperature error will be compensated only at the point of the temperature range for which the compensation element was calculated. At other temperatures, in the operating temperature range, an additional temperature error will appear, which will be the greater, the farther the operating temperature is from the temperature at which temperature compensation was performed. To assess the need to take into account the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor, we will calculate the temperature sensitivity of the strain gauge sensor for extreme values of the temperature range, if compensation was carried out for one of the extreme values of the temperature of the operating range.

ПримерExample

Пусть нелинейность температурной характеристики в рабочем диапазоне температур ±100°С составляет Δαr=2·10-6 1/°С. Для упрощения расчетов примем, что эта нелинейность обеспечивается только нелинейностью тензорезистора R1 и общая температурная погрешность датчика определяется только отклонением ТКС этого тензорезистора от ТКС остальных тензорезисторов. Тогда исходными данными для расчета будут являться:Let the nonlinearity of the temperature characteristic in the operating temperature range of ± 100 ° C be Δα r = 2 · 10 -6 1 / ° C. To simplify the calculations, we assume that this non-linearity is provided only by the non-linearity of the strain gauge R 1 and the total temperature error of the sensor is determined only by the deviation of the TCS of this strain gauge from the TCS of the other strain gauges. Then the initial data for the calculation will be:

- номиналы тензорезисторов всех плеч R1=R2=R3=R4=1000 Ом;- denominations of strain gauges of all shoulders R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 1000 Ohms;

- значение изменения относительного сопротивления датчика при воздействии номинального значения измеряемого параметра

Figure 00000008
- the value of the change in the relative resistance of the sensor when exposed to the nominal value of the measured parameter
Figure 00000008

- ТКСы тензорезисторов при плюсовой и минусовой температурах соответственно равны

Figure 00000009
;- TKSs of strain gages at plus and minus temperatures are respectively equal
Figure 00000009
;

- ТКС резистора Rβ равен αβ=40·10-4 1/°С;- TCS of the resistor R β is equal to α β = 40 · 10 -4 1 / ° C;

- ТКС мостовой цепи при плюсовой температуре

Figure 00000010
;- TCS bridge circuit at positive temperature
Figure 00000010
;

- ТКС мостовой цепи при минусовой температуре

Figure 00000011
;- TCS bridge circuit at sub-zero temperatures
Figure 00000011
;

- ТКС тензорезистора R1 при плюсовой температуре

Figure 00000012
;- TKS strain gage R 1 at positive temperature
Figure 00000012
;

- ТКС тензорезистора R1 при минусовой температуре

Figure 00000013
.- TKS strain gage R 1 at subzero temperature
Figure 00000013
.

РешениеDecision

Расчет величины термозависимого компенсационного резистора Rβ проведем для температуры минус 100°С по формуле (см. Патент RU 2265802 С1, G01B 7/16):The calculation of the value of the temperature-dependent compensation resistor R β will be carried out for a temperature of minus 100 ° C according to the formula (see Patent RU 2265802 C1, G01B 7/16):

Figure 00000014
Figure 00000014

где αr=(α1+α4)-(α2+α3) - ТКС мостовой цепи;where α r = (α 1 + α 4 ) - (α 2 + α 3 ) - TCS bridge circuit;

Ri - номинал сопротивления тензорезистора плеча, к которому подключается термозависимый компенсационный резистор;R i is the resistance value of the shoulder strain gage to which the thermally dependent compensation resistor is connected;

αc1, αс2, αn - температурные коэффициенты сопротивления тензорезисторов смежных и противолежащего плеч схемы относительно плеча, к которому подключают термозависимый компенсационный резистор.α c1 , α c2 , α n are the temperature coefficients of resistance of the strain gages of adjacent and opposite arms of the circuit relative to the arm to which a thermally dependent compensation resistor is connected.

Так как αr имеет отрицательное значение, то компенсационный резистор должен ставиться в плечо R1 или R4. Примем плечо R1, тогда по формуле (3):Since α r has a negative value, the compensation resistor must be placed in the shoulder R 1 or R 4 . Take the shoulder R 1 , then by the formula (3):

Figure 00000015
Figure 00000015

Эквивалентный ТКС плеча R1 после установки компенсационного резистора для расчетной температуры (см. Патент RU 2265802 С1, G01B 7/16) определится как:The equivalent TCS of the shoulder R 1 after installing the compensation resistor for the calculated temperature (see Patent RU 2265802 C1, G01B 7/16) is defined as:

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Аддитивная температурная чувствительность при температуре минус 100°С согласно выражению (1) может быть определена как:Additive temperature sensitivity at a temperature of minus 100 ° C according to expression (1) can be defined as:

Figure 00000018
Figure 00000018

Эквивалентный ТКС плеча R1 после установки компенсационного резистора для плюсовой температуры определится как:Equivalent TCS of shoulder R 1 after installing a compensation resistor for positive temperature is defined as:

Figure 00000019
Figure 00000019

Аддитивная температурная чувствительность при температуре плюс 100°С согласно выражению (1) может быть определена как:The additive temperature sensitivity at a temperature of plus 100 ° C according to expression (1) can be defined as:

Figure 00000020
Figure 00000020

Таким образом, в расчетной точке температур осуществлена полная компенсация аддитивной температурной погрешности датчика, а температурная чувствительность в крайней плюсовой точке температурного диапазона в два раза превышает допустимое значение.Thus, at the calculated temperature point, the additive temperature error of the sensor was completely compensated, and the temperature sensitivity at the extreme plus point of the temperature range was two times higher than the permissible value.

Анализ проведенного расчета показывает, что способ компенсации, представленный в прототипе при производстве датчиковой аппаратуры не обеспечивает требуемой точности компенсации аддитивной температурной погрешности при наличии нелинейности температурной характеристики. Однако сама идея компенсации с помощью включения термозависимого резистора в одно из плеч мостовой схемы последовательно с рабочим тензорезистором с одновременной балансировкой начального уровня мостовой схемы не только жизненна, но и целесообразна, при условии учета нелинейности температурной характеристики датчика.The analysis of the calculation shows that the compensation method presented in the prototype in the manufacture of sensor equipment does not provide the required accuracy of compensating the additive temperature error in the presence of non-linear temperature characteristics. However, the very idea of compensation by including a thermally dependent resistor in one of the arms of the bridge circuit in series with a working strain gauge while balancing the initial level of the bridge circuit is not only vital, but also practical, provided that the non-linear temperature characteristics of the sensor are taken into account.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности, который позволил бы повысить точность компенсации аддитивной температурной погрешности в процессе настройки.The task to which the claimed invention is directed is to develop a method for tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit for an additive temperature error, which would improve the accuracy of compensation for additive temperature error during the setup process.

Технический результат - повышение точности в процессе настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности.EFFECT: increased accuracy in the process of adjusting strain gauge sensors with a bridge measuring circuit by additive temperature error.

Указанный технический результат достигается за счет предварительной компенсации нелинейности температурной характеристики тензорезисторов в рабочем диапазоне температур и последующей компенсации аддитивной температурной погрешности в соответствии с прототипом.The specified technical result is achieved by preliminary compensation for the non-linearity of the temperature characteristics of the strain gages in the operating temperature range and subsequent compensation of the additive temperature error in accordance with the prototype.

Это достигается тем, что в мостовую измерительную цепь дополнительно вводят термонезависимый компенсационный резистор, подключаемый в определенное плечо параллельно рабочему тензорезистору, тем самым обеспечивается нелинейность ТКС мостовой цепи соответствующей нелинейностью от температуры ТКС одного из плеч мостовой цепи, что позволяет скомпенсировать нелинейность температурной характеристики начального разбаланса датчика. Выбор плеча подключения термонезависимого компенсационного резистора определяется необходимостью обеспечения постоянства ТКС мостовой цепи независимо от его знака во всем температурном диапазоне.This is achieved by the fact that a thermally independent compensation resistor is added to the bridge measuring circuit, connected in parallel with the working strain gauge to a specific arm, thereby ensuring the TCS of the bridge circuit is non-linear by the corresponding non-linearity of the temperature of the TCS of one of the arms of the bridge circuit, which allows to compensate for the non-linearity of the temperature characteristic of the initial sensor imbalance . The choice of the connection arm of a thermally independent compensation resistor is determined by the need to ensure the constancy of the TCS bridge circuit regardless of its sign in the entire temperature range.

Если знак изменения ТКС мостовой цепи положительный, то есть ТКС мостовой цепи с ростом температуры возрастает, то для компенсации нелинейности температурной характеристики датчика необходимо термонезависимый компенсационный резистор подключать параллельно плечу, воспринимающему деформацию растяжения.If the change sign of the TCS of the bridge circuit is positive, that is, the TCS of the bridge circuit increases with temperature, then to compensate for the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor, a thermally independent compensation resistor must be connected parallel to the shoulder receiving the tensile strain.

Если знак изменения ТКС мостовой цепи отрицательный, то есть ТКС мостовой цепи с ростом температуры уменьшается, то для компенсации нелинейности температурной характеристики датчика необходимо термонезависимый компенсационный резистор подключать параллельно плечу, воспринимающему деформацию сжатия.If the change sign of the TCS of the bridge circuit is negative, that is, the TCS of the bridge circuit decreases with increasing temperature, then to compensate for the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor, a thermally independent compensation resistor must be connected parallel to the shoulder, which receives compression deformation.

Расчет номинала термонезависимого компенсационного резистора производят исходя из обеспечения равенства ТКС мостовой цепи при плюсовой и минусовой температурах.The calculation of the nominal value of a thermally independent compensation resistor is carried out on the basis of ensuring equality of the TCS of the bridge circuit at positive and negative temperatures.

Термонезависимый компенсационный резистор Rш устанавливают в определенное ранее плечо мостовой цепи и осуществляют промежуточную балансировку датчика без изменения ТКС балансируемого плеча (например, с помощью лазерной подгонки резистора для микроэлектронного исполнения датчика), определяют ТКС всех плеч мостовой цепи с учетом включения термонезависимого резистора Rш и промежуточной балансировки датчика в любом из двух температурных диапазонов и в дальнейшем производят операции по компенсации аддитивной температурной погрешности в соответствии с прототипом.The non-volatile compensation resistor R w is installed in the previously defined shoulder of the bridge circuit and the sensor is intermediate balanced without changing the TCS of the balanced arm (for example, by laser adjustment of the resistor for the microelectronic performance of the sensor), the TCS of all shoulders of the bridge circuit is determined taking into account the inclusion of the thermally independent resistor R w and intermediate balancing of the sensor in any of the two temperature ranges and then perform operations to compensate for the additive temperature error and in accordance with the prototype.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

В предлагаемом способе компенсация достигается за счет предварительной компенсации нелинейности температурной характеристики тензорезисторов в рабочем диапазоне температур. И последующей компенсации аддитивной температурной погрешности в соответствии с прототипом.In the proposed method, compensation is achieved by preliminary compensation for the non-linearity of the temperature characteristics of the strain gages in the operating temperature range. And the subsequent compensation of the additive temperature error in accordance with the prototype.

Он основан на том, что учет нелинейности температурной характеристики начального уровня выходного сигнала может быть осуществлен только за счет обеспечения нелинейности ТКС мостовой цепи соответствующей нелинейностью от температуры ТКС одного из плеч мостовой цепи. Тогда, если при изменении температуры изменяется ТКС мостовой цепи некомпенсированного датчика, то, обеспечив в процессе температурной настройки аналогичное изменение от температуры ТКС определенного плеча мостовой цепи, можно добиться постоянства ТКС мостовой цепи во всем рабочем температурном диапазоне. Таким образом, может быть исключена нелинейность температурной характеристики начального уровня выходного сигнала во всем температурном диапазоне. Тогда способ компенсации аддитивной температурной погрешности в соответствии с прототипом обеспечит компенсацию аддитивной температурной погрешности во всем диапазоне рабочих температур.It is based on the fact that the non-linearity of the temperature characteristic of the initial level of the output signal can be taken into account only by ensuring the non-linearity of the TCS of the bridge circuit with the corresponding non-linearity from the temperature of the TCS of one of the arms of the bridge circuit. Then, if the TCS of the bridge circuit of an uncompensated sensor changes with a change in temperature, then by providing a similar change in temperature of the TCS of a certain arm of the bridge circuit during temperature adjustment, it is possible to achieve a constant TCS of the bridge circuit in the entire operating temperature range. Thus, the non-linearity of the temperature characteristic of the initial level of the output signal in the entire temperature range can be eliminated. Then the method of compensating the additive temperature error in accordance with the prototype will provide compensation for the additive temperature error in the entire range of operating temperatures.

Подобную нелинейность ТКС плеча мостовой цепи можно получить при установке параллельно этому плечу термонезависимого сопротивления Rш.A similar nonlinearity of the TCS of the shoulder of the bridge circuit can be obtained by installing a thermally independent resistance R W parallel to this arm.

При подключении резистора Rш параллельно одному из плеч мостовой цепи (например R1) общее сопротивление плеча станет равным:When you connect a resistor R W parallel to one of the shoulders of the bridge circuit (for example, R 1 ), the total resistance of the shoulder becomes equal to:

Figure 00000021
.
Figure 00000021
.

При изменении температуры Rобщ1 примет вид:When the temperature changes R common1 takes the form:

Figure 00000022
,
Figure 00000022
,

где α1 - ТКС тензорезистора R1;where α 1 - TCS strain gauge R 1 ;

Δt - диапазон изменения температуры.Δt is the temperature range.

Но, с другой стороны, Rобщ1t может быть записано через эквивалентное ТКС плеча Rобщ1 в виде:But, on the other hand, R total1t can be written through the equivalent TCS of the shoulder R total1 in the form:

Figure 00000023
,
Figure 00000023
,

где αэ - эквивалентное ТКС плеча Rобщ1.where α e - equivalent TCS shoulder R total 1 .

Решая две последние формулы относительно αэ, найдем выражение эквивалентного ТКС плеча Rобщ1 через ТКС тензорезистора R1:Solving the last two formulas with respect to α e , we find the expression of the equivalent TCS of the arm R total1 through the TCS of the strain gauge R 1 :

Figure 00000024
Figure 00000024

Тогда согласно выражению (5) эквивалентный ТКС плеча, к которому подключен термонезависимый резистор Rш, становится зависимым от температуры, то есть появляется нелинейность температурной характеристики ТКС этого плеча.Then, according to expression (5), the equivalent TCS of the arm to which the thermally independent resistor R w is connected becomes temperature dependent, that is, the non-linearity of the temperature characteristic of the TCS of this arm appears.

Анализ этой формулы показывает, что с ростом температуры величина эквивалентного ТКС уменьшается и тем больше, чем меньше величина резистора Rш. Таким образом, подбирая номинал термонезависимого резистора Rш, можно добиться требуемой крутизны температурной характеристики ТКС выбранного плеча. Если же обеспечить крутизну температурной характеристики ТКС плеча, одинаковую с крутизной характеристики ТКС мостовой цепи, то можно будет скомпенсировать изменение ТКС мостовой цепи от температуры и обеспечить ее линейность во всем диапазоне рабочих температур.An analysis of this formula shows that with increasing temperature, the equivalent TCS value decreases and the larger, the smaller the value of the resistor R W. Thus, choosing the nominal value of a thermally independent resistor R W , it is possible to achieve the required steepness of the temperature characteristic of the TCS of the selected shoulder. If we ensure the steepness of the temperature characteristic of the TCS of the shoulder, the same as the steepness of the characteristics of the TCS of the bridge circuit, then it will be possible to compensate for the change in the TCS of the bridge circuit from the temperature and ensure its linearity over the entire range of operating temperatures.

Кроме того, так как нелинейность температурной характеристики ТКС мостовой цепи определяется сложением нелинейностей ТКС противолежащих плеч с последующим их вычитанием, то нелинейность мостовой цепи может иметь как положительное, так и отрицательное значение. То есть с ростом температуры ТКС мостовой цепи может возрастать, если суммарная нелинейность ТКС плеч R1 и R4 больше суммарной нелинейности ТКС плеч R2 и R3, и убывать при обратном соотношении суммарных нелинейностей ТКС.In addition, since the nonlinearity of the temperature characteristic of the TCS of the bridge circuit is determined by the addition of the nonlinearities of the TCS of the opposite arms with their subsequent subtraction, the nonlinearity of the bridge circuit can have both positive and negative values. That is, with increasing temperature, the TCS of the bridge circuit can increase if the total nonlinearity of the TCS of the arms R 1 and R 4 is greater than the total nonlinearity of the TCS of the arms R 2 and R 3 , and decrease with the inverse ratio of the total nonlinearity of the TCS.

Поэтому при решении задачи по учету нелинейности температурной характеристики начального выходного сигнала необходимо:Therefore, when solving the problem of taking into account the non-linearity of the temperature characteristic of the initial output signal, it is necessary:

- во-первых, определить плечо подключения термонезависимого резистора Rш с целью обеспечения заданного знака температурной нелинейности ТКС мостовой цепи;- firstly, to determine the connection arm of a thermally independent resistor R W in order to ensure a given sign of the temperature non-linearity of the TCS bridge circuit;

- во-вторых, рассчитать номинал термонезависимого резистора Rш с целью обеспечения заданной крутизны температурной нелинейности ТКС мостовой цепи.- secondly, to calculate the value of the thermally independent resistor R W in order to ensure a given slope of the temperature nonlinearity of the TCS bridge circuit.

Выбор плеча подключения термонезависимого резистора Rш определяется необходимостью обеспечения постоянства ТКС мостовой цепи во всем температурном диапазоне независимо от его знака.The choice of the connection arm of a thermally independent resistor R W is determined by the need to ensure the constancy of the TCS bridge circuit in the entire temperature range regardless of its sign.

1. Если знак Δαr положительный, то есть αr с ростом температуры возрастает, это обозначает, что суммарный ТКС плеч R1 и R4 (α1+α4) с ростом температуры увеличивается больше, чем суммарный ТКС плеч R2 и R3 (α2+α3). Для исключения этого явления необходимо обеспечить либо уменьшение (α1+α4) с ростом температуры, либо увеличение (α2+α3). Так как при подключении параллельно одному из плеч термонезависимого резистора Rш приводит к уменьшению ТКС этого плеча при увеличении температуры, то для компенсации нелинейности температурной характеристики датчика необходимо термонезависимый резистор подключать в плечо R1 или R4.1. If the sign Δα r is positive, that is, α r increases with increasing temperature, this means that the total TCS of the arms R 1 and R 4 (α 1 + α 4 ) increases with increasing temperature more than the total TCS of the arms R 2 and R 3 (α 2 + α 3 ). To eliminate this phenomenon, it is necessary to ensure either a decrease (α 1 + α 4 ) with increasing temperature, or an increase (α 2 + α 3 ). Since when connecting in parallel to one of the arms of a thermally independent resistor R w leads to a decrease in the TCS of this arm with increasing temperature, to compensate for the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor, it is necessary to connect a thermally independent resistor to the arm R 1 or R 4 .

2. Если знак αr отрицательный, то есть αr с ростом температуры уменьшается, это обозначает, что суммарный ТКС плеч R1 и R4 (α1+α4) с ростом температуры увеличивается меньше, чем суммарный ТКС плеч R2 и R3 (α2+α3). Для исключения этого явления необходимо обеспечить либо увеличение (α1+α4) с ростом температуры, либо уменьшение (α2+α3). Так как при подключении параллельно одному из плеч термонезависимого резистора Rш приводит к уменьшению ТКС этого плеча при увеличении температуры, то для компенсации нелинейности температурной характеристики датчика необходимо термонезависимый резистор подключать в плечо R2 или R3.2. If the sign of α r is negative, that is, α r decreases with increasing temperature, this means that the total TCS of shoulders R 1 and R 4 (α 1 + α 4 ) increases less with increasing temperature than the total TCS of shoulders R 2 and R 3 (α 2 + α 3 ). To eliminate this phenomenon, it is necessary to ensure either an increase (α 1 + α 4 ) with increasing temperature, or a decrease (α 2 + α 3 ). Since when a thermally independent resistor R w is connected in parallel to one of the arms, this TCS decreases with increasing temperature, to compensate for the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor, a thermally independent resistor must be connected to the arm of R 2 or R 3 .

Исходя из вышесказанного с учетом знака самого ТКС мостовой цепи (наличие аддитивной температурной погрешности без учета ее нелинейности) выбор плеча подключения термонезависимого резистора Rш будет осуществляться следующим образом:Based on the foregoing, taking into account the sign of the TCS bridge circuit itself (the presence of an additive temperature error without taking into account its nonlinearity), the choice of the arm of the connection of a thermally independent resistor R w will be carried out as follows:

- при

Figure 00000025
и
Figure 00000026
- резистор Rш подключается в плечо R2 или R3;- at
Figure 00000025
and
Figure 00000026
- the resistor R W is connected to the shoulder R 2 or R 3 ;

- при

Figure 00000025
и
Figure 00000027
- резистор Rш подключается в плечо R1 или R4;- at
Figure 00000025
and
Figure 00000027
- the resistor R W is connected to the shoulder R 1 or R 4 ;

- при

Figure 00000028
и
Figure 00000029
- резистор Rш подключается в плечо R1 или R4;- at
Figure 00000028
and
Figure 00000029
- the resistor R W is connected to the shoulder R 1 or R 4 ;

- при

Figure 00000028
и
Figure 00000030
- резистор Rш подключается в плечо R2 или R3.- at
Figure 00000028
and
Figure 00000030
- the resistor R W is connected to the shoulder R 2 or R 3 .

Следующим этапом в решении задачи учета нелинейности температурной характеристики начального значения выходного сигнала является определение номинала компенсационного термонезависимого резистора Rш. Исключение нелинейности температурной характеристики может быть получено, если ТКС мостовой цепи не будет изменяться во всем температурном диапазоне. Тогда для исключения нелинейности температурной характеристики необходимо обеспечить равенство ТКС мостовой цепи при плюсовой и минусовой температурах

Figure 00000031
.The next step in solving the problem of taking into account the non-linearity of the temperature characteristic of the initial value of the output signal is to determine the value of the compensation thermally independent resistor R W. An exception to the non-linearity of the temperature characteristic can be obtained if the TCS of the bridge circuit does not change over the entire temperature range. Then, to eliminate the nonlinearity of the temperature characteristic, it is necessary to ensure the equality of the TCS of the bridge circuit at positive and negative temperatures
Figure 00000031
.

Аналитически, с учетом подключения термонезависимого резистора Rш в плечо R1 и с учетом выражений (2) и (5), равенство ТКС мостовой цепи при плюсовой и минусовой температурах может быть представлено в виде:Analytically, taking into account the connection of a thermally independent resistor R W in the shoulder R 1 and taking into account expressions (2) and (5), the equality of the TCS bridge circuit at plus and minus temperatures can be represented as:

Figure 00000032
Figure 00000032

где

Figure 00000033
,
Figure 00000034
,
Figure 00000035
,
Figure 00000036
- ТКСы соответствующих плеч мостовой цепи при плюсовой температуре;Where
Figure 00000033
,
Figure 00000034
,
Figure 00000035
,
Figure 00000036
- TCS of the corresponding shoulders of the bridge chain at positive temperature;

Figure 00000037
,
Figure 00000038
,
Figure 00000039
,
Figure 00000040
- ТКСы соответствующих плеч мостовой цепи при минусовой температуре.
Figure 00000037
,
Figure 00000038
,
Figure 00000039
,
Figure 00000040
- TCSs of the corresponding shoulders of the bridge circuit at sub-zero temperatures.

Тогда переходя к изменению ТКС тензорезисторов от температуры выражение (6) можно представить в виде:Then, proceeding to a change in the TCS of the strain gages from temperature, expression (6) can be represented as:

Figure 00000041
Figure 00000041

где

Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
,
Figure 00000045
- изменение ТКС соответствующих плеч мостовой цепи.Where
Figure 00000042
,
Figure 00000043
,
Figure 00000044
,
Figure 00000045
- a change in the TCS of the corresponding shoulders of the bridge chain.

Тогда в общем виде выражение для расчета номинала термонезависимого компенсационного резистора Rш при его подключении в плечи R1 или R4 будет иметь вид:Then, in general terms, the expression for calculating the nominal value of a thermally independent compensation resistor R w when connected to the shoulders R 1 or R 4 will look like:

Figure 00000046
Figure 00000046

где

Figure 00000047
и
Figure 00000048
- ТКСы плеча мостовой цепи, к которому подключается резистор Rш при плюсовой и минусовой температурах соответственно;Where
Figure 00000047
and
Figure 00000048
- TCS shoulder bridge circuit to which the resistor R W is connected at positive and negative temperatures, respectively;

Δαn - изменение ТКС плеча, противолежащего компенсируемому плечу мостовой цепи;Δα n is the change in the TCS of the shoulder opposite to the compensated shoulder of the bridge chain;

Δαс1 и Δαс2 - изменение ТКС смежных плеч компенсируемому плечу мостовой цепи.Δα c1 and Δα c2 - change in the TCS of adjacent shoulders to the compensated shoulder of the bridge chain.

Аналогично рассуждая, можно вывести обобщенную формулу для расчета термонезависимого компенсационного резистора Rш при его подключении в плечи R2 или R3. Исходя из аналогичного выражения (6), при подключении Rш в плечо R2, исходное выражение для определения номинала термозависимого компенсационного резистора будет иметь вид:Arguing in the same way, we can derive a generalized formula for calculating a thermally independent compensation resistor R w when it is connected to the shoulders R 2 or R 3 . Based on a similar expression (6), when connecting R W in the shoulder R 2 , the original expression for determining the value of the thermally dependent compensation resistor will be:

Figure 00000049
.
Figure 00000049
.

Переходя к изменению ТКС тензорезисторов от температуры, данное выражение можно представить в виде:Turning to a change in the TCS of strain gages from temperature, this expression can be represented as:

Figure 00000050
.
Figure 00000050
.

Тогда в общем виде выражение для расчета номинала термонезависимого компенсационного резистора Rш при его подключении в плечи R2 или R3 будет иметь вид:Then, in general terms, the expression for calculating the nominal value of a thermally independent compensation resistor R w when connected to the shoulders R 2 or R 3 will look like:

Figure 00000051
Figure 00000051

Сравнивая выражения (7) и (8), видна их идентичность. Таким образом, эти выражения можно использовать при определении номинала компенсационного термонезависимого резистора Rш при его подключении в любое плечо мостовой схемы.Comparing expressions (7) and (8), their identity is visible. Thus, these expressions can be used to determine the value of the compensation thermally independent resistor R W when it is connected to any arm of the bridge circuit.

Выбрав плечо установки термонезависимого компенсационного резистора и определив его номинал путем решения квадратного уравнения (8), устанавливают полученный резистор Rш в выбранное плечо и определяют его ТКС для одной из точек температур (например, плюсовую температуру) в соответствии с формулой (5).Having chosen the arm of installation of a thermally independent compensation resistor and determined its value by solving the quadratic equation (8), the obtained resistor R w is installed in the selected arm and its TCS is determined for one of the temperature points (for example, plus temperature) in accordance with formula (5).

Тогда, зная ТКСы всех плеч мостовой цепи, можно произвести компенсацию аддитивной температурной погрешности в соответствии с прототипом путем включения термозависимого компенсационного резистора Rβ в определенное плечо мостовой цепи последовательно с рабочим тензорезистором. При этом расчет номинала термозависимого компенсационного резистора произведем по формуле (3) для той же точки температур, для которой был определен ТКС плеча подключения термонезависимого резистора Rш. Это стало возможным в связи с тем, что после установки расчетного значения термонезависимого резистора Rш в определенное плечо была скомпенсирована нелинейность температурной характеристики начального уровня выходного сигнала датчика, то есть во всех точках температур рабочего диапазона ТКС мостовой цепи станет величиной постоянной.Then, knowing the TCSs of all the shoulders of the bridge circuit, it is possible to compensate the additive temperature error in accordance with the prototype by incorporating a temperature-dependent compensation resistor R β into a specific shoulder of the bridge circuit in series with the working strain gauge. In this case, the calculation of the value of the thermally dependent compensation resistor will be performed according to formula (3) for the same temperature point for which the TCS of the arm of the connection of the thermally independent resistor R w This became possible due to the fact that after installing the calculated value of the thermally independent resistor R W in a certain arm, the non-linearity of the temperature characteristic of the initial level of the sensor output signal was compensated, that is, at all temperature points of the operating range of the TCS of the bridge circuit it will become a constant value.

Для подтверждения правильности приведенных рассуждений и аналитических выражений произведем расчет по приведенной методике компенсационных резисторов Rш и Rβ для ранее приведенного примера и произведем оценку точности компенсации.To confirm the correctness of the above reasoning and analytical expressions, we will calculate according to the above methodology of compensation resistors R W and R β for the previously given example and evaluate the accuracy of compensation.

ПримерExample

Исходные данные в соответствии с предыдущим примером. Расчет будем проводить для двух вариантов подключения термонезависимого компенсационного резистора Rш, либо в плечо мостовой цепи R1, либо R2.Source data in accordance with the previous example. The calculation will be carried out for two options for connecting a thermally independent compensation resistor R W , or in the shoulder of the bridge circuit R 1 or R 2 .

РешениеDecision

1. Вариант подключения резистора Rш в плечо R2 1. The option of connecting the resistor R W in the shoulder R 2

На первом этапе компенсации, с целью исключения нелинейности температурной характеристики начального уровня выходного сигнала, определим плечо подключения и номинал термонезависимого компенсационного резистора Rш.At the first stage of compensation, in order to eliminate the non-linearity of the temperature characteristic of the initial level of the output signal, we determine the connection arm and the nominal value of the thermally independent compensation resistor R w .

В связи с тем что αr<0 и

Figure 00000026
- резистор Rш подключаем в плечо R2.Due to the fact that α r <0 and
Figure 00000026
- resistor R w connect in the shoulder R 2 .

Номинал резистора Rш рассчитаем по формуле (8)The value of the resistor R W calculate by the formula (8)

Figure 00000052
Figure 00000052

Произведя несложные математические преобразования, получим квадратное уравнениеAfter making simple mathematical transformations, we obtain the quadratic equation

Figure 00000053
Figure 00000053

Корнем этого уравнения будет номинал Rш=22956,55 Ом.The root of this equation will be the nominal value of R W = 22956.55 Ohms.

Произведем расчет эквивалентного ТКС плеча R2 после подключения параллельно ему резистора Rш по формуле (5):We will calculate the equivalent TKS of the shoulder R 2 after connecting a resistor R w parallel to it according to the formula (5):

- для температуры +100°С- for temperature + 100 ° С

Figure 00000054
;
Figure 00000054
;

- для температуры -100°С- for temperature -100 ° С

Figure 00000055
Figure 00000055

ТКСы мостовой цепи при различных значениях температур будут:TCS bridge circuit at different temperatures will be:

- для температуры +100°С- for temperature + 100 ° С

Figure 00000056
;
Figure 00000056
;

- для температуры -100°С- for temperature -100 ° С

Figure 00000057
Figure 00000057

Откуда видно, что после параллельного подключения к плечу R2 термонезависимого резистора Rш ТКС мостовой цепи αr стал не зависеть от температуры, то есть нелинейность температурной характеристики начального выходного сигнала полностью скомпенсировалась. При этом дальнейшую компенсацию аддитивной температурной погрешности можно производить в соответствии с прототипом без учета нелинейности температурной характеристики.It can be seen that after a parallel connection to the shoulder R 2 of a thermally independent resistor R w TCS of the bridge circuit α r became independent of temperature, that is, the non-linearity of the temperature characteristic of the initial output signal was completely compensated. In this case, further compensation of the additive temperature error can be made in accordance with the prototype without taking into account the non-linearity of the temperature characteristic.

Так как ТКС мостовой цепи отрицателен, то для компенсации аддитивной температурной погрешности термозависимый резистор Rβ необходимо подключать последовательно тензорезистору R1 и расчет вести по формуле (3):Since the TCS of the bridge circuit is negative, to compensate for the additive temperature error, the thermally dependent resistor R β must be connected in series to the strain gauge R 1 and the calculation should be carried out according to the formula (3):

Figure 00000058
.
Figure 00000058
.

После установки расчетного значения компенсационных резисторов Rβ и Rш необходимо произвести балансировку мостовой цепи известными способами без изменения ТКС балансируемого плеча.After setting the calculated value of the compensation resistors R β and R W it is necessary to balance the bridge circuit by known methods without changing the TCS of the balanced arm.

Для оценки точности компенсации аддитивной температурной погрешности необходимо определить эквивалентный ТКС плеча R1 после подключения к нему последовательно термозависимого резистора Rβ по формуле (4):To assess the accuracy of compensating the additive temperature error, it is necessary to determine the equivalent TCS of the arm R 1 after connecting a thermally dependent resistor R β to it in series according to formula (4):

- для температуры +100°С- for temperature + 100 ° С

Figure 00000059
Figure 00000059

- для температуры -100°С- for temperature -100 ° С

Figure 00000060
Figure 00000060

Аддитивная температурная чувствительность датчика после компенсации может быть определена по формуле (1):The additive temperature sensitivity of the sensor after compensation can be determined by the formula (1):

- для температуры +100°С- for temperature + 100 ° С

Figure 00000061
Figure 00000061

- для температуры -100°С- for temperature -100 ° С

Figure 00000062
Figure 00000062

2. Вариант подключения резистора Rш в плечо R1 2. The option of connecting a resistor R W in the shoulder R 1

Для проверки оценки точности компенсации аддитивной температурной погрешности при включении термонезависимого компенсационного резистора Rш в одно и тоже плечо, что и включение термозависимого компенсационного резистора Rβ (плечо R1), проведем расчет ранее принятого примера, но при условии, когда

Figure 00000063
. Тогда отличительными исходными условиями задачи будут являться следующие:To check the assessment of the accuracy of compensation of the additive temperature error when the thermally independent compensation resistor R w is turned on in the same arm as the inclusion of the thermally dependent compensation resistor R β (shoulder R 1 ), we will calculate the previously adopted example, but provided that when
Figure 00000063
. Then the distinctive initial conditions of the problem will be the following:

- ТКС мостовой цепи при плюсовой температуре

Figure 00000064
;- TCS bridge circuit at positive temperature
Figure 00000064
;

- ТКС мостовой цепи при минусовой температуре

Figure 00000065
;- TCS bridge circuit at sub-zero temperatures
Figure 00000065
;

- ТКС тензорезистора R1 при плюсовой температуре

Figure 00000066
- TKS strain gage R 1 at positive temperature
Figure 00000066

- ТКС тензорезистора R1 при минусовой температуре

Figure 00000067
- TKS strain gage R 1 at subzero temperature
Figure 00000067

Для выбранных условий компенсацию нелинейности температурной характеристики начального выходного сигнала необходимо производить путем подключения термонезависимого резистора Rш параллельно рабочему тензорезистору R1. Тогда величину резистора Rш можно определить по выражению (8):For the selected conditions, the non-linearity of the temperature characteristics of the initial output signal must be compensated by connecting a thermally independent resistor R w in parallel with the working strain gauge R 1 . Then the value of the resistor R W can be determined by the expression (8):

Figure 00000068
.
Figure 00000068
.

Решением данного уравнения является Rш=20068 Ом.The solution to this equation is R W = 20068 Ohms.

Эквивалентный ТКС плеча R1 после подключения параллельно ему расчетного значения Rш согласно (5), будет:The equivalent TCS of the shoulder R 1 after connecting in parallel to it the calculated value of R W according to (5), will be:

- для температуры +100°С- for temperature + 100 ° С

Figure 00000069
;
Figure 00000069
;

- для температуры -100°С- for temperature -100 ° С

Figure 00000070
.
Figure 00000070
.

ТКС мостовой цепи после установки термонезависимого резистора Rш при различных температурах будут:TCS bridge circuit after installing a thermally independent resistor R W at different temperatures will be:

- для температуры +100°С- for temperature + 100 ° С

Figure 00000071
;
Figure 00000071
;

- для температуры -100°С- for temperature -100 ° С

Figure 00000072
.
Figure 00000072
.

Откуда видно, что после установки термонезависимого резистора Rш ТКСы мостовой цепи при разных значениях температуры остаются постоянными, то есть нелинейность температурной характеристики полностью скомпенсировалась. Окончательную компенсацию аддитивной температурной погрешности полученной схемы произведем в соответствии с прототипом без учета нелинейности температурной характеристики. Произведем компенсацию аддитивной температурной погрешности путем включения термозависимого резистора Rβ последовательно с рабочим тензорезистором R1, зашунтированным термонезависимым резистором Rш.It can be seen that after the installation of a thermally independent resistor R W, the TCSs of the bridge circuit remain constant at different temperatures, that is, the non-linearity of the temperature characteristic is completely compensated. The final compensation of the additive temperature error of the obtained circuit will be made in accordance with the prototype without taking into account the non-linearity of the temperature characteristic. We compensate the additive temperature error by turning on the thermally dependent resistor R β in series with the working strain gauge R 1 , shunted by a thermally independent resistor R W

Перед определением термозависимого компенсационного резистора необходимо определить номинал плеча Roбщ1 после подключения термонезависимого резистора Rш.Before determining a thermally dependent compensation resistor, it is necessary to determine the nominal value of the arm R total1 after connecting a thermally independent resistor R W

Figure 00000073
.
Figure 00000073
.

Расчет номинала резистора Rβ произведем по формуле (3)The calculation of the value of the resistor R β will produce by the formula (3)

Figure 00000074
.
Figure 00000074
.

После установки расчетного значения компенсационных резисторов Rβ и Rш необходимо произвести балансировку мостовой цепи известными способами без изменения ТКС балансируемого плеча.After setting the calculated value of the compensation resistors R β and R W it is necessary to balance the bridge circuit by known methods without changing the TCS of the balanced arm.

Для оценки точности компенсации аддитивной температурной погрешности необходимо определить эквивалентный ТКС плеча Rобщ1 после подключения к нему последовательно термозависимого резистора Rβ. А так как ТКС плеча Rобщ1 не зависит от температуры, то ТКС его после подключения термозависимого резистора также не будет зависеть от температуры и может быть определен для одной из точек температур, например +100°С, по формуле (4):To assess the accuracy of compensation of the additive temperature error, it is necessary to determine the equivalent TCS of the arm R total1 after connecting a thermally dependent resistor R β to it in series. And since the TCS of the arm R total1 does not depend on temperature, then its TCS after connecting a thermally dependent resistor will also not depend on temperature and can be determined for one of the temperature points, for example + 100 ° С, according to formula (4):

Figure 00000075
Figure 00000075

В данном случае аддитивная температурная чувствительность не будет зависеть от температуры, как это было в первом случае, когда термонезависимый резистор Rш подключался в плечо R2, а термозависимый резистор Rβ подключался в плечо R1. Аддитивная температурная чувствительность может быть определена по формуле (1):In this case, the additive temperature sensitivity will not depend on temperature, as it was in the first case, when the thermally independent resistor R w was connected to the arm R 2 , and the thermally dependent resistor R β was connected to the arm R 1 . Additive temperature sensitivity can be determined by the formula (1):

Figure 00000076
Figure 00000076

Использование варианта компенсации с установкой обоих компенсационных элементов в одно плечо мостовой цепи является более предпочтительным, так как позволяет на несколько порядков увеличить точность компенсации аддитивной температурной погрешности с учетом ее нелинейности во всем диапазоне рабочих температур. Таким образом, предложенный способ компенсации аддитивной температурной погрешности позволяет осуществлять ее компенсацию даже при наличии нелинейности температурной характеристики.The use of the compensation option with the installation of both compensation elements in one shoulder of the bridge circuit is more preferable, since it allows increasing the accuracy of compensation of the additive temperature error by several orders of magnitude, taking into account its nonlinearity in the entire range of operating temperatures. Thus, the proposed method for compensating the additive temperature error allows its compensation even in the presence of non-linear temperature characteristics.

Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что метод компенсации аддитивной температурной погрешности, изложенный в прототипе, хотя и позволяет значительно уменьшить эту погрешность (Sot уменьшилась с 66,7·10-4 1/°C до 6,05·10-6 1/°C), однако применим только в случаях с линейной температурной характеристикой мостовой схемы. В реальных условиях вследствие наличия нелинейности температурной характеристики некомпенсация может достигать недопустимой величины (Sot=1,98·10-4 1/°С). Предлагаемый метод позволяет минимизировать эту погрешность и обеспечить требуемую точность компенсации.Analysis of the results allows us to conclude that the method of compensating the additive temperature error described in the prototype, although it can significantly reduce this error (S ot decreased from 66.7 · 10 -4 1 / ° C to 6.05 · 10 - 6 1 / ° C), however, it is applicable only in cases with a linear temperature characteristic of the bridge circuit. In real conditions, due to the non-linearity of the temperature characteristic, non-compensation can reach an unacceptable value (S ot = 1.98 · 10 -4 1 / ° С). The proposed method allows to minimize this error and to provide the required accuracy of compensation.

Claims (1)

Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики начального разбаланса датчика, заключающийся в предварительной балансировке мостовой цепи, определении температурных коэффициентов сопротивления (ТКС) всех плеч мостовой цепи с учетом введения балансировочного резистора, определении плеча установки и расчете термозависимого резистора Rβ для компенсации аддитивной температурной погрешности, установке его в определенное плечо мостовой схемы последовательно с рабочим тензорезистором, с последующей балансировкой без изменения ТКС балансируемого плеча, отличающийся тем, что перед определением плеча установки и расчетом термозависимого резистора Rβ в мостовую измерительную цепь дополнительно вводят термонезависимый резистор Rш, подключаемый в определенное плечо параллельно рабочему тензорезистору и предназначенный для компенсации нелинейности температурной характеристики начального разбаланса датчика, для чего определяют ТКС всех плеч мостовой цепи
Figure 00000077
,
Figure 00000078
,
Figure 00000079
,
Figure 00000080
для двух температурных диапазонов, ΔТ+=Т+-Т0 и ΔТ-=Т--Т0, где Т0, Т+, Т- - соответственно нормальная температура и крайние точки температур рабочего температурного диапазона датчика, рассчитывают ТКС мостовой цепи для крайних значений температурного диапазона датчика
Figure 00000081
и
Figure 00000082
в зависимости от знака и абсолютных значений ТКС мостовой цепи выбирают плечо установки термонезависимого резистора Rш:
при
Figure 00000083
и
Figure 00000084
- резистор Rш подключается в плечо R2 или R3;
при
Figure 00000083
и
Figure 00000085
- резистор Rш подключается в плечо R1 или R4;
при
Figure 00000086
и
Figure 00000087
- резистор Rш подключается в плечо R1 или R4;
при
Figure 00000086
и
Figure 00000088
- резистор Rш подключается в плечо R2 или R3,
рассчитывают номинал термонезависимого резистора Rш путем решения квадратного уравнения:
Figure 00000089

где
Figure 00000090
- изменение ТКС соответствующих плеч мостовой цепи в рабочем температурном диапазоне;
Δαп, Δαс1, Δαс2 - соответствующее изменение ТКС в рабочем температурном диапазоне противолежащего и смежных плеч мостовой цепи относительно плеча установки термонезависимого резистора Rш;
Ri и αi - соответственно номинал и ТКС плеча установки термонезависимого резистора Rш,
производят установку расчетного значения термонезависимого резистора Rш в определенное ранее плечо мостовой цепи и осуществляют промежуточную балансировку датчика без изменения ТКС балансируемого плеча, определяют ТКС всех плеч мостовой цепи с учетом включения термонезависимого резистора Rш в любом из двух температурных диапазонов и в дальнейшем производят операции по компенсации аддитивной температурной погрешности. A method for tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit by additive temperature error taking into account the non-linearity of the temperature characteristic of the initial sensor unbalance, which consists in pre-balancing the bridge circuit, determining the temperature coefficients of resistance (TCS) of all arms of the bridge circuit, taking into account the introduction of a balancing resistor, determining the arm of the installation and calculating temperature-dependent resistor R β to compensate for the additive temperature error, installing it in the definition the leg of the bridge circuit in series with the working strain gauge, followed by balancing without changing the TCS of the balanced arm, characterized in that before determining the arm of the installation and calculating the thermally dependent resistor R β, a thermally independent resistor R w is additionally introduced into the bridge measuring circuit, connected to the specified arm parallel to the working strain gauge and designed to compensate for the non-linearity of the temperature characteristic of the initial imbalance of the sensor, for which the TCS of all bridge arms is determined oh chain
Figure 00000077
,
Figure 00000078
,
Figure 00000079
,
Figure 00000080
for two temperature ranges, ΔТ + = Т + -Т 0 and ΔТ - = Т - -Т 0 , where Т 0 , Т + , Т - are the normal temperature and extreme temperature points of the sensor’s operating temperature range, the bridge circuit TCS is calculated for extreme values of the temperature range of the sensor
Figure 00000081
and
Figure 00000082
depending on the sign and the absolute values of the TCS of the bridge circuit, the arm of the installation of a thermally independent resistor R W is chosen:
at
Figure 00000083
and
Figure 00000084
- the resistor R W is connected to the shoulder R 2 or R 3 ;
at
Figure 00000083
and
Figure 00000085
- the resistor R W is connected to the shoulder R 1 or R 4 ;
at
Figure 00000086
and
Figure 00000087
- the resistor R W is connected to the shoulder R 1 or R 4 ;
at
Figure 00000086
and
Figure 00000088
- the resistor R W is connected to the shoulder R 2 or R 3 ,
calculate the value of the thermally independent resistor R W by solving the quadratic equation:
Figure 00000089

Where
Figure 00000090
- a change in the TCS of the corresponding shoulders of the bridge circuit in the operating temperature range;
Δα p , Δα c1 , Δα c2 - the corresponding change in the TCS in the operating temperature range of the opposite and adjacent arms of the bridge circuit relative to the arm of the installation of a thermally independent resistor R W ;
R i and α i respectively the nominal value and the TCS of the arm of the installation of a thermally independent resistor R W ,
the calculated value of the thermally independent resistor R w is installed in the previously defined shoulder of the bridge circuit and the sensor is intermediate balanced without changing the TCS of the balanced arm, the TCS of all shoulders of the bridge circuit is determined taking into account the inclusion of the thermally independent resistor R w in any of two temperature ranges, and subsequently perform operations on compensation of additive temperature error.
RU2009140279/28A 2009-10-30 2009-10-30 Adjustment of resistive-strain metal-film sensors with bridge metering circuit by additive temperature error with consideration of non-linear temperature characteristic of sensor initial unbalance RU2406970C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009140279/28A RU2406970C1 (en) 2009-10-30 2009-10-30 Adjustment of resistive-strain metal-film sensors with bridge metering circuit by additive temperature error with consideration of non-linear temperature characteristic of sensor initial unbalance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009140279/28A RU2406970C1 (en) 2009-10-30 2009-10-30 Adjustment of resistive-strain metal-film sensors with bridge metering circuit by additive temperature error with consideration of non-linear temperature characteristic of sensor initial unbalance

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2406970C1 true RU2406970C1 (en) 2010-12-20

Family

ID=44056705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009140279/28A RU2406970C1 (en) 2009-10-30 2009-10-30 Adjustment of resistive-strain metal-film sensors with bridge metering circuit by additive temperature error with consideration of non-linear temperature characteristic of sensor initial unbalance

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2406970C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2443973C1 (en) Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit based on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of temperature characteristic of sensor output signal
RU2444700C1 (en) Method to adjust strain gauges with bridge measuring circuit by multiplicative temperature error with account of non-linearity of temperature characteristic of gauge output signal
RU2450244C1 (en) Method of setting for strain gage resistors with bridge measurement circuit as per multiplicative temperature error with consideration of non-linear temperature response of output sensor signal
US20130253873A1 (en) Calibration of flowmeters
Rab et al. Comparison of Monte Carlo simulation, least square fitting and calibration factor methods for the evaluation of measurement uncertainty using direct pressure indicating devices
RU2408839C1 (en) Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic
RU2406970C1 (en) Adjustment of resistive-strain metal-film sensors with bridge metering circuit by additive temperature error with consideration of non-linear temperature characteristic of sensor initial unbalance
KR100909660B1 (en) Error compensator of sensor measurement circuit and its method
RU2571445C2 (en) Correction of voltage measurement at transducer terminals
RU2307317C1 (en) Method of adjusting strain gages
US20190072441A1 (en) Digital creep and drift correction
RU2307997C1 (en) Method of adjusting strain-gages
RU2408838C1 (en) Indirect method of adjusting tensoresistor metal-film sensors with bridge measurement circuit on additive temperature error taking into account nonlinearity of sensor initial offset temperature characteristic
KR102230397B1 (en) Displacement Estimating Method of a Structure based on Acceleration and Strain
RU2507475C1 (en) Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor
RU2528242C2 (en) Method to adjust resistance strain gauge sensors with bridge measurement circuit using multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of sensor output signal
RU2569924C1 (en) Indirect method to tune strain gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor
RU2267756C1 (en) Method of compensating additive temperature error of strain-gauges
RU2307998C1 (en) Method of adjusting strain-gages
RU2267755C1 (en) Method of minimizing additive temperature error of strain gauges
JP5098995B2 (en) Sensor characteristic correction device and material testing machine
RU2265802C1 (en) Method of adjusting resistance strain gauges with measuring bridge circuit for additive temperature error
RU2363928C1 (en) Indirect method of adjusting strain-gage metal-film transducers, incorporating bridge measuring circuit, with respect to additive temperature error
RU2506534C1 (en) Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor
RU2545089C2 (en) Indirect method to tune strain gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111031