RU2408839C1 - Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic - Google Patents
Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic Download PDFInfo
- Publication number
- RU2408839C1 RU2408839C1 RU2009141086/28A RU2009141086A RU2408839C1 RU 2408839 C1 RU2408839 C1 RU 2408839C1 RU 2009141086/28 A RU2009141086/28 A RU 2009141086/28A RU 2009141086 A RU2009141086 A RU 2009141086A RU 2408839 C1 RU2408839 C1 RU 2408839C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- bridge circuit
- input resistance
- circuit
- nonlinearity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.The invention relates to measuring equipment and can be used to configure strain gauge sensors with a bridge measuring circuit for a multiplicative temperature error.
Известен способ компенсации мультипликативной температурной погрешности мостовой схемы (см. «Проектирование датчиков для измерения механических величин» под редакцией Е.П.Осадчего, 1979 г.), заключающийся в установке в цепь питания мостовой измерительной схемы термозависимого компенсационного резистора Rα и термонезависимого резистора Rш, шунтирующего входное сопротивление мостовой цепи, и расчете их номиналов через физические характеристики элементов, входящих в состав датчика.A known method of compensating for the multiplicative temperature error of a bridge circuit (see "Designing sensors for measuring mechanical quantities" edited by E.P. Osadchy, 1979), which consists in installing a temperature-dependent compensation resistor R α and a thermally independent resistor R in the power supply circuit of the bridge measuring circuit w , shunting the input resistance of the bridge circuit, and calculating their ratings through the physical characteristics of the elements that make up the sensor.
Однако использование данного метода при настройке датчиков не учитывает нелинейность выходного сигнала датчика от температуры.However, the use of this method when configuring sensors does not take into account the non-linearity of the sensor output signal from temperature.
При этом дополнительная температурная погрешность от нелинейности выходного сигнала датчика от температуры достигает значительных величин.In this case, the additional temperature error from non-linearity of the sensor output signal from temperature reaches significant values.
Нелинейность выходного сигнала от температуры определяется тремя факторами:The non-linearity of the output signal from the temperature is determined by three factors:
- величиной температурного коэффициента сопротивления (ТКС) тензорезисторов и его нелинейностью от температуры;- the value of the temperature coefficient of resistance (TCS) of strain gauges and its non-linearity in temperature;
- величиной температурного коэффициента тензочувствительности (ТКЧ) тензорезисторов и его нелинейностью от температуры;- the value of the temperature coefficient of strain sensitivity (TCR) of strain gauges and its non-linearity in temperature;
- температурного коэффициента модуля упругости (ТКМУ) материала УЭ и его нелинейностью от температуры.- temperature coefficient of elastic modulus (TKMU) of the UE material and its non-linearity in temperature.
Т.о. в зависимости от их соотношения, нелинейность выходного сигнала датчика может иметь либо возрастающий, либо затухающий характер.T.O. depending on their ratio, the non-linearity of the sensor output signal can be either increasing or decaying.
Выражение для температурного коэффициента сопротивления (ТКС) тензорезисторов имеет вид [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин» В.А.Тихоненков, 2000 г.]:The expression for the temperature coefficient of resistance (TCS) of strain gauges has the form [see “Theory, calculation and design basics of sensors of mechanical quantities” V.A. Tikhonenkov, 2000]:
где 
В соответствии с выражением (1) ТКС тензорезистора имеет затухающий характер, то есть с ростом температуры будет уменьшаться, так как его ТКЛР для конструкционных материалов всегда имеет положительное значение.In accordance with expression (1), the TCS of the strain gage has a decaying character, that is, it will decrease with increasing temperature, since its TEC for structural materials always has a positive value.
Выражение для температурного коэффициента тензочувствительности (ТКЧ) тензорезистора имеет вид [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин» В.А.Тихоненков, 2000 г.]:The expression for the temperature coefficient of strain sensitivity (TCR) of the strain gauge has the form [see “Theory, calculation and design basics of sensors of mechanical quantities” V.A. Tikhonenkov, 2000]:
где 
Сv - теплоемкость материала тензорезистора.With v is the heat capacity of the material of the strain gauge.
В соответствии с выражением (2) ТКЧ тензорезистора будет иметь возрастающий характер, то есть с ростом температуры будет увеличиваться, однако, тензорезисторы, собранные в мостовую цепь, могут привести как к возрастанию, так и уменьшению ТКЧ мостовой цепи, в зависимости от плеча установки.In accordance with expression (2), the TFC of the strain gauge will have an increasing character, i.e., it will increase with increasing temperature, however, the strain gauges assembled in the bridge circuit can lead to both an increase and decrease in the TFC of the bridge circuit, depending on the arm of the installation.
Выражение для мультипликативной температурной чувствительности имеет вид [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин» В.А.Тихоненков, 2000 г.]:The expression for the multiplicative temperature sensitivity has the form [see “Theory, calculation and design basics of sensors of mechanical quantities” V.A. Tikhonenkov, 2000]:
где ηэ - температурный коэффициент модуля упругости (ТКМУ) материала УЭ;where η e is the temperature coefficient of elastic modulus (TCMU) of the RE material;
α∂ - температурный коэффициент тензочувствительности (ТКЧ) тензорезисторов.α ∂ - temperature coefficient of strain sensitivity (TCR) of strain gauges.
Для всех конструкционных материалов ТКМУ имеет отрицательное значение и убывающий характер с ростом температуры, что в соответствии с выражением (3) приводит к уменьшению мультипликативной погрешности с ростом температуры.For all structural materials, TCMU has a negative value and a decreasing character with increasing temperature, which, in accordance with expression (3), leads to a decrease in the multiplicative error with increasing temperature.
Обозначив выражение (3) через ТКЧ тензорезисторов α∂, с учетом сопротивления измерительной цепи питания (внутреннего сопротивления источника питания и дополнительного резистора, используемого для подгонки чувствительности мостовой цепи), выходные сигналы при работе датчика в режиме холостого хода (сопротивление нагрузки более 500 кОм) без воздействия и при воздействии температуры будут иметь вид [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин» В.А.Тихоненков, 2000 г.]:Denoting expression (3) by a current-protective coefficient of strain gauges α ∂ , taking into account the resistance of the measuring power circuit (internal resistance of the power supply and an additional resistor used to adjust the sensitivity of the bridge circuit), the output signals when the sensor is in idle mode (load resistance more than 500 kOhm) without exposure and when exposed to temperature will have the form [see “Theory, calculation and design basics of sensors of mechanical quantities” V.A. Tikhonenkov, 2000]:
где Е - ЭДС источника питания;where E is the EMF of the power source;
Rвx - входное сопротивление мостовой цепи;R in - input impedance of the bridge circuit;
αr - TKC входного сопротивления мостовой цепи.α r - TKC of the input resistance of the bridge circuit.
Анализ выражения (5) показывает, что использование мостовой измерительной цепи также приводит к появлению дополнительной нелинейности выходного сигнала от температуры при наличии зависимости от температуры ТКС входного сопротивления мостовой цепи и ТКЧ тензорезисторов:An analysis of expression (5) shows that the use of a bridge measuring circuit also leads to the appearance of an additional nonlinearity of the output signal as a function of temperature when there is a temperature dependence of the input resistance of the bridge circuit and the TFC of the strain gauges:
- при уменьшении αr с ростом температуры выходной сигнал будет иметь затухающий характер;- with decreasing α r with increasing temperature, the output signal will have a fading character;
- при увеличении α∂ с ростом температуры выходной сигнал датчика будет иметь возрастающий характер;- with increasing α ∂ with increasing temperature, the output signal of the sensor will have an increasing character;
- при уменьшении α∂ с ростом температуры выходной сигнал датчика будет иметь затухающий характер.- with decreasing α ∂ with increasing temperature, the output signal of the sensor will have a fading character.
Таким образом, если αr и α∂ имеют одинаковый характер изменения от температуры (убывающий), то датчик будет иметь убывающий характер выходного сигнала при изменении температуры (отрицательная нелинейность), а при влиянии αr меньше влияния α∂, когда последний будет иметь возрастающий характер от температуры, то датчик будет иметь возрастающий характер выходного сигнала при изменении температуры (положительная нелинейность).Thus, if α r and α ∂ have the same character of change in temperature (decreasing), then the sensor will have a decreasing character of the output signal when the temperature changes (negative non-linearity), and when α r is affected, it is less than the effect of α ∂ , when the latter will have increasing nature of the temperature, the sensor will have an increasing nature of the output signal when the temperature changes (positive non-linearity).
Проведенный анализ показывает, что нелинейность выходного сигнала датчика при изменении температуры объясняется изменением общего температурного коэффициента тензочувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α∂o при изменении температуры. Изменение общего ТКЧ мостовой цепи определяется как изменением ТКС входного сопротивления от температуры αr, так и изменением температурного коэффициента тензочувствительности (ТКЧ) тензорезисторов α∂. Аналитическое выражение для расчета общего ТКЧ мостовой цепи может быть определено из выражения [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин» В.А.Тихоненков, 2000 г.]:The analysis shows that the non-linearity of the sensor output signal when the temperature changes is explained by the change in the total temperature coefficient of strain sensitivity (TCR) of the bridge circuit α ∂o with temperature. The change in the total DC current factor of the bridge circuit is determined by both the change in the input current transformer resistance from the temperature α r and the temperature coefficient of the strain sensitivity (TSC) of the strain gauges α ∂ . The analytical expression for calculating the total DC link bridge circuit can be determined from the expression [see “Theory, calculation and design basics of sensors of mechanical quantities” V.A. Tikhonenkov, 2000]:
Подставляя в уравнение (6) выражения (4) и (5) и произведя несложные математические преобразования, получим:Substituting expressions (4) and (5) into equation (6) and making simple mathematical transformations, we obtain:
Выражение (7) позволяет количественно оценить области существования нелинейности общего ТКЧ мостовой цепи, т.е. определить знак нелинейности выходного сигнала при изменении температуры от соотношения αr и α∂. Так как нелинейность ТКС входного сопротивления мостовой цепи от температуры Δαr и нелинейность ТКЧ мостовой цепи от температуры Δα∂o имеют один и тот же порядок, то можно принять, что изменение α∂о при изменении температуры 
Для оценки влияния нелинейности ТКЧ тензорезисторов на температурную погрешность рассмотрим пример компенсации мультипликативной температурной погрешности в соответствии с прототипом и определим полученную температурную чувствительность после компенсации от наличия нелинейности ТКЧ мостовой цепи.To assess the influence of the non-linearity of the TCD strain gages on the temperature error, we consider an example of compensation of the multiplicative temperature error in accordance with the prototype and determine the obtained temperature sensitivity after compensation from the presence of non-linearity of the TCD bridge circuit.
ПримерExample
Определить температурные чувствительности в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика с равноплечей мостовой измерительной цепью, у которого:Determine the temperature sensitivities at the extreme values of the temperature range of operation of the sensor with an equal-arm bridge measuring circuit, in which:
- сопротивления тензорезисторов R1=R2=R3=R4=1000 Ом;- resistance of strain gages R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 1000 Ohms;
- сопротивления термозависимого резистора Rα=500 Ом (заведомо большее, чем необходимо для компенсации мультипликативной температурной погрешности);- resistance of a temperature-dependent resistor R α = 500 Ohms (obviously greater than necessary to compensate for the multiplicative temperature error);
- ТКС входного сопротивления мостовой цепи в крайних значениях температурного диапазона соответственно равны αr +=1·10-3 1/°С, αr -=1.01·10-3 1/°С;- TCS of the input resistance of the bridge circuit in the extreme values of the temperature range are respectively α r + = 1 · 10 -3 1 / ° С, α r - = 1.01 · 10 -3 1 / ° С;
- ТКЧ тензорезисторов в крайних значениях температурного диапазона соответственно равны α∂ +=1·10-3 1/°С, α∂ -=1.01·10-3 1/°С;- TFC of strain gauges in extreme values of the temperature range are respectively equal to α ∂ + = 1 · 10 -3 1 / ° С, α ∂ - = 1.01 · 10 -3 1 / ° С;
- ТКС термозависимого компенсационного резистора Rα не зависит от температуры и равен α=4·10-3 1/°С;- TCS of the thermally dependent compensation resistor R α is temperature independent and is equal to α = 4 · 10 -3 1 / ° С;
- суммарное относительное изменение сопротивления тензорезисторов при номинальном значении измеряемого параметра 
- температурный диапазон эксплуатации датчика 20±100°C;- temperature range of operation of the
- напряжение питания мостовой цепи UП=10 В.- supply voltage of the bridge circuit U P = 10 V.
РешениеDecision
Определим в соответствии с прототипом номинал компенсационного резистора Rш при заданном Rα, выразив его из формулы (см. «Проектирование датчиков для измерения механических величин» под редакцией Е.П.Осадчего, 1979 г.)Define in accordance with the prototype the nominal value of the compensation resistor R W for a given R α , expressing it from the formula (see. "Designing sensors for measuring mechanical quantities" edited by EP Osadchy, 1979)
Для определения температурных чувствительностей в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика рассчитаем в соответствии с (4) и (5) девиации выходных сигналов при нормальной температуре 20°С и температур Δt+=+100°C и Δt-=-100°C.To determine the temperature sensitivities in the extreme values of the temperature range of operation of the sensor, we calculate in accordance with (4) and (5) the deviation of the output signals at a normal temperature of 20 ° C and temperatures Δt + = + 100 ° C and Δt - = -100 ° C.
Общее входное сопротивление мостовой цепи при использовании шунтирующего резистора составляет:The total input resistance of the bridge circuit when using a shunt resistor is:
ТКС общего входного сопротивления мостовой цепи может быть определенTCS total input resistance of the bridge circuit can be determined
по формуле [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин» В.А.Тихоненков, 2000 г.]:according to the formula [see “Theory, calculation and design basics of sensors of mechanical quantities” V.A. Tikhonenkov, 2000]:
Тогда температурные чувствительности в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин» В.А.Тихоненков, 2000 г.]Then the temperature sensitivities in the extreme values of the temperature range of operation of the sensor [see “Theory, Calculation and Fundamentals of Designing Sensors of Mechanical Quantities” V.A. Tikhonenkov, 2000]
Результаты расчета показывают, что способ компенсации мультипликативной погрешности, приведенный в прототипе, дает высокую степень компенсации только в температурном диапазоне, для которого производился расчет компенсационной цепочки Rα, Rш (находится в пределах ± 1·10-4 1/°С). При наличии нелинейности ТКЧ мостовой цепи, что характерно для всех видов тензорезисторов, температурная чувствительность в другой крайней точке температурного диапазона в 2 раза превышает допустимое значение.The calculation results show that the method of compensating for the multiplicative error given in the prototype gives a high degree of compensation only in the temperature range for which the compensation chain R α , R W was calculated (within ± 1 · 10 -4 1 / ° С). In the presence of non-linearity of the DC circuit of the bridge circuit, which is typical for all types of strain gages, the temperature sensitivity at the other extreme point of the temperature range is 2 times higher than the permissible value.
Для рассмотрения влияния нелинейности общего ТКЧ мостовой цепи на дополнительные температурные погрешности необходимо оценить изменение α∂o от параметров αr и α∂ и их изменения от температуры. Для этого необходимо определить изменение α∂о с учетом знака из выражения (7) при учете изменения параметров αr и α∂ при крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика по формуле:To consider the influence of the nonlinearity of the overall DC coupler of the bridge circuit on additional temperature errors, it is necessary to evaluate the change in α ∂o from the parameters α r and α ∂ and their changes in temperature. To do this, it is necessary to determine the change in α ∂о taking into account the sign from expression (7), taking into account the change in the parameters α r and α ∂ at extreme values of the temperature range of operation of the sensor according to the formula:
где α+ ∂ и α+ r - соответственно ТКЧ тензорезисторов и ТКС входного сопротивления датчика при крайней положительной температуре t+;where α + ∂ and α + r are, respectively, the TFC of the strain gages and the TCS of the sensor input resistance at an extremely positive temperature t + ;
α- ∂ и α- r - соответственно ТКЧ тензорезисторов и ТКС входного сопротивления датчика при крайней отрицательной температуре t-.α - ∂ and α - r - respectively TKH of strain gages and TKS of the sensor input resistance at extreme negative temperature t - .
Так как αr имеет затухающий характер с ростом температуры, то примем α+ r=αr, а α- r=αr+Δαr, где Δαr - нелинейность ТКС входного сопротивления от температуры. Так как α∂ имеет как возрастающий, так и убывающий характер с ростом температуры, то для случая когда α∂ имеет возрастающий характер примем α- ∂=α∂, а α+ ∂=α∂+Δα∂, где Δα∂ - нелинейность ТКЧ тензорезисторов от температуры, а для случая когда α∂ имеет убывающий характер - α+ ∂=α∂, а α- ∂=α∂+Δα∂. Примем крайние значения рабочего температурного диапазона t+=120°C, а t-=-80°C (пределы изменения температуры Δt+=+100°C и Δt-=-100°C), тогда, изменяя значения всех параметров, входящих в последнее выражение, можно определить области существования общей нелинейности ТКЧ мостовой цепи при изменении температуры.Since α r has a decaying character with increasing temperature, we take α + r = α r , and α - r = α r + Δα r , where Δα r is the nonlinearity of the TCS input resistance versus temperature. Since α ∂ has both increasing and decreasing character with increasing temperature, for the case when α ∂ has an increasing character, we take α - ∂ = α ∂ , and α + ∂ = α ∂ + Δα ∂ , where Δα ∂ is the TFC nonlinearity strain gauges against temperature, and for the case when α ∂ has a decreasing character - α + ∂ = α ∂ , and α - ∂ = α ∂ + Δα ∂ . We take the extreme values of the operating temperature range t + = 120 ° C, and t - = -80 ° C (the limits of temperature change are Δt + = + 100 ° C and Δt - = -100 ° C), then, changing the values of all parameters included in the last expression, it is possible to determine the region of existence of the general nonlinearity of the DC-link circuit of a bridge circuit with temperature.
В связи с тем, что с целью обеспечения возможности подгонки чувствительности датчика к номинальному значению, в процессе изготовления его чувствительность выполняют на (10-15)% выше номинального значения, а подгонку чувствительности осуществляют включением в цепь питания добавочного резистора, номинал которого находится в пределах 50-200 Ом. Поэтому при расчете примем резистор Ri=100 Ом. Определим влияние αr и α∂ при Rвx=1000 Ом на общую нелинейность ТКЧ мостовой цепи при изменении температуры в диапазонах их воспроизводимых характеристик в процессе изготовления.Due to the fact that in order to ensure the possibility of adjusting the sensitivity of the sensor to the nominal value, in the manufacturing process its sensitivity is performed (10-15)% higher than the nominal value, and the sensitivity is adjusted by including an additional resistor in the power circuit, the nominal value of which is within 50-200 ohms. Therefore, in the calculation we take the resistor R i = 100 Ohms. Let us determine the effect of α r and α ∂ at R vx = 1000 Ohms on the general nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit with a change in temperature in the ranges of their reproducible characteristics during the manufacturing process.
На фиг.1 показаны зависимости общей нелинейности ТКЧ мостовой цепи от ТКЧ тензорезисторов при пяти значениях ТКС входного сопротивления мостовой цепи αr=(1, 3, 5, 8, 10)×10-4 1/°С, в соответствии с выражением (8). При этом каждому значению ТКС мостовой цепи соответствует четыре реализации, каждая из которых соответствует одному из значений Δα∂=(-5; 0; 3; 5)×10-6 1/°С. Все реализации представляют собой прямые линии, которые располагаются слева направо по мере возрастания значений Δα∂.Figure 1 shows the dependences of the general nonlinearity of the DC coupler of the bridge circuit from the DC coupler of strain gauges for five TCS values of the input resistance of the bridge circuit α r = (1, 3, 5, 8, 10) × 10 -4 1 / ° С, in accordance with the expression ( 8). In this case, each value of the TCS of the bridge circuit corresponds to four realizations, each of which corresponds to one of the values Δα ∂ = (- 5; 0; 3; 5) × 10 -6 1 / ° С. All implementations are straight lines that are arranged from left to right as Δα ∂ values increase.
Анализ полученных результатов показывает:An analysis of the results shows:
- с ростом ТКС входного сопротивления мостовой цепи общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи смещается в отрицательную сторону, то есть становится затухающей, несмотря на возрастающий характер нелинейности ТКЧ тензорезисторов;- with an increase in the TCS of the input resistance of the bridge circuit, the general non-linearity of the DC-link circuit of the bridge circuit shifts to the negative side, that is, it becomes damped, despite the increasing character of the non-linearity of the DC link of strain gauges;
- для α∂=1,0·10-4 1/°С общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи становится отрицательной во всем диапазоне изменения нелинейности ТКЧ тензорезисторов уже при значениях ТКС входного сопротивления мостовой цепи более αr=6·10-4 1/°С;- for α ∂ = 1.0 · 10 -4 1 / ° С, the general non-linearity of the TFC of the bridge circuit becomes negative in the entire range of non-linearity of the TFC of strain gauges even with the TCS of the input resistance of the bridge circuit more than α r = 6 · 10 -4 1 / ° FROM;
- общий ТКЧ мостовой цепи возрастает с ростом ТКС мостовой цепи и превышает ТКЧ тензорезисторов;- the total TFC of the bridge circuit increases with the growth of the TCS of the bridge circuit and exceeds the TCR of the strain gauges;
- при положительной общей нелинейности ТКЧ мостовой цепи значение нелинейности находится в пределах нелинейности ТКЧ тензорезисторов, а при отрицательной - может превышать нелинейность ТКЧ тензорезисторов в несколько раз, то есть с ростом ТКС входного сопротивления мостовая цепь производит дополнительную раскомпенсацию ТКЧ тензорезисторов;- with a positive general non-linearity of the TFC of the bridge circuit, the non-linearity is within the non-linearity of the TFC of the strain gauges, and with a negative one it can exceed the non-linearity of the TFC of the strain gauges by several times, that is, with the increase of the TCS of the input resistance, the bridge circuit additionally uncompensates the TFC of the strain gauges;
- при убывающем характере ТКЧ тензорезисторов общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи всегда отрицательна, то есть с ростом температуры ТКЧ мостовой цепи будет иметь затухающий характер.- with the decreasing nature of the TFC of the strain gauges, the general nonlinearity of the TFC of the bridge circuit is always negative, that is, with increasing temperature, the TFC of the bridge circuit will have a damped character.
- с ростом ТКЧ тензорезисторов общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи смещается в положительную сторону, то есть ТКЧ мостовой цепи становится более возрастающей;- with the growth of the TFC of the strain gauges, the general nonlinearity of the TFC of the bridge circuit shifts to the positive side, that is, the TFC of the bridge circuit becomes more increasing;
- общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи с ростом ТКЧ тензорезисторов возрастает и, начиная с α∂ +=2,0·10-4 1/°С, превышает нелинейность ТКЧ тензорезисторов;- the general non-linearity of the TFC of the bridge circuit increases with the increase of the TFC of strain gauges and, starting from α ∂ + = 2.0 · 10 -4 1 / ° С, exceeds the non-linearity of the TFC of strain gauges;
- общий ТКЧ мостовой цепи (α+ ∂o) возрастает с ростом ТКЧ тензорезисторов, но не превышает его значения, то есть мостовая цепь сама частично компенсирует ТКЧ тензорезисторов.- the total TFC of the bridge circuit (α + ∂o ) increases with the growth of the TFC of the strain gauges, but does not exceed its value, that is, the bridge circuit itself partially compensates for the TFC of the strain gauges.
- при одновременном увеличении ТКС входного сопротивления мостовой цепи и ТКЧ тензорезисторов происходит взаимная компенсация их влияния на общую нелинейность ТКЧ мостовой цепи;- with a simultaneous increase in the TCS of the input resistance of the bridge circuit and the TFC of the strain gauges, there is a mutual compensation of their influence on the general nonlinearity of the TFC of the bridge circuit;
- ТКЧ тензорезисторов оказывает большее влияние на общую температурную нелинейность ТКЧ мостовой цепи, чем ТКС входного сопротивления и в результате при одинаковом возрастании αr и α∂ становится более положительной (возрастающей);- TFC of strain gauges has a greater effect on the overall temperature nonlinearity of the TFC of the bridge circuit than the TCR of the input resistance and as a result, with the same increase in α r and α ∂, it becomes more positive (increasing);
- если ТКС входного сопротивления мостовой цепи возрастает быстрее чем ТКЧ тензорезисторов, то температурная нелинейность ТКЧ мостовой цепи становится отрицательной, то есть будет иметь затухающую характеристику.- if the TCS of the input resistance of the bridge circuit increases faster than the TFC of the strain gauges, then the temperature nonlinearity of the TCC of the bridge circuit becomes negative, that is, it will have a damping characteristic.
В соответствии с рассмотренным примером существует две области общей нелинейности ТКЧ мостовой цепи:In accordance with the considered example, there are two areas of general nonlinearity of the DC coupler of a bridge circuit:
- положительная, определяемая возрастающей нелинейностью ТКЧ мостовой цепи α∂o=(0,0-10,0)×10-4 1/°С, компенсация которой возможна за счет увеличения нелинейности ТКС входного сопротивления мостовой цепи;- positive, determined by the increasing nonlinearity of the TCF of the bridge circuit α ∂o = (0.0-10.0) × 10 -4 1 / ° С, the compensation of which is possible by increasing the nonlinearity of the TCS input resistance of the bridge circuit;
- отрицательная, определяемая ТКС входного сопротивления, влияние которой на нелинейность ТКЧ мостовой цепи превышает влияние положительной нелинейности ТКЧ тензорезисторов, либо когда обе характеристики имеют затухающий характер α∂o=(0,0-20,0)×10-4 1/°С.- negative, determined by the TCS of the input resistance, the influence of which on the non-linearity of the DC-factor of the bridge circuit exceeds the influence of the positive non-linearity of the DC / DC strain gages, or when both characteristics have a damped character α ∂o = (0,0-20,0) × 10 -4 1 / ° С .
Рассмотрим способ компенсации мультипликативной температурной погрешности, приведенный в прототипе, в части обеспечения компенсации этой погрешности с учетом нелинейности ТКЧ мостовой цепи (полная компенсация мультипликативной температурной погрешности).Consider the method of compensating for the multiplicative temperature error shown in the prototype, in terms of providing compensation for this error, taking into account the nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit (full compensation of the multiplicative temperature error).
Проведенный анализ обеспечения полной компенсации температурной погрешности схемой компенсации, состоящей из термозависимого резистора Rα, установленного в цепи питания мостовой схемы, и термонезависимого резистора Rш, шунтирующего входное сопротивление мостовой цепи, показал возможность ее реализации, несмотря на значительные ограничения зоны применения. Полная компенсация мультипликативной температурной погрешности возможна только в отрицательной области нелинейности ТКЧ тензорезисторов и только в ограниченной области изменения самих ТКЧ тензорезисторов. Однако в связи с тем, что в настоящее время полностью отсутствуют способы полной компенсации мультипликативной температурной погрешности, рассмотрим предлагаемую схему для компенсации мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности ТКЧ мостовой цепи и оценки области осуществления полной компенсации мультипликативной температурной погрешности.The analysis carried out to ensure complete compensation of the temperature error by a compensation circuit consisting of a thermally dependent resistor R α installed in the power supply circuit of the bridge circuit and a thermally independent resistor R w , shunting the input resistance of the bridge circuit, showed the possibility of its implementation, despite significant limitations of the application area. Full compensation of the multiplicative temperature error is possible only in the negative region of non-linearity of TFC strain gages and only in a limited region of variation of the TSC strain gages themselves. However, due to the fact that currently there are completely no ways to completely compensate for the multiplicative temperature error, we consider the proposed scheme for compensating for the multiplicative temperature error taking into account the non-linearity of the TCD bridge circuit and assessing the area of complete compensation of the multiplicative temperature error.
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 мультипликативной температурной погрешности, который позволил бы повысить точность компенсации мультипликативной температурной погрешности в процессе настройки.The problem to which the claimed invention is directed is to develop a method for tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit based on a multiplicative temperature error, which would improve the accuracy of compensation for a multiplicative temperature error during the setup process.
Технический результат - повышение точности в процессе настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.EFFECT: increased accuracy in the process of tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit by a multiplicative temperature error.
Указанный технический результат достигается за счет компенсации мультипликативной погрешности с учетом нелинейности ТКЧ мостовой цепи.The specified technical result is achieved by compensating for the multiplicative error, taking into account the nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit.
Это достигается введением в мостовую измерительную цепь термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш, шунтирующего входное сопротивление мостовой цепи с номиналами, обеспечивающими одновременную компенсацию как мультипликативной температурной погрешности, так и нелинейности ТКЧ тензорезисторов и ТКС входного сопротивления мостовой цепи и установкой их в цепи питания мостовой измерительной схемы.This is achieved by introducing into the bridge measuring circuit a thermally dependent resistor R α and a thermally independent resistor R W , shunting the input resistance of the bridge circuit with ratings that provide simultaneous compensation of both the multiplicative temperature error and the non-linearity of the TCC strain gages and TKS input resistance of the bridge circuit and installing them in the power circuit bridge measuring circuit.
Тем самым затухающий характер изменения выходного сигнала с ростом температуры может быть компенсирован путем обеспечения возрастающего характера изменения напряжения питания мостовой цепи при увеличении температуры. Таким образом, рассмотренная схема компенсации может осуществлять полную компенсацию только в отрицательной области нелинейности мостовой цепи.Thus, the damped nature of the change in the output signal with increasing temperature can be compensated by ensuring the increasing nature of the change in the supply voltage of the bridge circuit with increasing temperature. Thus, the considered compensation scheme can carry out full compensation only in the negative region of the nonlinearity of the bridge circuit.
Включение такой термозависимой цепочки в цепь питания мостовой схемы позволяет компенсировать не только нелинейность ТКЧ мостовой цепи, но и компенсировать саму мультипликативную температурную погрешность за счет правильного выбора ее номинала и ТКС.The inclusion of such a thermally dependent circuit in the power circuit of the bridge circuit allows us to compensate not only for the non-linearity of the DC circuit of the bridge circuit, but also to compensate for the multiplicative temperature error due to the correct choice of its nominal value and TCS.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Для уменьшения влияния ТКС входного сопротивления на компенсацию нелинейности ТКЧ мостовой цепи необходимо зашунтировать мостовую цепь термонезависимым резистором Rш. Для определения области применения способа компенсации термозависимым резистором Rα и термонезависимым резистором Rш, шунтирующим входное сопротивление мостовой цепи, необходимо вывести аналитические выражения условий компенсации как самой мультипликативной температурной погрешности, так и ее нелинейности. Для расчета общего ТКЧ мостовой цепи воспользуемся выражением (6), тогда выходные сигналы датчика в режиме холостого хода, в выбранном температурном диапазоне, с учетом включения компенсационных элементов будут иметь вид:To reduce the influence of the TCS of the input resistance on the compensation of the nonlinearity of the TCF of the bridge circuit, it is necessary to bridge the bridge circuit with a thermally independent resistor R w . To determine the scope of the compensation method using a thermally dependent resistor R α and a thermally independent resistor R w , which shunts the input resistance of the bridge circuit, it is necessary to derive analytical expressions for the compensation conditions of both the most multiplicative temperature error and its nonlinearity. To calculate the total TFC of the bridge circuit, we use the expression (6), then the output signals of the sensor in idle mode, in the selected temperature range, taking into account the inclusion of compensation elements, will look like:
где 
Подставляя выражения (9 и 10) в формулу (6) и произведя несложные математические преобразования, получим выражение для расчета общего ТКЧ мостовой цепи в виде:Substituting expressions (9 and 10) into the formula (6) and making simple mathematical transformations, we obtain an expression for calculating the total TFC of the bridge circuit in the form:
Тогда условием компенсации мультипликативной температурной погрешности выходного сигнала будет являться выражение:Then the condition for compensation of the multiplicative temperature error of the output signal will be the expression:
при этом значения всех физических параметров может быть выбрано для любого (плюсового или минусового) температурного диапазона эксплуатации датчикаthe values of all physical parameters can be selected for any (plus or minus) temperature range of the sensor
Условием компенсации нелинейности ТКЧ мостовой цепи будет являться выражениеThe condition for compensation of the nonlinearity of the DC-circuit bridge circuit will be the expression
где 
Для выявления областей полной компенсации мультипликативной температурной погрешности рассматриваемой схемой проведем расчет системы уравнений (12 и 13) относительно компенсационных элементов Rα и Rш. Расчет проводился для ТКС входного сопротивления от 0 до 10·10-4 1/°С; ТКЧ тензорезисторов от 0 до 10·10-4 1/°С; при отрицательной нелинейности ТКС входного сопротивления Δαr=-0,05·10-4 1/°С и изменении нелинейности от Δα∂=-0,01·10-4 1/°С до Δα∂=-0,1·10-4 1/°С.To identify areas of complete compensation of the multiplicative temperature error by the considered circuit, we will calculate the system of equations (12 and 13) with respect to the compensation elements R α and R ш . The calculation was carried out for the TCS input resistance from 0 to 10 · 10 -4 1 / ° C; TKH strain gages from 0 to 10 · 10 -4 1 / ° C; with a negative nonlinearity of the TCS of the input resistance Δα r = -0.05 · 10 -4 1 / ° С and a change in non-linearity from Δα ∂ = -0.01 · 10 -4 1 / ° С to Δα ∂ = -0.1 · 10 -4 1 / ° C.
Анализ полученных результатов дает возможность определить области физических характеристик, при которых возможна полная компенсация как мультипликативной температурной погрешности, так и ее нелинейности. На фиг.2 представлены кривые, определяющие границы полной компенсации температурных погрешностей и раздельной компенсации для существующих в реальной практике температурных характеристик тензорезисторных датчиков. Справа от полученных кривых находится зона полной компенсации мультипликативной температурной погрешности, то есть в этой области рассматриваемая компенсационная цепь может использоваться одновременно как для компенсации нелинейности ТКЧ мостовой цепи, так и для компенсации самой мультипликативной температурной погрешности. Слева от полученных кривых находится зона раздельной компенсации мультипикативной температурной погрешности, то есть в этой области рассматриваемая компенсационная цепь может использоваться отдельно как для компенсации нелинейности ТКЧ мостовой цепи без компенсации мультипликативной температурной погрешности, так и для компенсации самой мультипликативной температурной погрешности без компенсации ее нелинейности.An analysis of the obtained results makes it possible to determine the areas of physical characteristics for which complete compensation of both the multiplicative temperature error and its nonlinearity is possible. Figure 2 presents the curves that define the boundaries of the full compensation of temperature errors and separate compensation for existing in real practice temperature characteristics of strain gauge sensors. To the right of the obtained curves is the zone of complete compensation of the multiplicative temperature error, that is, in this area the compensation circuit under consideration can be used both to compensate for the nonlinearity of the DC-link bridge circuit and to compensate for the multiplicative temperature error itself. To the left of the obtained curves there is a zone for separate compensation of the multiplicative temperature error, that is, in this area the compensation circuit under consideration can be used separately both to compensate for the nonlinearity of the DC-link bridge circuit without compensating for the multiplicative temperature error, and to compensate for the multiplicative temperature error without compensating for its non-linearity.
Использование данного способа ограничено величиной номинала термонезависимого шунтирующего резистора Rш. Это связано с уменьшением чувствительности мостовой цепи при шунтировании ее входного сопротивления. Существующие в настоящее время методы позволяют минимизировать влияние (например, за счет увеличения напряжения питания мостовой цепи). Однако в реальной практике существует ограничение по минимальному значению шунтирующего резистора Rш (рекомендуется применять шунтирующее сопротивление не менее 0,5 номинала входного сопротивления мостовой цепи). Исходя из данного положения, рассматриваемая схема компенсации будет иметь ограничение зоны полной компенсации. Для выявления возможностей полной компенсации рассматриваемой схемой был проведен расчет компенсационных элементов Rα и Rш с ограничением последнего по номиналу в пределах 0,5 Rвх.The use of this method is limited by the value of the nominal thermally independent shunt resistor R W This is due to a decrease in the sensitivity of the bridge circuit when bypassing its input resistance. Current methods can minimize the impact (for example, by increasing the supply voltage of the bridge circuit). However, in real practice, there is a limitation on the minimum value of the shunt resistor R w (it is recommended to use a shunt resistance of at least 0.5 of the nominal input resistance of the bridge circuit). Based on this provision, the compensation scheme under consideration will have a limitation on the zone of full compensation. To identify the possibilities of full compensation by the considered scheme, the calculation of the compensation elements R α and R W was performed with the latter limited at face value within 0.5 R in .
На фиг.2 даны кривые, разделяющие области компенсации рассматриваемой схемой компенсации, в которых может быть осуществлена либо только раздельная компенсация, либо полная. Таким образом, представленные графики на фиг.2 ограничивают область полной компенсации снизу, то есть со стороны минимальных значений ТКС мостовой цепи и ТКЧ тензорезисторов. Ставится задача определения границ зоны возможной полной компенсации сверху (для максимальных значений ТКС входного сопротивления и ТКЧ тензорезисторов) за счет ограничения номинала шунтирующего резистора Rш. Так как на фиг.2 построены кривые для фиксированных значений отрицательной нелинейности ТКЧ тензорезисторов (Δα∂=-1,0·10-6; Δα∂=-3,0·10-6; Δα∂=-5,0·10-6; Δα∂=-10,0·10-6) 1/°С, то и расчет производился для указанных точек нелинейности ТКЧ для номиналов самих ТКЧ от α∂=0,1·10-4 1/°С до α∂=10,0·10-4 1/°С при отрицательной нелинейности ТКС входного сопротивления Δαr=-0,05·10-4 1/°С. При этом определялось допустимое значение ТКС входного сопротивления, при котором еще возможна полная компенсация при ограничении номинала шунтирующего резистора величиной Rш≥500 Ом. Расчет производился путем решения системы уравнений (12 и 13) относительно компенсационных резисторов Rα и Rш и по результатам расчета были построены графики (см. фиг.3), ограничивающие зоны использования рассматриваемой компенсационной схемы.Figure 2 shows the curves dividing the compensation region by the compensation scheme under consideration, in which either only separate compensation or full compensation can be carried out. Thus, the graphs presented in figure 2 limit the area of full compensation from the bottom, that is, from the side of the minimum values of the TCS of the bridge circuit and the TFC of the strain gauges. The task is to determine the boundaries of the zone of possible full compensation from above (for the maximum values of the TCS of the input resistance and TFC of the strain gauges) by limiting the nominal value of the shunt resistor R w . Since in Fig. 2 curves are plotted for fixed values of the negative nonlinearity of the TFC of the strain gauges (Δα ∂ = -1.0 · 10 -6 ; Δα ∂ = -3.0 · 10 -6 ; Δα ∂ = -5.0 · 10 - 6 ; Δα ∂ = -10.0 · 10 -6 ) 1 / ° С, then the calculation was performed for the indicated points of non-linearity of the TFC for the nominal values of the TFC themselves from α ∂ = 0.1 · 10 -4 1 / ° С to α ∂ = 10.0 · 10 -4 1 / ° С with negative nonlinearity of the TCS input resistance Δα r = -0.05 · 10 -4 1 / ° С. In this case, the permissible value of the TCS of the input resistance was determined, at which full compensation is still possible while limiting the value of the shunt resistor to R w ≥500 Ohm. The calculation was carried out by solving the system of equations (12 and 13) with respect to the compensation resistors R α and R W and based on the calculation results, graphs were constructed (see Fig. 3), limiting the areas of use of the compensation scheme under consideration.
Анализ полученных результатов показывает, что зоны полной компенсации для выбранных реперных значений нелинейности ТКЧ тензорезисторов перекрываются. Это дает возможность плавного перехода при компенсации из одной зоны в другую.An analysis of the results shows that the zones of full compensation for the selected reference values of the nonlinearity of the TFC strain gages overlap. This allows a smooth transition with compensation from one zone to another.
Анализируя вышеизложенное, можно сформулировать следующие положения по применению рассмотренной схемы компенсации:Analyzing the above, the following provisions can be formulated on the application of the compensation scheme considered:
1. Схема с использованием термозависимого резистора Rα и шунтирующего сопротивления Rш обеспечивает компенсацию только в отрицательной зоне нелинейности ТКЧ тензорезисторов.1. A circuit using a temperature-dependent resistor R α and a shunt resistance R W provides compensation only in the negative zone of non-linearity of the TFC of the strain gauges.
2. Схема компенсации имеет ограничения зоны полной компенсации мультипликативной температурной погрешности в отрицательной зоне нелинейности ТКЧ тензорезисторов (см. фиг.3 и таблицу 1).2. The compensation scheme has limitations of the zone of full compensation of the multiplicative temperature error in the negative zone of non-linearity of the TCD strain gages (see figure 3 and table 1).
Области существования полной компенсации в зависимости от ТКС входного сопротивления αr и ТКЧ тензорезисторов α∂ в диапазоне изменения нелинейности ТКЧ тензорезисторов от Δα∂=-1,0·10-6 1/°С до Δα∂=-10·10-6 1/°C представлены в таблице 1.Regions of the existence of full compensation depending on the TCS of the input resistance α r and the TFC of the strain gages α ∂ in the range of variation of the nonlinearity of the TFC of the strain gages from Δα ∂ = -1.0 · 10 -6 1 / ° С to Δα ∂ = -10 · 10 -6 1 / ° C are presented in table 1.
3. Схему можно использовать для значений TKC входного сопротивления и ТКЧ тензорезисторов, входящих в зону полной компенсации, если номинал резистора Rш оказывается в принятом допуске. В противном случае этой схемой можно производить только раздельную компенсацию.3. The circuit can be used for the values of TKC of the input resistance and TKH strain gages included in the zone of full compensation, if the value of the resistor R W is in the accepted tolerance. Otherwise, this scheme can only produce separate compensation.
4. Зона полной компенсации схемы ограничена не только снизу из-за влияния TKC входного сопротивления, но и сверху из-за значительного уменьшения чувствительности мостовой цепи при шунтировании входного сопротивления (см. фиг.3).4. The zone of full compensation of the circuit is limited not only from below due to the influence of the input resistance TKC, but also from above due to a significant decrease in the sensitivity of the bridge circuit when bypassing the input resistance (see Fig. 3).
Для подтверждения правильности выдвинутого решения произведем расчет в заданной области существования полной компенсации по приведенной методике компенсационных резисторов Rα и Rш и произведем оценку точности компенсации.To confirm the correctness of the proposed solution, we will calculate in a given area of the existence of full compensation according to the above methodology of compensation resistors R α and R w and evaluate the accuracy of compensation.
ПримерExample
Определить температурные чувствительности в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика с равноплечей мостовой измерительной цепью, у которого:Determine the temperature sensitivities in the extreme values of the temperature range of operation of the sensor with an equal-arm bridge measuring circuit, in which:
- сопротивления тензорезисторов R1=R2=R3=R4=1000 Ом;- resistance of strain gages R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 1000 Ohms;
- ТКС входного сопротивления мостовой цепи в крайних значениях температурного диапазона соответственно равны αr +=1·10-4 1/°С, αr -=1.05·10-4 1/°С;- TCS of the input resistance of the bridge circuit in the extreme values of the temperature range are respectively α r + = 1 · 10 -4 1 / ° С, α r - = 1.05 · 10 -4 1 / ° С;
- ТКЧ тензорезисторов в крайних значениях температурного диапазона соответственно равны α∂ +=2·10-4 1/°С, α∂ -=2.1·10-4 1/°С;- TFC of strain gauges in extreme values of the temperature range are respectively equal to α ∂ + = 2 · 10 -4 1 / ° С, α ∂ - = 2.1 · 10 -4 1 / ° С;
- ТКС термозависимого компенсационного резистора Rα не зависит от температуры и равен αк=4·10-3 1/°С;- TCS of a temperature-dependent compensation resistor R α is temperature independent and is equal to α к = 4 · 10 -3 1 / ° С;
- суммарное относительное изменение сопротивления тензорезисторов при номинальном значении измеряемого параметра 
- температурный диапазон эксплуатации датчика 20±100°C;- temperature range of the
- напряжение питания мостовой цепи Uп=10 В.- supply voltage of the bridge circuit U p = 10 V.
РешениеDecision
Решим систему уравнений (12 и 13) относительно Rα и Rш We solve the system of equations (12 and 13) with respect to R α and R W
Rα=29,579 Ом; Rш=1233,889 ОмR α = 29.579 Ohms; R w = 1233.889 Ohms
Для определения температурных чувствительностей в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика рассчитаем в соответствии с (9) и (10) девиации выходных сигналов при нормальной температуре 20°С и температур Δt+=+100°C и Δt-=-100°C.To determine the temperature sensitivities at the extreme values of the temperature range of operation of the sensor, we calculate, in accordance with (9) and (10), the deviations of the output signals at a normal temperature of 20 ° C and temperatures Δt + = + 100 ° C and Δt - = -100 ° C.
Общее входное сопротивление мостовой цепи при использовании шунтирующего резистора составляет:The total input resistance of the bridge circuit when using a shunt resistor is:
ТКС общего входного сопротивления мостовой цепи может быть определен по формуле [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин» В.А.Тихоненков, 2000 г.]:TCS total input resistance of the bridge circuit can be determined by the formula [see “Theory, calculation and design basics of sensors of mechanical quantities” V.A. Tikhonenkov, 2000]:
Тогда температурные чувствительности в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин» В.А.Тихоненков, 2000 г.]Then the temperature sensitivities in the extreme values of the temperature range of operation of the sensor [see “Theory, Calculation and Fundamentals of Designing Sensors of Mechanical Quantities” V.A. Tikhonenkov, 2000]
Анализ полученных результатов показывает достаточную точность компенсации мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика во всем температурном диапазоне эксплуатации датчика. На точке +120°C температурная чувствительность составила 0,56% от допустимого значения, а на точке -80°C - 8,6% от допустимого значения Skt=1·10-4 1/°С.An analysis of the results shows sufficient accuracy to compensate for the multiplicative temperature error, taking into account the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor output signal over the entire temperature range of the sensor operation. At the point + 120 ° C, the temperature sensitivity was 0.56% of the permissible value, and at the point -80 ° C - 8.6% of the permissible value S kt = 1 · 10 -4 1 / ° С.
Т.о. метод компенсации мультипликативной температурной погрешности, изложенный в прототипе, хотя и позволяет значительно уменьшить эту погрешность, однако, применим только в случаях с линейной температурной характеристикой выходного сигнала. В реальных условиях вследствие наличия нелинейности температурной характеристики некомпенсация может достигать недопустимой величины Skt=2,086·10-4 1/°С, что в 2 раза превышает допустимое значение. Предлагаемый метод позволяет минимизировать эту погрешность и обеспечить требуемую точность компенсации в заданной области применения рассматриваемой схемы компенсации и ограничен только точностью изготовления элементов компенсации и измерения параметров схемы.T.O. the method of compensating for the multiplicative temperature error described in the prototype, although it can significantly reduce this error, however, is applicable only in cases with a linear temperature characteristic of the output signal. In real conditions, due to the non-linearity of the temperature characteristic, non-compensation can reach an unacceptable value S kt = 2.086 · 10 -4 1 / ° C, which is 2 times higher than the permissible value. The proposed method allows to minimize this error and to provide the required accuracy of compensation in a given area of application of the considered compensation scheme and is limited only by the accuracy of manufacturing compensation elements and measuring the parameters of the scheme.
Claims (1)
и если определенные αr + и α∂ + и Δα∂ находятся в указанной зоне, то определяют номиналы термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш путем решения системы уравнений:
где
α - ТКС термозависимого резистора Rα,
и производят установку расчетных значений термозависимого резистора Rα в цепь питания мостовой схемы и термонезависимого резистора Rш параллельно входному сопротивлению мостовой измерительной схемы. A method of tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit based on a multiplicative temperature error taking into account the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor output signal, which consists in determining the temperature coefficient of resistance (TCR) α r of the input resistance of the bridge circuit and the temperature sensitivity coefficient (TCR) of the strain gauges α ∂ in one of the temperature ranges, calculation for a given rating and TCS of a thermally dependent resistor R α , nominal of a thermally independent resistor R w , shunting the input resistance of the bridge circuit, from the condition of compensating the multiplicative temperature error and installing them in the power supply circuit of the bridge measuring circuit, characterized in that they determine the TCS of the input resistance of the bridge circuit α r + and α r - for two temperature ranges, Δt + = t + -t o and Δt - = t - -t o , where t o , t + , t - are the normal temperature and the extreme temperature points of the operating temperature range of the sensor, determine the TFC of the strain gauges α ∂ + and α ∂ - for two operating temperature ranges Danes Since the TCR strain gages and nonlinearity (Δα ∂ = α ∂ + -α ∂ - ) in a given temperature range, the TCS of the input resistance α r + and TSC tensors α ∂ + and its nonlinearity Δα ∂ are found in the region of full compensation in the range of nonlinearity TKH strain gages in accordance with the table:
and if certain α r + and α ∂ + and Δα ∂ are in the specified zone, then the values of the thermally dependent resistor R α and the thermally independent resistor R W are determined by solving the system of equations:
Where
α - TCS of the thermally dependent resistor R α ,
and set the calculated values of the thermally dependent resistor R α in the power supply circuit of the bridge circuit and the thermally independent resistor R w parallel to the input resistance of the bridge measuring circuit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141086/28A RU2408839C1 (en) | 2009-11-06 | 2009-11-06 | Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009141086/28A RU2408839C1 (en) | 2009-11-06 | 2009-11-06 | Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2408839C1 true RU2408839C1 (en) | 2011-01-10 |
Family
ID=44054668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009141086/28A RU2408839C1 (en) | 2009-11-06 | 2009-11-06 | Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2408839C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2506534C1 (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
| RU2507475C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
| RU2507477C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
| RU2507476C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
| RU2539816C1 (en) * | 2013-07-23 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет | Indirect method of tuning of strain gauges with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
| RU2542611C1 (en) * | 2013-07-23 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Indirect method of tuning of strain gauges with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
-
2009
- 2009-11-06 RU RU2009141086/28A patent/RU2408839C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2507475C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
| RU2507477C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
| RU2507476C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
| RU2506534C1 (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
| RU2539816C1 (en) * | 2013-07-23 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет | Indirect method of tuning of strain gauges with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
| RU2542611C1 (en) * | 2013-07-23 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Indirect method of tuning of strain gauges with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| 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 | |
| CN107664489B (en) | A kind of measurement method of bridge strain and deformation | |
| RU2401982C1 (en) | Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic | |
| Dorsey | Homegrown strain-gage transducers: Simple compensation procedures can be used to correct errors in strain-gage transducer bridges | |
| KR100909660B1 (en) | Error compensator of sensor measurement circuit and its method | |
| RU2571445C2 (en) | Correction of voltage measurement at transducer terminals | |
| RU2302611C1 (en) | Substituded mode of tuning of resistive-strain sensors with a bridge measuring circuit on a multiplicative temperature error | |
| US20040183519A1 (en) | Power measurement apparatus and method therefor | |
| JPH0769232B2 (en) | Method and apparatus for temperature compensation of load cell | |
| RU2507476C1 (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 | |
| RU2307997C1 (en) | Method of adjusting strain-gages | |
| SU905628A1 (en) | Deformation pickup | |
| RU2540449C1 (en) | Method to generate status of intelligent sensor measurement results | |
| RU2307317C1 (en) | Method of adjusting strain gages | |
| 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 | |
| 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 | |
| RU2507477C1 (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 | |
| 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 | |
| RU2801425C1 (en) | Method for adjusting a thin-film pressure sensor | |
| 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 | |
| RU2265802C1 (en) | Method of adjusting resistance strain gauges with measuring bridge circuit for additive temperature error |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111107 |