RU2506534C1 - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
RU2506534C1
RU2506534C1 RU2012131202/28A RU2012131202A RU2506534C1 RU 2506534 C1 RU2506534 C1 RU 2506534C1 RU 2012131202/28 A RU2012131202/28 A RU 2012131202/28A RU 2012131202 A RU2012131202 A RU 2012131202A RU 2506534 C1 RU2506534 C1 RU 2506534C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bridge circuit
linearity
tcs
resistor
temperature
Prior art date
Application number
RU2012131202/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Андреевич Тихоненков
Денис Александрович Солуянов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное 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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2012131202/28A priority Critical patent/RU2506534C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2506534C1 publication Critical patent/RU2506534C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: measurement equipment.SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment. The method consists in the fact that in case of load resistance R>500 kOhm they determine temperature coefficient of sensitivity (TCS) of the bridge circuitandat the temperature t, and t, corresponding to the upper and lower limit of the working range of temperatures, and non-linearity of the TCS of the bridge circuitIf the produced value ??is positive, then the positive non-linearity of bridge circuit TCS is converted into the negative one by connection of a thermally dependent resistor Rinto the supply diagonal with simultaneous shunting of the inlet resistance of the bridge circuit with a thermally independent resistor R. For this purpose they determine inlet resistance and TCS of inlet resistance, and also the TCS of strain gaugesandunder temperature tand t, and they calculate non-linearity of TCS of the bridge circuitis calculated. Ifand ??are in the area of conversion of positive non-linearity of bridge circuit TCS into the negative one, then the rating of the thermally independent resistor Ris accepted as equal to the inlet resistance, the rating of the resistor is Rcalculated. Resistors Rand Rare connected into the bridge circuit supply diagonal. The TCS of the bridge circuit is defined at the temperature tand t, non-linearity of the bridge circuit TCS is calculated as ??. If ??takes the negative value, then compensation of multiplicative temperature error is carried out with account of the negative non-linearity of bridge circuit TCS by connection of the thermally independent R, shunted by the thermally independent resistor R, into the outlet diagonal of the bridge circuit under resistance of load R?1 kOhm.EFFECT: higher accuracy of compensation.3 tbl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при настройке тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.The invention relates to measuring equipment and can be used to configure the strain gauge sensor equipment with a bridge measuring circuit for a multiplicative temperature error.

Известен способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика (см. Патент на изобретение RU 2443973 С1, G01B 7/16 «Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика», опубликованный 27.02.2012 в Бюл. №6), принятый за прототип, в котором для компенсации мультипликативной температурной погрешности при сопротивлении нагрузки RH>500 кОм определяют ТКЧ мостовой цепи

Figure 00000001
и
Figure 00000002
 для диапазона температур Δt+=t+-t0 и Δt-=t--t0, где t0, t+, t- - нормальная температура, верхний и нижний предел рабочего диапазона температур соответственно. Вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи
Figure 00000003
 . Если Δαдо принимает отрицательное значение, то датчик подключают к нагрузке Rн≤2 кОм. Определяют выходное сопротивление мостовой цепи, ТКС выходного сопротивления датчика. Проверяют нахождение ТКЧ мостовой цепи и его нелинейности в области применения способа, если данные параметры датчика оказываются в области применения, вычисляют требуемый номинал термозависимого резистора Rαвых и термонезависимого резистора Rдвых. Устанавливают резистор Rαвых, зашунтированный резистором Rдвых, в выходную диагональ мостовой цепи.There is a method of tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit for a multiplicative temperature error taking into account the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor output signal (see Patent for invention RU 2443973 C1, G01B 7/16 "Method for setting strain gauge sensors with a bridge measuring chain for a multiplicative temperature error, taking into account nonlinearity of the temperature characteristics of the sensor output signal ", published on 02.27.2012 in Bull. No. 6), adopted as a prototype, in which to compensate for the mule a multiplicative temperature error with a load resistance of R H > 500 kOhm is determined by the DC circuit of the bridge circuit
Figure 00000001
 and
Figure 00000002
 for the temperature range Δt + = t + -t 0 and Δt - = t - -t 0 , where t 0 , t + , t - is the normal temperature, the upper and lower limits of the operating temperature range, respectively. The non-linearity of the DC-link DC circuit is calculated
Figure 00000003
 . If Δα to takes a negative value, then the sensor is connected to the load R n ≤2 kOhm. Determine the output resistance of the bridge circuit, TCS output resistance of the sensor. Check whether the DC link bridge is connected and its non-linearity in the field of application of the method, if these sensor parameters are in the field of application, the required value of the thermally dependent resistor R αout and the thermally independent resistor R two are calculated . Install the resistor R αout , shunted by the resistor R two , in the output diagonal of the bridge circuit.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что нелинейность ТКЧ мостовой цепи может принимать как отрицательные, так и положительные значения, как показано в описании прототипа. Прототип позволяет производить полную компенсацию мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи, удовлетворяющей неравенству Δαдо≤-2·10-6 1/°С. В описании прототипа также показано, что отсутствие учета нелинейности ТКЧ мостовой цепи позволяет произвести компенсацию мультипликативной температурной погрешности в одной крайней точке рабочего диапазона температур, для которой вычислялись номиналы компенсационных резисторов Rαвых и Rдвых, что позволяет получить мультипликативную чувствительность датчика к температуре в пределах ±1·10-4 1/°С в данной точке рабочего диапазона температур. В другой крайней точке рабочего диапазона температур мультипликативная чувствительность датчика к температуре составляет порядка ±2·10-4 1/°С и более, превышая допустимое значение, которое составляет ±1·10-4 1/°С.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method include the fact that the non-linearity of the DC circuit of the bridge circuit can take both negative and positive values, as shown in the description of the prototype. The prototype allows for full compensation of the multiplicative temperature error, taking into account the negative nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit, satisfying the inequality Δα to ≤-2 · 10 -6 1 / ° С. In the description of the prototype it is also shown that the lack of consideration of the non-linearity of the TCF bridge circuit allows compensation of the multiplicative temperature error at one extreme point of the operating temperature range, for which the values of the compensation resistors R αout and R two were calculated , which allows to obtain a multiplicative sensitivity of the sensor to a temperature within ± 1 · 10 -4 1 / ° С at a given point of the operating temperature range. At the other extreme point of the operating temperature range, the multiplicative sensitivity of the sensor to temperature is about ± 2 · 10 -4 1 / ° С and more, exceeding the permissible value, which is ± 1 · 10 -4 1 / ° С.

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 при положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи.The task to which the claimed invention is directed is to develop a method for tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit by a multiplicative temperature error, which would improve the accuracy of compensating for a multiplicative temperature error in the setup process with a positive non-linearity of the DC-circuit TCD.

Технический результат заключается в повышении точности в процессе настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности при положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи.The technical result consists in increasing the accuracy in the process of tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit by a multiplicative temperature error with a positive nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что производят предварительное преобразование положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи датчика в отрицательную и последующую компенсацию мультипликативной температурной погрешности в соответствии с прототипом.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by preliminarily converting the positive nonlinearity of the DTC of the sensor bridge circuit into negative and subsequent compensation of the multiplicative temperature error in accordance with the prototype.

Это достигается тем, что включают в диагональ питания мостовой цепи термозависимый резистор Rαвх, что дает смещение нелинейности ТКЧ мостовой цепи датчика в сторону отрицательных значений. Для расширения области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную входное сопротивление мостовой цепи шунтируют термонезависимым резистором Rш. Номинал резистора Rαвх выбирают исходя из необходимости обеспечения отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи Δαдо≤-2·10-6 1/°С, при которой возможно использование прототипа для компенсации температурной погрешности. Для этого, если нелинейность ТКЧ мостовой цепи является положительной, при Rн>500 кОм определяют ТКЧ тензорезисторов

Figure 00000004
и
Figure 00000005
 для диапазона температур Δt+ и Δt- соответственно и вычисляют нелинейность ТКЧ тензорезисторов
Figure 00000006
 . Определяют величину входного сопротивления Rвх, TKC входного сопротивления
Figure 00000007
 ,
Figure 00000008
 для диапазона температур Δt+ и Δt- соответственно. Проверяют принадлежность
Figure 00000009
 и Δαд области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную. Если
Figure 00000009
 и Δαд удовлетворяют области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, то принимают номинал термонезависимого резистора Rш равным входному сопротивлению мостовой цепи, поскольку меньшие номиналы шунта приведут к чрезмерному уменьшению чувствительности, что затруднит последующую настройку датчика по чувствительности. Вычисляют номинал термозависимого резистора Rαвх. Устанавливают резистор Rαвх в диагонали питания мостовой цепи, шунтируют входное сопротивление мостовой цепи резистором Rш. Вычисляют ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность после включения термозависимого резистора Rαвх и термонезависимого резистора Rш.This is achieved by including a thermally dependent resistor R αin into the diagonal of the bridge circuit power supply, which gives a shift in the nonlinearity of the DC-link circuit of the sensor bridge towards negative values. To expand the field of conversion of positive nonlinearity of the DC coupler of the bridge circuit into a negative input resistance of the bridge circuit, a thermally independent resistor R w is shunted. The value of the resistor R αin is selected based on the need to ensure the negative nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit Δα to ≤-2 · 10 -6 1 / ° С, at which the prototype can be used to compensate for the temperature error. For this, if the non-linearity of the DC current factor of the bridge circuit is positive, for R n > 500 kOhm, the DC current factor of the strain gauges
Figure 00000004
 and
Figure 00000005
 for the temperature range Δt + and Δt - respectively, and calculate the nonlinearity of the TFC strain gages
Figure 00000006
 . The value of the input resistance R I , TKC of the input resistance is determined
Figure 00000007
 ,
Figure 00000008
 for the temperature range Δt + and Δt - respectively. Check affiliation
Figure 00000009
 and Δα d of the transformation region of the positive nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit into negative. If
Figure 00000009
 and Δα d satisfy the area of converting the positive nonlinearity of the DC current bridge circuit to negative, then we take the value of the thermally independent resistor R w equal to the input resistance of the bridge circuit, since lower values of the shunt will lead to an excessive decrease in sensitivity, which will complicate the subsequent adjustment of the sensor for sensitivity. The value of the thermally dependent resistor R αin is calculated . Install the resistor R αin in the diagonal of the power supply of the bridge circuit, shunt the input resistance of the bridge circuit with the resistor R w . The DC circuit of the bridge circuit and its non-linearity are calculated after turning on the thermally dependent resistor R αin and the thermally independent resistor R w .

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено влияние термозависимого резистора Rαвх на нелинейность ТКЧ мостовой цепи при шунтировании входного сопротивления мостовой цепи термонезависимым резистором Rш, номинал которого равен входному сопротивлению мостовой цепи, на фиг.2 - область преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, на фиг.3 - схема включения резисторов Rαвх, Rш, Rαвых и Rдвых.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows the influence of a thermally dependent resistor R αin on the nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit when the input resistance of the bridge circuit is shunted by a thermally independent resistor R w , the value of which is equal to the input resistance of the bridge circuit, in Fig. 2 is the transformation region of the positive non-linearity of the DC circuit bridge circuit in negative, figure 3 is a diagram of the inclusion of resistors R αin , R W , R αout and R two .

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Как показано в описании прототипа, нелинейность ТКЧ мостовой цепи включает в себя две составляющие:As shown in the description of the prototype, the nonlinearity of the DC circuit bridge circuit includes two components:

1) нелинейность, вносимая тензорезисторами, установленными на упругом элементе, которая может принимать как отрицательное, так и положительное значение;1) the non-linearity introduced by strain gauges mounted on an elastic element, which can take both negative and positive values;

2) нелинейность, вносимая измерительной схемой, которая всегда является отрицательной при использовании мостовой цепи.2) the nonlinearity introduced by the measuring circuit, which is always negative when using a bridge circuit.

В соответствии с пунктом 2 можно получить отрицательную нелинейность ТКЧ мостовой цепи, изменяя составляющую нелинейности ТКЧ мостовой цепи, вносимую измерительной схемой. Для этого в мостовую цепь следует включить термозависимый резистор Rαвх. Выходное напряжение мостовой цепи после включения термозависимого резистора Rαвх при воздействии температуры определяется выражением:In accordance with paragraph 2, it is possible to obtain a negative non-linearity of the DC-link circuit of the bridge circuit by changing the non-linearity component of the DC circuit of the bridge circuit introduced by the measuring circuit. For this, a thermally dependent resistor R αin should be included in the bridge circuit. The output voltage of the bridge circuit after turning on the temperature-dependent resistor R αin when exposed to temperature is determined by the expression:

Figure 00000010
Figure 00000010

где Uвыхt - выходное напряжение мостовой цепи при воздействии температуры;where U o is the output voltage of the bridge circuit when exposed to temperature;

Uпит - напряжение питания мостовой цепи;U pit is the supply voltage of the bridge circuit;

k=R1/R2=R3/R4 - коэффициент симметрии мостовой цепи;k = R 1 / R 2 = R 3 / R 4 is the symmetry coefficient of the bridge circuit;

Rвх - входное сопротивление мостовой цепи датчика;R I - input resistance of the bridge circuit of the sensor;

αвх - ТКС входного сопротивления;α I - TCS input resistance;

Δt=t-t0 - изменение температуры;Δt = tt 0 - temperature change;

αд - ТКЧ тензорезисторов;α d - TKH strain gages;

Rαвх - номинал термозависимого резистора, включенного в цепь питания;R αin - the nominal value of the thermally dependent resistor included in the power circuit;

ακ - ТКС термозависимого резистора Rαвх;α κ - TCS of the thermally dependent resistor R αin ;

t - воздействующая температура;t is the acting temperature;

t0 - нормальная температура.t 0 - normal temperature.

Анализ знаменателя зависимости (1) позволяет сделать вывод о том, что после включения резистора Rαвх у зависимости напряжения питания от температуры будет составляющая, обратно пропорциональная росту температуры, что приведет к смещению зависимости нелинейности ТКЧ мостовой цепи в сторону отрицательных значений.An analysis of the denominator of dependence (1) allows us to conclude that, after turning on the resistor R αin , the dependence of the supply voltage on temperature will have a component inversely proportional to the temperature increase, which will lead to a shift in the dependence of the nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit to negative values.

С уменьшением ТКС входного сопротивления влияние термозависимого резистора Rαвх на отрицательную составляющую нелинейности ТКЧ мостовой цепи возрастает, числитель выражения (1) меньше увеличивается при воздействии температуры, что увеличивает смещение нелинейности ТКЧ мостовой цепи в область отрицательных значений. Таким образом, уменьшение ТКС входного сопротивления расширяет область преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную путем включения термозависимого резистора Rαвх. Для уменьшения ТКС входного сопротивления следует произвести шунтирование входного сопротивления термонезависимым резистором Rш, номинал которого должны быть не менее входного сопротивления мостовой цепи, как показано выше. В последующем будем принимать номинал шунта Rш равным входному сопротивлению мостовой цепи датчика.With a decrease in the TCS of the input resistance, the influence of the temperature- dependent resistor R αin on the negative component of the nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit increases, the numerator of expression (1) increases less when exposed to temperature, which increases the shift of the non-linearity of the DC link of the bridge circuit to the region of negative values. Thus, a decrease in the TCS of the input resistance expands the field of conversion of the positive nonlinearity of the DC-link DC circuit of the bridge circuit into negative by turning on the temperature- dependent resistor R αin . To reduce the input resistance TCS, the input resistance must be bypassed with a thermally independent resistor R w , the value of which must be at least the input resistance of the bridge circuit, as shown above. In the future, we will take the shunt value R w equal to the input resistance of the sensor bridge circuit.

Выведем зависимость ТКЧ мостовой цепи от параметров датчика после включения термозависимого резистора Rαвх в цепь питания мостовой цепи, входное сопротивление которой зашунтировано термонезависимым резистором Rш. С учетом равенства номинала резистора Rш и входного сопротивления после шунтирования величина входного сопротивления примет следующее значение: Let us derive the dependence of the TCF of the bridge circuit on the parameters of the sensor after the inclusion of the thermally dependent resistor R α in the power supply circuit of the bridge circuit, the input resistance of which is shunted by the thermally independent resistor R w . Given the equality of the value of the resistor R W and the input resistance after shunting, the value of the input resistance will take the following value:

Figure 00000011
Figure 00000011

где Rвхш - входное сопротивление мостовой цепи, зашунтированной термонезависимым резистором Rш.where R I - the input impedance of the bridge circuit, shunted by a thermally independent resistor R W

При воздействии температуры входное сопротивление мостовой цепи датчика может быть представлено следующим образом:When exposed to temperature, the input resistance of the sensor bridge circuit can be represented as follows:

Figure 00000012
Figure 00000012

где Rвхшt - входное сопротивление мостовой цепи, зашунтированной резистором Rш, при воздействии температуры.where R vkhsht - input resistance of the bridge circuit shunted by the resistor R W , when exposed to temperature.

Входное сопротивление мостовой цепи после включения термонезависимого резистора Rш при воздействии температуры может быть представлено также следующим образом:The input resistance of the bridge circuit after turning on the thermally independent resistor R w when exposed to temperature can also be represented as follows:

Figure 00000013
Figure 00000013

где αвхш - ТКС входного сопротивления зашунтированной мостовой цепи.where α vhsh - TCS input resistance of a shunted bridge circuit.

Приравнивая правые части уравнений (3) и (4) можно вывести расчетную зависимость ТКС входного сопротивления после шунтирования:Equating the right-hand sides of equations (3) and (4), we can derive the calculated dependence of the input resistance TKS after shunting:

Figure 00000014
Figure 00000014

С учетом (1) и (2) зависимость выходного сигнала датчика при нормальных условиях можно представить следующим образом:Taking into account (1) and (2), the dependence of the sensor output signal under normal conditions can be represented as follows:

Figure 00000015
Figure 00000015

Зависимость выходного сигнала датчика при воздействии температуры с учетом (1), (2) и (5) примет вид:The dependence of the output signal of the sensor when exposed to temperature, taking into account (1), (2) and (5) will take the form:

Figure 00000016
Figure 00000016

Как показано в описании прототипа, ТКЧ можно выразить через выходные сигналы датчика:As shown in the description of the prototype, TFC can be expressed through the output signals of the sensor:

Figure 00000017
Figure 00000017

Подставив (6) и (7) в выражение (8) можно получить зависимость ТКЧ мостовой цепи:Substituting (6) and (7) into expression (8), we can obtain the dependence of the DC-link circuit of the bridge circuit:

Figure 00000018
Figure 00000018

Нелинейность ТКЧ мостовой цепи после включения термозависимого резистора Rαвх и термонезависимого Rш, может быть представлена следующим образом:The nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit after the inclusion of the thermally dependent resistor R αin and thermally independent R w can be represented as follows:

Figure 00000019
Figure 00000019

где Δt+=t+-t0, Δt-=t--t0 - положительный и отрицательный диапазон температур;where Δt + = t + -t 0 , Δt - = t - -t 0 - positive and negative temperature range;

t0 - нормальная температура;t 0 - normal temperature;

t+, t- - верхний и нижний предел рабочего диапазона температур;t + , t - - upper and lower limit of the operating temperature range;

Figure 00000020
,
Figure 00000021
 - ТКЧ мостовой цепи датчика при температуре t+ и t- соответственно;
Figure 00000020
 ,
Figure 00000021
 - TKH bridge circuit of the sensor at t + and t - respectively;

Figure 00000022
,
Figure 00000023
 - ТКЧ тензорезисторов при температуре t+ и t- соответственно;
Figure 00000022
 ,
Figure 00000023
 - TKH strain gages at t + and t - respectively;

Figure 00000024
,
Figure 00000025
 - ТКС входного сопротивления зашунтированной мостовой цепи датчика при температуре t+ и t- соответственно;
Figure 00000024
 ,
Figure 00000025
 - TCS of the input resistance of the shunted bridge circuit of the sensor at t + and t - respectively;

Δαдо - нелинейность ТКЧ мостовой цепи.Δα to is the nonlinearity of the DC coupler of the bridge circuit.

Для определения влияния термозависимого резистора Rαвх на нелинейность ТКЧ мостовой цепи при шунтировании входного сопротивления мостовой цепи термонезависимым резистором Rш была вычислена нелинейность ТКЧ мостовой цепи по формуле (10) при следующих исходных данных:To determine the effect of the temperature- dependent resistor R αin on the nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit when the input resistance of the bridge circuit is shunted by the thermally independent resistor R w , the non-linearity of the DC circuit of the bridge circuit was calculated by formula (10) with the following initial data:

1. Входное сопротивление мостовой цепи: Rвх=1000 Ом;1. The input resistance of the bridge circuit: R I = 1000 Ohms;

2. Сопротивление шунта равно входному сопротивлению мостовой цепи: Rш=1000 Ом;2. The resistance of the shunt is equal to the input resistance of the bridge circuit: R W = 1000 Ohms;

3. ТКЧ тензорезисторов принимает значения: αд=(1, 5, 10)·10-4 1/°С;3. TKH strain gages takes values: α d = (1, 5, 10) · 10 -4 1 / ° C;

4. нелинейность ТКЧ тензорезисторов принимает следующие значения::

Figure 00000026
;4. the nonlinearity of the TFC strain gages takes the following values:
Figure 00000026
 ;

5. ТКС входного сопротивления: αвх=5·10-4 1/°C;5. TKS input resistance: α I = 5 · 10 -4 1 / ° C;

6. нелинейность ТКС входного сопротивления:

Figure 00000027
;6. nonlinearity of the TCS input impedance:
Figure 00000027
 ;

7. ТКС компенсационного резистора: ακ=4·10-3 1/°С;7. TCS compensation resistor: α κ = 4 · 10 -3 1 / ° C;

8. Величина термозависимого резистора Rαвх=(1, 10, 50, 100).8. The value of the thermally dependent resistor R αin = (1, 10, 50, 100).

Результаты расчетов представлены в таблице 1.The calculation results are presented in table 1.

Анализ полученных данных (см. таблицу 1) позволяет сделать следующие выводы:Analysis of the data obtained (see table 1) allows us to draw the following conclusions:

1. Нелинейность ТКЧ мостовой цепи зависит от номинала термозависимого резистора Rαвх.1. The nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit depends on the value of the thermally dependent resistor R αin .

2. При малых значениях номинала резистора Rαвх порядка 1 Ом нелинейность ТКЧ мостовой цепи в основном определяется нелинейностью ТКЧ тензорезисторов, установленных на упругом элементе (фиг.1).2. For small values of the resistor value R αin of the order of 1 Ohm, the non-linearity of the TFC of the bridge circuit is mainly determined by the non-linearity of the TFC of the strain gages mounted on the elastic element (Fig. 1).

3. При включении термозависимого резистора Rαвх нелинейность ТКЧ мостовой цепи смещается в область отрицательных значений, когда номинал составляет 10 Ом и более.3. When a thermally dependent resistor R αin is turned on, the non-linearity of the DC -link circuit of the bridge circuit shifts to the region of negative values when the nominal value is 10 Ω or more.

Таблица 1Table 1 Влияние резистора Raex на нелинейность ТКЧ мостовой цепиThe effect of the Raex resistor on the nonlinearity of the DC-link circuit

Figure 00000028
, 1/°С
Figure 00000028
 , 1 / ° С Δαвх·10-6, 1/°СΔα in · 10 -6 , 1 / ° С
Figure 00000029
Figure 00000029
 Δαд·10-6, 1/°СΔα d · 10 -6 , 1 / ° С Rαвх R αin Δαдо·10-6, 1/°СΔα to · 10 -6 , 1 / ° С 55 -5-5 1one 1one 1one 1,2081,208 1010 4,0124,012 50fifty 33,30533,305 100one hundred 96,27396,273 55 -5-5 1one 55 1one 5,2055.205 1010 7,8947,894 50fifty 37,17637,176 100one hundred 100,043100,043 55 -5-5 1one 1010 1one 10,20110,201 1010 12,94812,948 50fifty 42,01542,015 100one hundred 104,755104,755 55 -5-5 55 1one 1one 0,6080.608 1010 -1,878-1.878 50fifty 5,9315,931 100one hundred 45,88345,883 55 -5-5 55 55 1one 4,6054,605

Продолжение таблицы 1Continuation of table 1

Figure 00000028
, 1/°С
Figure 00000028
 , 1 / ° С Δαвх·10-6, 1/°СΔα in · 10 -6 , 1 / ° С
Figure 00000030
Figure 00000030
 Δαд·10-6, 1/°СΔα d · 10 -6 , 1 / ° С Rαвх R αin Δαдо·10-6, 1/°СΔα to · 10 -6 , 1 / ° С 55 -5-5 55 55 1010 2,0932,093 50fifty 9,8029,802 100one hundred 49,65349,653 55 -5-5 55 1010 1one 9,6029,602 1010 7,0587,058 50fifty 14,64114,641 100one hundred 54,36554,365 55 -5-5 1010 1one 1one -0,141-0.141 1010 -9,241-9,241 50fifty -28,286-28,286 100one hundred -17,105-17.105 55 -5-5 1010 55 1one 3,8563,856 1010 -5,269-5,269 50fifty -24,415-24,415 100one hundred -13,335-13,335 55 -5-5 1010 1010 1one 8,8528,852 1010 -0,305-0.305 50fifty -19,576-19,576 100one hundred -8,623-8,623

Таким образом, подбором номинала термозависимого резистора Rαвх можно преобразовать положительную нелинейность ТКЧ мостовой цепи в отрицательную.Thus, by selecting the value of the thermally dependent resistor R αin, it is possible to convert the positive nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit into negative.

Области применения прототипа определяется системой неравенств:The scope of the prototype is determined by the system of inequalities:

Figure 00000031
Figure 00000031

С учетом системы (11) применение прототипа возможно, когда нелинейность ТКЧ мостовой цепи Δαдо≤-2·10-6 1/°С. По этой причине для преобразования положительной нелинейности в отрицательную, обеспечивающую применение прототипа, следует решить следующее уравнение:Given the system (11), the use of the prototype is possible when the non-linearity of the DC-link circuit of the bridge circuit Δα is up to ≤-2 · 10 -6 1 / ° С. For this reason, to convert positive nonlinearity into negative, which ensures the use of the prototype, the following equation should be solved:

Figure 00000032
Figure 00000032

С целью определения областей преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи датчика в отрицательную была произведена оценка номинала термозависимого резистора Rαвх, необходимого для преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, когда это возможно, при шунтировании входного сопротивления мостовой цепи термонезависимым резистором Rш, номинал которого равен входному сопротивлению мостовой цепи. Для этого было решено уравнение (12) при следующих условиях:In order to determine the areas for converting the positive non-linearity of the DC current factor of the sensor bridge circuit to negative, we evaluated the value of the thermally dependent resistor R αin , which is necessary to convert the positive nonlinearity of the DC current factor of the bridge circuit to negative, when possible, bypassing the input resistance of the bridge circuit with a thermally independent resistor R w , the value of which equal to the input impedance of the bridge circuit. For this, equation (12) was solved under the following conditions:

1) Входное сопротивление мостовой цепи: Rвх=1000 Ом;1) Input resistance of the bridge circuit: R I = 1000 Ohms;

2) Сопротивление шунта равно входному сопротивлению датчика: Rш=1000 Ом;2) The resistance of the shunt is equal to the input resistance of the sensor: R w = 1000 Ohms;

3) ТКЧ тензорезисторов принимает значения: αд=(0…10)·10-4 1/°С;3) TKH strain gages takes values: α d = (0 ... 10) · 10 -4 1 / ° C;

4) нелинейность ТКЧ тензорезисторов принимает следующие значения: Δαд=(0, 1, 5, 10)·10-4 1/°С;4) the non-linearity of the TSC strain gages takes the following values: Δα d = (0, 1, 5, 10) · 10 -4 1 / ° С;

5) ТКС входного сопротивления:

Figure 00000033
;5) TKS input resistance:
Figure 00000033
 ;

6) нелинейность ТКС входного сопротивления:

Figure 00000034
;6) nonlinearity of the TCS input resistance:
Figure 00000034
 ;

7) ТКС компенсационного резистора: ακ=4·10-3 1/°С.7) TKS compensation resistor: α κ = 4 · 10 -3 1 / ° C.

При оценке области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную рассматривалось одно из предельных значений нелинейности ТКС входного сопротивления (Δαвх=-5·10-6 1/°С), поскольку ранее был проведен численный эксперимент, который позволил установить, что влияние нелинейности ТКС входного сопротивления на предельное значение нелинейности ТКЧ мостовой цепи, при котором возможно преобразование положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, во всем диапазоне возможных значений ТКС входного сопротивления и его нелинейности является малым (не более 2%).When evaluating the transform domain positive nonlinearity TCF bridge circuit in the negative considered one of the limiting values of nonlinearity TCR of the input resistance (Δα in = -5 · 10 -6 1 / ° C) as a numerical experiment was conducted previously, which revealed that the effect of nonlinearity TCS of the input resistance to the limiting value of the nonlinearity of the DCS bridge circuit, at which it is possible to convert the positive nonlinearity of the DCS bridge circuit to negative, in the entire range of possible values of TCS input with disobedience and its nonlinearity is small (less than 2%).

Поскольку с ростом номинала термозависимого резистора Rαвх происходит уменьшение чувствительности датчика, то при расчетах номинала резистора Rαвх следует выбирать меньший из корней.Since, with an increase in the value of the thermally dependent resistor R αin , the sensitivity of the sensor decreases, when calculating the value of the resistor R αin , the smaller of the roots should be chosen.

Результаты расчетов для Δαд=(0, 1, 5, 10)·10-4 1/°С 1/°С приводятся в таблице 2, в которую вносили меньший из корней уравнения (12), когда преобразование положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную возможно.The calculation results for Δα d = (0, 1, 5, 10) · 10 -4 1 / ° С 1 / ° С are given in Table 2, into which the smallest of the roots of equation (12) was introduced, when the transformation of the positive nonlinearity of the DC-link bridge circuit negative is possible.

Таблица 2table 2 Пределы области получения отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепиThe limits of the field for obtaining negative nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit

Figure 00000028
, 1/°С
Figure 00000028
 , 1 / ° С Δαвх·10-6, 1/°СΔα in · 10 -6 , 1 / ° С Δαд·10-6, 1/°СΔα d · 10 -6 , 1 / ° С
Figure 00000035
Figure 00000035
 Rαвх, ОмR αin , Ohm 00 -5-5 00 1,9811,981 Корней нетNo roots 1,9821,982 12,44412,444 10,00010,000 1,2641,264 00 -5-5 1one 2,4242,424 Корней нетNo roots 2,4252,425 15,50815,508

Продолжение таблицы 2Continuation of table 2

Figure 00000028
, 1/°С
Figure 00000028
 , 1 / ° С Δαвх·10-6, 1/°СΔα in · 10 -6 , 1 / ° С Δαд·10-6, 1/°СΔα d · 10 -6 , 1 / ° С
Figure 00000036
Figure 00000036
 Rαвх, ОмR αin , Ohm 00 -5-5 1one 10,00010,000 1,9071,907 00 -5-5 55 3,6973,697 Корней нетNo roots 3,6983,698 24,22424,224 10,00010,000 4,5614,561 00 -5-5 1010 4,8294,829 Корней нетNo roots 4,8304,830 32,53732,537 10,00010,000 8,0818,081 1one -5-5 00 2,4742,474 Корней нетNo roots 2,4752,475 2,6162,616 10,00010,000 1,3481,348 1one -5-5 1one 2,9182,918 Корней нетNo roots 2,9192,919 15,71715,717 10,00010,000 2,0352,035 1one -5-5 55 4,1904,190 Корней нетNo roots 4,1914,191 24,49524,495 10,00010,000 4,8804,880 1one -5-5 1010 5,3225,322 Корней нетNo roots 5,3235,323 32,71232,712 10,00010,000 8,6818,681 55 -5-5 00 4,3134,313 Корней нетNo roots 4,3144,314 13,45513,455 10,00010,000 1,7701,770

Продолжение таблицы 2Continuation of table 2

Figure 00000028
, 1/°С
Figure 00000028
 , 1 / ° С Δαвх·10-6, 1/°СΔα in · 10 -6 , 1 / ° С Δαд·10-6, 1/°СΔα d · 10 -6 , 1 / ° С
Figure 00000037
Figure 00000037
 Rαвх, ОмR αin , Ohm 55 -5-5 1one 4,7574,757 Корней нетNo roots 4,7584,758 16,75616,756 10,00010,000 2,6822,682 55 -5-5 55 6,0296.029 Корней нетNo roots 6,0306.030 25,68725,687 10,00010,000 6,5356,535 55 -5-5 1010 7,1607,160 Корней нетNo roots 7,1617,161 34,45434,454 10,00010,000 11,92311,923 1010 -5-5 00 6,2826,282 Корней нетNo roots 6,2836,283 14,27214,272 10,00010,000 2,5842,584 1010 -5-5 1one 6,7266,726 Корней нетNo roots 6,7276,727 17,59017,590 10,00010,000 9,5009,500 1010 -5-5 55 7,9967,996 Корней нетNo roots 7,9977,997 27,54427,544 10,00010,000 10,05910,059 1010 -5-5 1010 9,1269,126 Корней нетNo roots 9,1279,127 36,16336,163 20,13720,137

Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы:Analysis of the results allows us to draw the following conclusions:

1. С помощью схемы компенсации, состоящей из термозависимого резистора Rαвх, установленного в цепь питания мостовой схемы, входное сопротивление которой зашунтировано термонезависмым резистором Rш, можно преобразовать положительное значение нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательное в ограниченной области значений ТКЧ тензорезисторов и ТКС входного сопротивления мостовой цепи.1. Using a compensation circuit consisting of a thermally dependent resistor R αin installed in the power supply circuit of the bridge circuit, the input resistance of which is shunted by a thermally independent resistor R w , it is possible to convert a positive value of the non-linearity of the DC current factor of the bridge circuit into a negative value in a limited range of values of the DC-DC strain gages and TKS of the input resistance bridge chain.

2. Область преобразования сокращается с ростом положительной нелинейности ТКЧ тензорезисторов для всех значений ТКС входного сопротивления, см. фиг 2, таблицу 3.2. The conversion region decreases with increasing positive nonlinearity of the DC-DC strain gages for all values of the input resistance TCS, see Fig. 2, table 3.

3. Область преобразования сокращается с ростом ТКС входного сопротивления.3. The conversion area decreases with the increase of the input resistance TCS.

4. Область преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную сокращается с уменьшением ТКЧ мостовой цепи.4. The area of transformation of the positive nonlinearity of the TFC of the bridge circuit to negative decreases with a decrease in the TFC of the bridge circuit.

5. ТКЧ мостовой цепи в области преобразования уменьшается по сравнению с ТКЧ тензорезисторов.5. The DC coupler of the bridge circuit in the conversion area decreases compared to the DC coupler of strain gauges.

На основе результатов решения уравнения (12) были установлены области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, заданные таблицей 3.Based on the results of solving equation (12), the regions of transformation of the positive nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit into negative were defined as given in Table 3.

Таблица 3Table 3 Пределы области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательнуюThe limits of the region of transformation of the positive nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit into negative Нелинейность ТКЧ тензорезистора Δαд·10-6, 1/°СThe non-linearity of the TSC strain gage Δα d · 10 -6 , 1 / ° C Минимальное значение ТКЧ тензорезистора

Figure 00000038
The minimum value of the TCC strain gage
Figure 00000038
 00 0,4301·αвх+1,982·10-4 0.4301 · α in + 1.982 · 10 -4 1one 0,4301·αвх+2,426·10-4 0.4301 · α in + 2.426 · 10 -4 22 0,4300·αвх+2,800·10-4 0.4300 · α in + 2.800 · 10 -4 33 0,4299·αвх+3,129·10-4 0.4299 · α in + 3.129 · 10 -4

Продолжение таблицы 3Continuation of table 3 Нелинейность ТКЧ тензорезистора Δαд·10-6, 1/°СThe non-linearity of the TSC strain gage Δα d · 10 -6 , 1 / ° C Минимальное значение ТКЧ тензорезистора

Figure 00000039
The minimum value of the TCC strain gage
Figure 00000039
 4four 0,4299·αвх+3,426·10-4 0.4299 · α in + 3.426 · 10 -4 55 0,4299·αвх+3,698·10-4 0.4299 · α in + 3.698 · 10 -4 66 0,4298·αвх+3,952·10-4 0,4298 · α Rin + 3.952 x 10 -4 77 0,4298·αвх+4,189·10-4 0.4298 · α in + 4.189 · 10 -4 88 0,4297·αвх+4,414·10-4 0.4297 · α in + 4.414 · 10 -4 99 0,4297·αвх+4,627·10-4 0.4297 · in + 4.627 · 10 -4 1010 0,4297·αвх+4,830·10-4 0,4297 · α Rin + 4.830 x 10 -4

Для проверки правильности предложенного решения произведем расчет компенсационных элементов и мультипликативной чувствительности датчика после компенсации.To verify the correctness of the proposed solution, we will calculate the compensation elements and the multiplicative sensitivity of the sensor after compensation.

ПримерExample

Произвести компенсацию мультипликативной температурной погрешности и определить температурные чувствительности датчика с равноплечей мостовой измерительной цепью при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур, с учетом следующих исходных данных:Compensate for the multiplicative temperature error and determine the temperature sensitivities of the sensor with an equal arm bridge measuring circuit at temperatures corresponding to the limits of the operating temperature range, taking into account the following initial data:

- сопротивления тензорезисторов: R1=R2=R3=R4=1000 Ом;- resistance of strain gages: R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 1000 Ohms;

- ТКС термозависимых резисторов Rαвх и Rαвых составляет: αк=4·10-3 1/°С;- TCS of thermally dependent resistors R αin and R αout is: α to = 4 · 10 -3 1 / ° C;

- ТКС выходного сопротивления при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур:

Figure 00000040
Figure 00000041
 ;- TKS output resistance at temperatures corresponding to the limits of the operating temperature range:
Figure 00000040
Figure 00000041
 ;

- ТКС входного сопротивления при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур:

Figure 00000042
Figure 00000043
 ;- TKS input resistance at temperatures corresponding to the limits of the operating temperature range:
Figure 00000042
Figure 00000043
 ;

- ТКЧ тензорезисторов при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур:

Figure 00000044
Figure 00000045
 ;- TKH strain gages at temperatures corresponding to the limits of the operating temperature range:
Figure 00000044
Figure 00000045
 ;

- суммарное относительное изменение сопротивления тензорезисторов при номинальном значении измеряемого параметра

Figure 00000046
;- the total relative change in the resistance of the strain gages at the nominal value of the measured parameter
Figure 00000046
 ;

- температурный диапазон эксплуатации датчика: 20±100°С;- temperature range of operation of the sensor: 20 ± 100 ° C;

- напряжение питания Uпит=10 В.- supply voltage U pit = 10 V.

Поскольку нелинейность ТКЧ мостовой цепи

Figure 00000047
и сопротивление источника питания пренебрежимо мало, то для обеспечения отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи датчика следует включить термозависимый резистор Rαвх в цепь питании и произвести шунтирование входного сопротивления термонезависимым шунтом Rш. Для проверки возможности применения предлагаемого схемного способа следует проверить принадлежность ТКЧ мостовой цепи и его нелинейности области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную. С учетом того, что
Figure 00000048
 ,
Figure 00000049
 , в соответствии с таблицей (3) область преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную определяется неравенством:Since the nonlinearity of the DC-circuit bridge circuit
Figure 00000047
 and if the resistance of the power source is negligible, then to ensure the negative nonlinearity of the DC current factor of the sensor bridge circuit, a thermally dependent resistor R αin should be included in the power circuit and the input resistance must be shunted with a thermally independent shunt R w . To verify the applicability of the proposed circuit method, it is necessary to verify the affiliation of the DC circuit of the bridge circuit and its nonlinearity in the region of transformation of the positive nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit into negative. Given the fact that
Figure 00000048
 ,
Figure 00000049
 , in accordance with table (3), the region of transformation of the positive nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit into negative is determined by the inequality:

Figure 00000050
.
Figure 00000050
 .

Выполнение данного неравенства позволяет сделать вывод о том, что преобразовать положительную нелинейность ТКЧ мостовой цепи в отрицательную можно путем включения термозависимого резисторами Rαвх в цепь питания мостовой цепи, входное сопротивление которой зашунтировано термонезависимым резистором Rш.The fulfillment of this inequality allows us to conclude that it is possible to convert the positive nonlinearity of the DC coupler of the bridge circuit into negative by connecting the thermally dependent resistors R αin to the power supply circuit of the bridge circuit, the input resistance of which is shunted by the thermally independent resistor R w .

Выходное сопротивление зашунтированной мостовой цепи составит:The output impedance of a shunted bridge circuit is:

Figure 00000051
.
Figure 00000051
 .

ТКС входного сопротивления зашунтированной мостовой цепи, в соответствии с (5) при t+=120°С:TCS of input resistance of a shunted bridge circuit, in accordance with (5) at t + = 120 ° С:

Figure 00000052
.
Figure 00000052
 .

При t-=-80°С ТКС зашунтированной мостовой цепи составит:At t - = -80 ° С, the TCS of the shunted bridge circuit will be:

Figure 00000053
.
Figure 00000053
 .

Для вычисления номинала термозависимого резистора Rαвх следует решить уравнение (12):To calculate the value of the thermally dependent resistor R αin should solve the equation (12):

Figure 00000054
.
Figure 00000054
 .

Решением данного уравнения является номинал Rαвх=20,138 Ом. В этом случае номинальный выходной сигнал, в соответствии с (6), составит:The solution to this equation is the nominal value R αin = 20.138 Ohms. In this case, the nominal output signal, in accordance with (6), will be:

Figure 00000055
Figure 00000055

При температуре t+=120°С выходное напряжение мостовой цепи в соответствии с (7) составит:At a temperature t + = 120 ° С, the output voltage of the bridge circuit in accordance with (7) will be:

Figure 00000056
Figure 00000056

При температуре t-=-80°С выходное напряжение мостовой цепи составит:At a temperature t - = -80 ° C, the output voltage of the bridge circuit will be:

Figure 00000057
Figure 00000057

Тогда ТКЧ мостовой цепи после включения термозавсимого резистора Rαвх составит:Then the DC circuit of the bridge circuit after turning on the thermally dependent resistor R αin will be:

Figure 00000058
;
Figure 00000058
 ;

Figure 00000059
;
Figure 00000059
 ;

С учетом ТКС выходного сопротивления мостовой цепи

Figure 00000060
, полученного значения ТКЧ мостовой цепи
Figure 00000061
 и его нелинейности Δαд=-2·10-6 1/°С система (11), определяющая область применения прототипа, примет вид:Including TCS output circuit resistance
Figure 00000060
 obtained value of DCB bridge circuit
Figure 00000061
 and its nonlinearity Δα d = -2 · 10 -6 1 / ° C system (11), which determines the scope of the prototype, will take the form:

Figure 00000062
Figure 00000062

Приведенная система подтверждает, что для компенсации мультипликативной температурной погрешности можно включить термозависимый резистор Rαвых, зашунтированный термонезависимым резистором Rдвых, в выходную диагональ мостовой цепи датчика. Сопротивление нагрузки должно составлять Rн≤2 кОм. Допустим, что датчик после включения компенсационных резисторов будет подключен к нагрузке Rн=2 кОм. Для вычисления номиналов компенсационных резисторов необходимо решить следующую систему уравнений в соответствии с прототипом:Reduced system confirms that compensation for the multiplicative error temperature can include temperature-dependent resistor R αvyh shunted termonezavisimym dvyh resistor R, the output diagonal of the bridge circuit sensor. The load resistance should be R n ≤2 kOhm. Suppose that the sensor after turning on the compensation resistors will be connected to the load R n = 2 kOhm. To calculate the values of the compensation resistors, it is necessary to solve the following system of equations in accordance with the prototype:

Figure 00000063
Figure 00000063

Решением данной системы уравнений являются следующие номиналы компенсационных резисторов: Rαвых=513,671 Ом, Rдвых=5,021·109 Ом. При включении компенсационных элементов схема примет вид, изображенный на фиг.3.The solution to this system of equations is the following values of the compensation resistors: R αout = 513.671 Ohms, R double = 5.021 · 10 9 Ohms. When you turn on the compensation elements, the circuit will take the form shown in figure 3.

Для оценки мультипликативной чувствительности следует вычислить выходной сигнал датчика при нормальных условиях и при воздействии температуры. Номинал резистора Rдвых является довольно большим, поэтому для компенсации мультипликативной температурной погрешности достаточно установить только термозависимый резистор Rαвых=513,671 Ом.To evaluate the multiplicative sensitivity, the sensor output should be calculated under normal conditions and when exposed to temperature. The value of the resistor R two is quite large, therefore, to compensate for the multiplicative temperature error, it is sufficient to install only the temperature-dependent resistor R αout = 513.671 Ohms.

Номинальный выходной сигнала датчика после компенсации температурной погрешности составит:The nominal output signal of the sensor after compensation of the temperature error will be:

Figure 00000064
.
Figure 00000064
 .

При температуре t+=120°С выходной сигнал датчика составит:At a temperature t + = 120 ° С, the sensor output signal will be:

Figure 00000065
Figure 00000065

При температуре t-=-80°С выходной сигнал датчика составит:At a temperature t - = -80 ° C, the output signal of the sensor will be:

Figure 00000066
Figure 00000066

С учетом полученных выходных напряжений датчика в соответствии с прототипом мультипликативная чувствительность датчика к температуре составит:Given the obtained output voltage of the sensor in accordance with the prototype, the multiplicative sensitivity of the sensor to temperature will be:

Figure 00000067
;
Figure 00000067
 ;

Figure 00000068
.
Figure 00000068
 .

Таким образом, полученная после компенсации чувствительность значительно меньше предельно допустимого значения температурной чувствительности (Skt=10-4 1/°С).Thus, the sensitivity obtained after compensation is significantly less than the maximum permissible temperature sensitivity (S kt = 10 -4 1 / ° С).

Предлагаемый способ полной компенсации мультипликативной температурной погрешности показал высокую точность компенсации, которая зависит только от точности изготовления компенсационных резисторов и точности определения физических характеристик тензорезисторов.The proposed method for full compensation of the multiplicative temperature error showed a high accuracy of compensation, which depends only on the accuracy of manufacturing compensation resistors and the accuracy of determining the physical characteristics of strain gauges.

Claims (1)

Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом положительной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика, заключающийся в том, что при сопротивлении нагрузки Rн>500 кОм определяют температурный коэффициент чувствительности (ТКЧ) мостовой цепи
Figure 00000001
 и
Figure 00000002
 для диапазона температур Δt+=t+-t0 и Δt-=t--t0, где t0, t+, t- - нормальная температура, верхний и нижний предел рабочего диапазона температур соответственно, вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи
Figure 00000069
 , если нелинейность ТКЧ мостовой цепи принимает отрицательное значение, то при сопротивлении нагрузки Rн≤2 кОм определяют выходное сопротивление мостовой цепи, ТКС выходного сопротивления мостовой цепи для диапазона температур Δt+ и Δt-, проверяют нахождение ТКЧ мостовой цепи и нелинейности ТКЧ мостовой цепи в области применения и, если параметры датчика находятся в области применения, вычисляют номинал резисторов Rαвых и Rдвых, устанавливают термозависимый резистор Rαвых, зашунтированный термонезависимым резистором Rдвых, в выходную диагональ мостовой цепи датчика, отличающийся тем, что, если нелинейность ТКЧ мостовой цепи принимает положительной значение, то после определения нелинейности ТКЧ мостовой цепи и до определения выходного сопротивления мостовой цепи, а также ТКС выходного сопротивления мостовой цепи, преобразуют положительную нелинейность ТКЧ мостовой цепи в отрицательную путем включения термозависимого резистора Rαвх в диагональ питания мостовой цепи, входное сопротивление которой шунтируется термонезависимым резистором Rш, для чего определяют при RH>500 кОм ТКЧ тензорезисторов
Figure 00000070
 и
Figure 00000071
 для диапазона температур Δt+ и Δt- соответственно, вычисляют нелинейность ТКЧ тензорезисторов
Figure 00000072
 определяют величину входного сопротивления Rвх, ТКС входного сопротивления
Figure 00000073
 ,
Figure 00000074
 для диапазона температур Δt+ и Δt- соответственно, выявляют нахождение
Figure 00000070
 и Δαд в области, заданной таблицей
Нелинейность ТКЧ тензорезистора Δαд·10-6, 1/°С Минимальное значение ТКЧ тензорезистора
Figure 00000075
 , 1/°C 0 0,4301·αвх+1,982·10-4 1 0,4301·αвх+2,426·10-4 2 0,4300·αвх+2,800·10-4 3 0,4299·αвх+3,129·10-4 4 0,4299·αвх+3,426·10-4 5 0,4299·αвх+3,698·10-4 6 0,4298·αвх+3,952·10-4 7 0,4298·αвх+4,189·10-4 8 0,4297·αвх+4,414·10-4 9 0,4297·αвх+4,627·10-4 10 0,4297·αвх+4,830·10-4

если
Figure 00000076
 и Δαд удовлетворяют условиям, приведенным в таблице, принимают номинал шунта Rш равным входному сопротивлению датчика, определяют величину номинала термозависимого резистора Rαвх, решая уравнение:
Figure 00000077
где
Figure 00000078
 - ТКС входного сопротивления мостовой цепи, зашунтированной термонезависимым резистором Rш;
включают термозависимый резистор Rαвх в диагональ питания мостовой цепи датчика, термонезависимым резистором Rш шунтируют входное сопротивление мостовой цепи, определяют ТКЧ мостовой цепи датчика и его нелинейность после включения термозависимого резистора Rαвх и термонезависимого резистора Rш. A method for tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit based on a multiplicative temperature error taking into account the positive non-linearity of the temperature characteristic of the sensor output signal, namely, when the load resistance R n > 500 kOhm, the temperature sensitivity coefficient (TCR) of the bridge circuit is determined
Figure 00000001
 and
Figure 00000002
 for the temperature range Δt + = t + -t 0 and Δt - = t - -t 0 , where t 0 , t + , t - is the normal temperature, the upper and lower limits of the operating temperature range, respectively, the nonlinearity of the DC-link circuit
Figure 00000069
 , if the non-linearity of the DC circuit of the bridge circuit takes a negative value, then when the load resistance R n ≤2 kOhm, the output resistance of the bridge circuit is determined, the TCS of the output resistance of the bridge circuit for the temperature range Δt + and Δt - , check whether the TCR of the bridge circuit and the nonlinearity of the TCR of the bridge circuit in application and, if the sensor parameters are in the scope, calculating the value of resistors R and R αvyh dvyh is set temperature-dependent resistor R αvyh shunted termonezavisimym dvyh resistor R, to yield the diagonal of the sensor bridge circuit, characterized in that if the non-linearity of the TCD bridge circuit takes a positive value, then after determining the non-linearity of the TCD bridge circuit and before determining the output resistance of the bridge circuit, as well as the TKS of the output resistance of the bridge circuit, the positive non-linearity of the TCR bridge circuit is converted into negative by including a thermally dependent resistor R αin the diagonal of the power supply of the bridge circuit, the input resistance of which is shunted by a thermally independent resistor R w , for which I determine t at R H > 500 kOhm TFC strain gages
Figure 00000070
 and
Figure 00000071
 for the temperature range Δt + and Δt - respectively, calculate the nonlinearity of the TFC strain gages
Figure 00000072
 determine the value of the input resistance R I , TCS input resistance
Figure 00000073
 ,
Figure 00000074
 for the temperature range Δt + and Δt - respectively, the finding
Figure 00000070
 and Δα d in the area specified by the table
The non-linearity of the TSC strain gage Δα d · 10 -6 , 1 / ° C The minimum value of the TCC strain gage
Figure 00000075
 , 1 / ° C 0 0.4301 · α in + 1.982 · 10 -4 one 0.4301 · α in + 2.426 · 10 -4 2 0.4300 · α in + 2.800 · 10 -4 3 0.4299 · α in + 3.129 · 10 -4 four 0.4299 · α in + 3.426 · 10 -4 5 0.4299 · α in + 3.698 · 10 -4 6 0,4298 · α Rin + 3.952 x 10 -4 7 0.4298 · α in + 4.189 · 10 -4 8 0.4297 · α in + 4.414 · 10 -4 9 0.4297 · in + 4.627 · 10 -4 10 0,4297 · α Rin + 4.830 x 10 -4

if
Figure 00000076
 and Δα d satisfy the conditions given in the table, take the shunt value R w equal to the input resistance of the sensor, determine the value of the value of the thermally dependent resistor R αin , solving the equation:
Figure 00000077
Where
Figure 00000078
 - TKS input resistance of the bridge circuit, shunted by a thermally independent resistor R W ;
include the thermally dependent resistor R αin to the diagonal of the power supply of the sensor bridge circuit, the thermally independent resistor R w shunts the input resistance of the bridge circuit, determines the TCD of the sensor bridge circuit and its nonlinearity after turning on the thermally dependent resistor R αin and the thermally independent resistor R w .
RU2012131202/28A 2012-07-20 2012-07-20 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)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131202/28A RU2506534C1 (en) 2012-07-20 2012-07-20 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012131202/28A RU2506534C1 (en) 2012-07-20 2012-07-20 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

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2506534C1 true RU2506534C1 (en) 2014-02-10

Family

ID=50032311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012131202/28A RU2506534C1 (en) 2012-07-20 2012-07-20 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

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2506534C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4173148A (en) * 1977-10-07 1979-11-06 Hitachi, Ltd Semiconductor strain gauge with temperature compensator
GB2370122A (en) * 2000-12-16 2002-06-19 Senstronics Ltd Temperature compensated strain gauges
RU2408839C1 (en) * 2009-11-06 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" 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) * 2010-10-15 2012-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" 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) * 2010-10-15 2012-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" 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) * 2010-10-15 2012-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" 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

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4173148A (en) * 1977-10-07 1979-11-06 Hitachi, Ltd Semiconductor strain gauge with temperature compensator
GB2370122A (en) * 2000-12-16 2002-06-19 Senstronics Ltd Temperature compensated strain gauges
RU2408839C1 (en) * 2009-11-06 2011-01-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" 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) * 2010-10-15 2012-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" 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) * 2010-10-15 2012-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" 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) * 2010-10-15 2012-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" 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

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
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
CN103033384B (en) A kind of calibration method of the intelligent lifting jack calibrating indicating device based on embedded platform
CN109443488A (en) A kind of high-precision fuel quantity measurement method with temperature-compensating
CN106546361A (en) The reduction of nonlinearity erron in car force sensor
CN102519666B (en) Digital temperature compensation system and method
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
CN109489789A (en) A kind of scale and method of measurable quadrangle weight value
CN210123318U (en) Strain measurement circuit based on strain gauge
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
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
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
TWI477754B (en) Pressure detecting circuit
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
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
RU2307317C1 (en) Method of adjusting strain gages
RU2540449C1 (en) Method to generate status of intelligent sensor measurement results
RU2307997C1 (en) Method of adjusting strain-gages
RU2302611C1 (en) Substituded mode of tuning of resistive-strain sensors with a bridge measuring circuit on a multiplicative temperature error
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
RU2569923C1 (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
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
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: 20140721