CN113093848A - 一种基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻电路及方法，包括恒流源电路、开关电路、压频转换电路和定时电路；恒流源电路包括依次连接的D/A转换电路和恒流源输出电路；开关电路包括双刀单掷继电器，双刀单掷继电器第一刀的一端连接恒流源输出电路的输出端，另一端通过应变片的调阻头阳极连接应变片阳极焊盘；第二刀的一端连接压频转换电路输入端，另一端通过应变片的调阻头阴极与应变片丝珊连接；压频转换电路包括采样电阻和压频转换输出电路，采样电阻连接双刀单掷继电器，压频转换输出电路并联在采样电阻的两端；定时电路包括定时器，定时器输入端与压频转换输出电路的输出端连接，定时器的信号输出端与开关电路的使能端连接。
Description
技术领域
本发明属于电阻应变片制造领域，涉及一种基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻电路及方法。
背景技术
基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻电路及方法，一般分为在充满腐蚀液的情况下在应变片两端施加恒流源，然后应变片的金属离子在电场的作用下进行迁移，使得应变片丝珊截面积减小，从而使应变片阻值发生变化。之后通过测量电路采集得到应变片阻值。与目标阻值比对，如果大于目标阻值则标记为废片，小于目标阻值的则继续重复调阻过程。直到测量阻值和目标阻值相等。可以看出，电化学调阻方式是一个不可逆的过程，应变片阻值只能增大不能减小。一旦调节超过目标阻值，只能宣告调节失败。
现有的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻过程，一般只输出固定的恒流源，利用目标阻值和实际测得阻值之间的差值确定恒流源持续的时间。但在实际工况中，腐蚀液的浓度、调阻头的磨损程度、以及调阻头相对应变片的位置，都会使得作用于应变片的恒流源难以保持恒定大小，这样就会使得每次作用与应变片的调节功率与理论计算均不一样，就会造成调阻次数变多以及调阻失败。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻电路及方法，快速对电阻应变片进行阻值调节、减少调阻失败次数，提高调阻合格率。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻电路，包括恒流源电路、开关电路、压频转换电路和定时电路；
恒流源电路包括依次连接的D/A转换电路和恒流源输出电路；
开关电路包括双刀单掷继电器，双刀单掷继电器的第一刀的一端连接恒流源输出电路的输出端，第一刀的另一端通过应变片的调阻头阳极连接应变片阳极焊盘；双刀单掷继电器的第二刀的一端连接压频转换电路输入端，第二刀的另一端通过应变片的调阻头阴极与应变片丝珊连接；
压频转换电路包括采样电阻和压频转换输出电路，采样电阻连接双刀单掷继电器的第二刀的一端，压频转换输出电路并联在采样电阻的两端；
定时电路包括定时器，定时器输入端与压频转换输出电路的输出端连接，定时器的信号输出端与开关电路的使能端连接。
优选的，恒流源输出电路的电流为2mA-20mA。
一种基于上述任意一项所述电路的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，包括以下步骤；
步骤一，设置恒流源电路的恒流源驱动电压，设置最大调阻次数和目标电阻与待调电阻的合格品误差；
步骤二，计算应变片的电阻调节量；
步骤三，根据应变片的电阻调节量计算应变片变化的电压所对应的脉冲数；
步骤四，将脉冲数输入至定时器中，开始调阻，压频转换电路输出的频率信号作为计数时钟，每来一个脉冲信号，脉冲数减一，当脉冲数减至零时，定时器停止工作，结束调阻；
步骤五，重复步骤二至四，直到应变片的电阻调节量小于等于合格品误差，记为合格品；若重复步骤二至四超过最大调阻次数，电阻调节量依然大于合格品误差，则标记为废品。
优选的，步骤一中，恒流源驱动电压为3V-12V。
优选的，步骤一中，最大调阻次数为1-12次。
优选的，步骤一中，目标电阻与待调电阻的合格品误差为0.001Ω-1Ω。
优选的，步骤二中，应变片的电阻调节量的计算公式为：
其中ΔR为电阻调节量，Rm为应变片的目标电阻，Rx为应变片的当前电阻。
优选的，脉冲数为：
其中CN为脉冲数，R0为采样电阻的电阻值，K1为应变片电阻变化量与电荷变化量的比值，K2为压频转换系数，ΔR为应变片的电阻调节量。
进一步，将计算得到的脉冲数减少5％-20％后，再输入至定时器中。
优选的，调阻时，将应变片浸泡在调阻液中，调阻完成后，将应变片从调阻液中取出。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明由于采用了恒流源电路、开关电路、压频转换电路以及定时电路组成的纯硬件闭环控制电路，可以实时采样实际调阻过程中的实际调阻电流，只需要系统输入待调量，即可快速对调阻过程中的实际调节功率进行控制，以达到目标要求。此外，相比较于软件采样，加闭环控制调节输出，纯硬件闭环控制电路速度更快，同时也可以降低整个系统对主控芯片的选型要求，与传统通过AD采集模拟信号相比，本电路具有稳定性高、扩展性好、成本低等特点。
本发明由于采用了初始化参数、计算电阻调节量、计算定时器脉冲数、定时器调阻时间控制以及合格品判定等步骤，结合调阻电路，可以智能调节待调应变片阻值至目标阻值范围，具有智能判定应变计合格品与废品的功能，此外还可以改变最大调阻次数，来改变调阻合格率与调阻效率的平衡。
附图说明
图1为本发明的电路示意图；
图2为本发明的频率计数示意图；
图3为本发明的调阻方法流程图。
其中：1-恒流源电路；2-开关电路；3-压频转换电路；4-定时电路；5-调阻头；6-应变片；7-调阻液。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，为本发明所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻电路，包括恒流源电路1、开关电路2、压频转换电路3和定时电路4。
恒流源电路1：恒流源电路1为调阻过程提供持续的电流供应，恒流源电路1由两部分组成：一部分为D/A转换电路，即通过软件程序改变输出电压Us的大小；另一部分由运放、三极管、电阻和电容等组成的恒流源输出电路，其电流Is＝Us/Rs，其中Is的范围一般为2mA-20mA，D/A转换电路和恒流源输出电路依次连接，D/A转换电路输入端连接控制终端，如电脑。
开关电路2：开关电路2一般由双刀单掷继电器组成，双刀单掷继电器的第一刀的一端连接恒流源输出电路的输出端，第一刀的另一端通过应变片6的调阻头5阳极连接应变片6阳极焊盘；双刀单掷继电器的第二刀的一端连接压频转换电路3输入端，第二刀的另一端通过应变片6的调阻头5阴极与应变片6丝珊连接。开关电路2控制调阻过程中电流Is接通与断开，继电器吸合，电流Is接通，应变片6在化学腐蚀液作用下进行调阻，继电器断开，应变片6调阻停止。
压频转换电路3：压频转换电路3包括采样电阻和压频转换输出电路，采样电阻连接双刀单掷继电器的第二刀的一端，压频转换输出电路并联在采样电阻的两端，压频转换电路3首先将流过应变片6的做功电流Ir，通过采样电阻R0，将做功电流Ir转换为Ur。然后通过压频转换输出电路将Ur转换为脉冲频率F。压频转换电路3一般由放大器、标准电容、比较器和开关组成。
定时电路4：定时电路4包括定时器，定时器输入端与压频转换输出电路的输出端连接，定时器的信号输出端与开关电路2的使能端连接。
启动调阻过程即应变片6在调阻液7环境中，通过一定的调阻电流，关闭调阻过程即应变计撤离调阻液7环境，并断开调阻电流。
定时电路4首先通过软件写入与调节电阻△R对应的定时脉冲数CN，然后启动调阻，将开关电路2继电器吸合，吸合后Ir流经应变片6，之后通过将压频转换电路3得到的脉冲频率值F作为脉冲计数时钟信号。每来一个脉冲频率信号F，则定时脉冲数CN减一，当定时脉冲数CN减到零时，定时器到时输出端输出低电平，开关电路2断开，调阻终止。
如图3所示，为本发明所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，包括以下步骤。
步骤S1:初始化参数
初始化参数主要为：软件设置恒流源驱动电压Us，US电压范围一般为3V-12V；软件设置最大调阻次数M，超过M次调阻终止，M的范围一般为1-12次；软件设置目标电阻与待调电阻的合格品误差err，合格品误差err的范围一般为0.001Ω-1Ω。
步骤S2计算应变片6的电阻调节量ΔR；
目标电阻记为Rm，测得当前电阻记为Rx，则要调整的电阻为：
步骤S3:计算定时器初值CN；
应变片6阻值的变化即应变片6敏感栅的截面积的变化，即在电场作用下应变片6敏感栅金属材料失去电子，受到腐蚀脱离时转移的电子数量即电荷变化，若K1为应变片6的电阻变化量与电荷变化量的比值。则有
ΔR＝K1·ΔQ
其中，电荷的变化量ΔQ即是对调阻时间内T流过电流的积分
根据压频转换电路3得Ur随时间的变化有，
式中K2为压频转换系数，F(t)表示在时间t时刻，电压Ur(t)所对应的脉冲数个数。
则有，
将式带入式得
由于压频转换电路3中电容的存在，它将连续时间t的电流信号，转为为离散时间信号，即t＝n*Ct，其中n为自然数1,2,3…，Ct为电容充满电的时间。若将Ct单位化记为1，则将式变更为式
式中
表示了在调阻时间T内的，变化的电压Ur(t)所对应的总的脉冲数个数，如图2所示，记
则待调电阻电荷的变化量ΔQ与定时器输入脉冲数CN正相关，则有
将式带入式得
最后，求解CN为
式中，R0为流过应变片6做功电流的采样电阻的电阻；K1与应变片6材料和调阻液7成分有关，须通过实验确定；K2为压频转换系数，通过对电路结构分析确定。
由于实际情况下，为避免阻值超调，造成浪费。往往有意降低
从而减少脉冲数5％-20％，使得阻值经过多次调节逐渐逼近目标阻值Rm。
步骤S4:定时器调阻时间控制
将S3步骤计算出来的CN值，装入定时器中，同时启动调阻过程，定时器在压频转换电路3输出的频率信号F(t)作为计数时钟下，每来一个脉冲信号，则进行CN值减一，当CN值减到零时，定时器工作结束，关闭调阻过程。
步骤S5:合格品判定
重复步骤S2、S3、S4，直到电阻调节量△R小于等于合格品误差err，记为合格品；若重复步骤S2、S3、S4超过M次，电阻调节量△R依然大于合格品误差err，则标记为废品。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻电路，其特征在于，包括恒流源电路(1)、开关电路(2)、压频转换电路(3)和定时电路(4)；
恒流源电路(1)包括依次连接的D/A转换电路和恒流源输出电路；
开关电路(2)包括双刀单掷继电器，双刀单掷继电器的第一刀的一端连接恒流源输出电路的输出端，第一刀的另一端通过应变片(6)的调阻头(5)阳极连接应变片(6)阳极焊盘；双刀单掷继电器的第二刀的一端连接压频转换电路(3)输入端，第二刀的另一端通过应变片(6)的调阻头(5)阴极与应变片(6)丝珊连接；
压频转换电路(3)包括采样电阻和压频转换输出电路，采样电阻连接双刀单掷继电器的第二刀的一端，压频转换输出电路并联在采样电阻的两端；
定时电路(4)包括定时器，定时器输入端与压频转换输出电路的输出端连接，定时器的信号输出端与开关电路(2)的使能端连接。
2.根据权利要求1所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻电路，其特征在于，恒流源输出电路的电流为2mA-20mA。
3.一种基于权利要求1-2任意一项所述电路的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，其特征在于，包括以下步骤；
步骤一，设置恒流源电路(1)的恒流源驱动电压，设置最大调阻次数和目标电阻与待调电阻的合格品误差；
步骤二，计算应变片(6)的电阻调节量；
步骤三，根据应变片(6)的电阻调节量计算应变片(6)变化的电压所对应的脉冲数；
步骤四，将脉冲数输入至定时器中，开始调阻，压频转换电路(3)输出的频率信号作为计数时钟，每来一个脉冲信号，脉冲数减一，当脉冲数减至零时，定时器停止工作，结束调阻；
步骤五，重复步骤二至四，直到应变片(6)的电阻调节量小于等于合格品误差，记为合格品；若重复步骤二至四超过最大调阻次数，电阻调节量依然大于合格品误差，则标记为废品。
4.根据权利要求3所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，其特征在于，步骤一中，恒流源驱动电压为3V-12V。
5.根据权利要求3所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，其特征在于，步骤一中，最大调阻次数为1-12次。
6.根据权利要求3所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，其特征在于，步骤一中，目标电阻与待调电阻的合格品误差为0.001Ω-1Ω。
7.根据权利要求3所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，其特征在于，步骤二中，应变片(6)的电阻调节量的计算公式为：
其中ΔR为电阻调节量，Rm为应变片(6)的目标电阻，Rx为应变片(6)的当前电阻。
8.根据权利要求3所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，其特征在于，脉冲数为：
其中CN为脉冲数，R0为采样电阻的电阻值，K1为应变片(6)电阻变化量与电荷变化量的比值，K2为压频转换系数，ΔR为应变片(6)的电阻调节量。
9.根据权利要求8所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，其特征在于，将计算得到的脉冲数减少5％-20％后，再输入至定时器中。
10.根据权利要求3所述的基于电化学腐蚀方法的电阻应变片调阻方法，其特征在于，调阻时，将应变片(6)浸泡在调阻液(7)中，调阻完成后，将应变片(6)从调阻液(7)中取出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210709 |