RU2079102C1 - Method for tuning of integral strain-measuring bridge using power supply - Google Patents

Method for tuning of integral strain-measuring bridge using power supply Download PDF

Info

Publication number
RU2079102C1
RU2079102C1 RU94013136A RU94013136A RU2079102C1 RU 2079102 C1 RU2079102 C1 RU 2079102C1 RU 94013136 A RU94013136 A RU 94013136A RU 94013136 A RU94013136 A RU 94013136A RU 2079102 C1 RU2079102 C1 RU 2079102C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
resistor
strain
output signal
resistance
Prior art date
Application number
RU94013136A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94013136A (en
Inventor
В.И. Назаров
А.И. Ворожбитов
А.В. Потапов
А.В. Кузекмаев
Original Assignee
Научно-исследовательский институт физических измерений
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 Научно-исследовательский институт физических измерений filed Critical Научно-исследовательский институт физических измерений
Priority to RU94013136A priority Critical patent/RU2079102C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2079102C1 publication Critical patent/RU2079102C1/en
Publication of RU94013136A publication Critical patent/RU94013136A/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: instruments. SUBSTANCE: method involves measuring of resistance of power supply diagonal of strain-measuring bridge for different temperature values, measuring of variation range of output signal of strain-measuring bridge for same temperature values when strain-measuring bridge is fed by power supply, connection of temperature-stable resistor in parallel to power supply diagonal of strain-measuring bridge, measuring initial output signal from strain-measuring bridge and additional of compensating resistor in one are of bridge. Resistance of power supply diagonal of strain-measuring bridge is measured for three different temperature values which correspond to lower, middle and upper points of temperature variation range. Before connection of temperature-stable resistor, additional resistor which resistance depends on temperature in same way as that of power supply diagonal is connected in series to power supply diagonal of strain-measuring bridge. Said temperature-stable resistor is being connected in parallel to power supply diagonal and temperature-sensitive resistor. Then initial output signal from strain-measuring bridge is measured when bridge is fed by power supply for two temperature values which correspond to lower and upper limits of temperature variation range. Then variation range of output signal for temperature which corresponds to middle points of temperature variation range is measured. Value of resistance of compensating resistor is calculated. Said compensating resistor is made from material which temperature sensitivity coefficient is by two orders of magnitude greater than temperature sensitivity coefficient of strain-measuring resistors. EFFECT: increased precision. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам настройки интегральных тензометрических мостов, предназначенных для работы в условиях переменных температур. The invention relates to measuring equipment, and in particular to methods of tuning integrated strain gauge bridges designed to operate in variable temperatures.

Известен способ настройки интегрального тензомоста с питанием от источника тока, заключающийся в том, что измеряют сопротивление диагонали питания тензомоста при двух различных температурах, измеряют начальный выходной сигнал тензомоста при питании его от источника постоянного напряжения для тех же двух значений температур, по полученным данным определяют требуемое значение напряжения на выходе тензомоста, затем устанавливают это напряжение путем введения в одно из плеч места в зависимости от знака аддитивной температурной чувствительности, компенсационного резистора, выполненного из того же материала, что и другие резисторы тензомоста /1/. There is a method of tuning an integrated strain gage powered by a current source, which consists in measuring the resistance of the power supply diagonal of the strain gage at two different temperatures, measuring the initial output signal of the strain gage when it is powered from a constant voltage source for the same two temperatures, using the data obtained, determine the required the voltage value at the output of the strain bridge, then this voltage is established by introducing a place in one of the arms depending on the sign of the additive temperature sensitivity elnosti, compensation resistor made of the same material as the other resistors tenzomosta / 1 /.

Недостатком этого способа настройки является то, что он позволяет стабилизировать только начальный выходной сигнал тензомоста. The disadvantage of this tuning method is that it allows you to stabilize only the initial output signal of the strain gage.

Наиболее близким техническим решением является способ настройки интегрального тензомоста с питанием от источника тока, заключающийся в том, что для стабилизации чувствительности тензомоста подключают параллельно диагонали питания тензомоста термостабильный резистор, сопротивления которого определяют из результатов измерений сопротивления диагонали питания при двух различных температурах и по результатам измерений диапазона изменения выходного сигнала для тех же температур при питании тензомоста от источника тока, а температурную коррекцию начального выходного сигнала осуществляют путем введения в плечи поста компенсационных резисторов, сопротивления которых подбирают, устанавливая на выходе тензомоста требуемое значение напряжения, рассчитанное по результатам измерения начального выходного сигнала для тех же двух значений температуры при питании моста от источника напряжения /2/. The closest technical solution is the method of setting up an integrated strain gage powered by a current source, which means that to stabilize the sensitivity of the strain gage, a thermostable resistor is connected in parallel to the strain gage power diagonals, the resistances of which are determined from the measurement results of the resistance of the power diagonal at two different temperatures and according to the measurement results of the range changes in the output signal for the same temperatures when feeding the strain gage from the current source, and th correction of the initial output signal is carried out by introducing the post into the shoulders of compensation resistors, the resistances of which are selected by setting output tenzomosta desired voltage value based on the results of measuring the initial output signal for the same two values of the temperature when supplied from a voltage source axle / 2 /.

Однако данный способ имеет следующий недостаток. Температурная коррекция чувствительности описанным способом зависит от температурного коэффициента сопротивления (ТКС) диагонали питания тензомоста и недостаточно эффективно в случае, когда этот коэффициент мал (1•10-5 5•10-5 1/oC), а когда температурный коэффициент модуля упругости подлежки, на которой сформирован тензомост, противоположен по знаку температурным коэффициентам тензорезисторов, описанный способ неэффективен еще в большей степени.However, this method has the following disadvantage. The temperature correction of sensitivity in the described way depends on the temperature coefficient of resistance (TCS) of the diagonal of the strain gage power supply and is not effective enough when this coefficient is small (1 • 10 -5 5 • 10 -5 1 / o C), and when the temperature coefficient of elastic modulus is subject to , on which the strain gage is formed, is opposite in sign to the temperature coefficients of the strain gages, the described method is even more ineffective.

Технической задачей способа является повышение точности за счет стабилизации чувствительности
Технический результат достигается тем, что в способе настройки, включающем измерение сопротивления диагонали питания тензомоста при различных температурах, измерения диапазона и изменение выходного сигнала тензомоста для тех же температур при питании тензомоста от источника тока, подключения параллельно диагонали питания тензомоста термостабильного резистора, измерение начального выходного сигнала тензомоста и введение в одно из плеч моста термокомпенсационного резистора, измерении сопротивления диагонали питания тензомоста и диапазона изменения выходного сигнала проводят при трех различных температурах, соответствующих нижней, средней и верхней точкам рабочего диапазона температур, перед подключением термостабильного резистора включают последовательно с диагональю питания термозависимый резистор с ТКС того же знака, что и у диагонали питания моста, причем термостабильный резистор подключают параллельно включениям последовательно диагонали питания и термозависимому резистору, а для определения значений сопротивления термозависимого и термостабильного резисторов используют выражения:

Figure 00000002

Figure 00000003

где Rт1(T2) значение сопротивления термозависимого резистора при температуре Т2, Ом
R(Т1), R(Т2), R(Т3) сопротивление диагонали питания тензомоста при температурах Т1, Т2, Т3 соответственно, Ом,
αRC ТКС термостабильного резистора, 1/oC,
Vтр<Vд1) нормативная величина диапазона изменения выходного сигнала тензомоста от воздействия номинального значения измеряемой величины, мВ,
Vд1), Vд2), Vд3) - диапазоны изменения выходного сигнала тензомоста от воздействия измененного значения измеряемой величины при температурах Т1, Т2, Т3 соответственно, мВ,
α + Rти - Rти ТКС термозависимого резистора в интервале температур от Т2 до Т3 и от Т2 до Т1 соответственно, 1/oC,
Т1, Т2, Т3 значения температуры, соответствующие нижней, средней и верхней точкам рабочего диапазона температур тензомоста, С.The technical task of the method is to increase accuracy by stabilizing the sensitivity
The technical result is achieved by the fact that in the tuning method, which includes measuring the resistance of the strain gage power diagonal at different temperatures, measuring the range and changing the output signal of the strain gage for the same temperatures when supplying the strain gage from a current source, connecting a thermostable resistor to the strain gage power diagonal, measuring the initial output signal strain bridge and the introduction into one of the shoulders of the bridge thermal compensation resistor, measuring the resistance of the power diagonal of the strain bridge and d The output signal changes range is carried out at three different temperatures, corresponding to the lower, middle and upper points of the operating temperature range. Before connecting the thermostable resistor, a thermo-dependent resistor with a TCS of the same sign as that of the bridge diagonal is connected in series with the power diagonal, and the thermostable resistor is connected in parallel inclusions in series of the power diagonal and the temperature-dependent resistor, and to determine the values of the resistance of the temperature-dependent and thermostable resistors use the expressions:
Figure 00000002

Figure 00000003

where R t1 (T 2 ) is the resistance value of a temperature-dependent resistor at a temperature of T 2 , Ohm
R (T 1 ), R (T 2 ), R (T 3 ) the resistance of the diagonal of the strain bridge power supply at temperatures T 1 , T 2 , T 3, respectively, Ohm,
α RC TCS thermostable resistor, 1 / o C,
V Tr <V d (T 1 ) the standard value of the range of the output signal of the strain bridge from the influence of the nominal value of the measured value, mV,
V d (T 1 ), V d (T 2 ), V d (T 3 ) - ranges of changes in the output signal of the tensor bridge from the influence of the changed value of the measured value at temperatures T 1 , T 2 , T 3, respectively, mV,
α + Rti , α - Rti TCS of a temperature-dependent resistor in the temperature range from T 2 to T 3 and from T 2 to T 1, respectively, 1 / o C,
T 1 , T 2 , T 3 temperature values corresponding to the lower, middle and upper points of the operating temperature range of the tensor bridge, C.

Затем проводят измерение начального выходного сигнала тензомоста при питании его от источника тока для двух значений температур, соответствующих нижней и верхней точкам рабочего диапазона температур, измерение диапазона изменения выходного сигнала при температуре, соответствующей средней точке рабочего диапазона температур, и по полученным данным определяют значение сопротивления компенсационного резистора, предназначенного для температуры коррекции начального выходного сигнала и выполненного из материала с ТКС на два порядка выше ТКС тензорезисторов, по формуле:

Figure 00000004

где: RT02) значение сопротивления компенсационного резистора при температуре Т2, Ом,
Vд2) диапазон изменения выходного сигнала тензомоста от воздействия номинального значения измеряемой величины при температуре Т2, измеряемый до подключения резисторов RТи, Rс, мВ,
Figure 00000005
диапазон изменения выходного сигнала тензомоста от воздействия измененного значения измеряемой величины при температуре T2, измерений после подключения резисторов RТи, Rс мВ,
αRTo ТКС компенсационного резистора, 1/oС,
Vн1), Vн3) значения начального выходного сигнала тензометра при температурах Т1, Т3 соответственно, мВ,
Iпит1), Iпит3) значения тока питания тензомоста при температурах Т1, Т3 соответственно, МА.Then, the initial output signal of the strain gage is measured when it is powered from the current source for two temperature values corresponding to the lower and upper points of the working temperature range, the range of the output signal is measured at a temperature corresponding to the midpoint of the working temperature range, and the value of the compensation resistance is determined from the obtained data a resistor designed for the temperature correction of the initial output signal and made of material with TCS two orders of magnitude you TKS strain gages, according to the formula:
Figure 00000004

where: R T0 (T 2 ) is the resistance value of the compensation resistor at a temperature of T 2 , Ohm,
V d (T 2 ) the range of the output signal of the strain gage from the influence of the nominal value of the measured value at temperature T 2 , measured before connecting the resistors R Ti , R s , mV,
Figure 00000005
the range of the output signal of the strain gauge from the impact of the changed value of the measured value at temperature T 2 , measurements after connecting the resistors R Ti , R with mV,
α RTo TCS compensation resistor, 1 / o С,
V n (T 1 ), V n (T 3 ) the values of the initial output signal of the strain gauge at temperatures T 1 , T 3, respectively, mV,
I pit (T 1 ), I pit (T 3 ) the current values of the tensor bridge power supply at temperatures T 1 , T 3, respectively, MA.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что для стабилизации чувствительности в цепь питания тензомоста дополнительно включают термозависимый резистор, имеющий ТКС одного знака с ТКС диагонали питания тензомоста, причем термозависимый резонатор подключают последовательно с двигательно питания тензомоста, а термостабильный параллельно диагонали питания тензомоста и термозависимому резистору. A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the claimed method differs from the known one in that, to stabilize the sensitivity, the strain gage power supply circuit additionally includes a temperature-dependent resistor having the same sign TCS with the strain gage power supply diagonal, and the thermally dependent resonator is connected in series with the motor supply of the strain gage, and thermostable parallel to the diagonal of the strain gage power supply and the temperature-dependent resistor.

Сопротивление термозависимого и термостабильного резисторов определяют по результатам измерений сопротивления диагонали питания тензомоста при трех различных температурах и по результатам измерений диапазона изменения выходного сигнала для тех же температур при питании тензомоста от источника тока. The resistance of the thermally dependent and thermostable resistors is determined by measuring the resistance of the load bridge diagonal at three different temperatures and by measuring the range of the output signal for the same temperatures when the bridge is powered by a current source.

Температурную коррекцию начального выходного сигнала осуществляют включением в одно из плеч места компенсационного резонатора с ТКС на два порядка больше ТКС тензорезисторов, сопротивление которого определяют по результатам измерения и начального выходного сигнала для двух значений температур, соответствующих нижней и верхней температурам рабочего диапазона температур и по результату измерения диапазона изменения выходного сигнала при температуре, соответствующей средней точке рабочего диапазона температур. The temperature correction of the initial output signal is carried out by including in one of the arms of the compensation cavity with the TCS two orders of magnitude more TCS strain gages, the resistance of which is determined by the measurement results and the initial output signal for two temperatures corresponding to the lower and upper temperatures of the operating temperature range and the measurement result the range of the output signal at a temperature corresponding to the midpoint of the operating temperature range.

На фиг. 1 представлен пример топологии и на фиг.2 электрическая схема интегрального тензомоста, предназначенного для настройки предлагаемым способом. In FIG. 1 presents an example of a topology and in FIG. 2 an electrical diagram of an integrated tensor bridge for adjustment by the proposed method.

Интегральный тензомост содержит рабочие тензорезисторы R1 - R4, компенсационный резистор Rта, изготовленный из материала с ТКС на два порядка больше ТКС тензорезисторов и закороченный в исходном состоянии перемычкой П1, контактные площадки К1-К7, а также дополнительный термозависимый резистор Rти с перемычками П27, имеющий ТКС одного знака с ТКС диагонали питания тензонаста.The integrated strain gage contains working strain gages R 1 - R 4 , a compensation resistor R that is made of a material with a TCS two orders of magnitude larger than a TCS strain gages and shorted in the initial state by a jumper P1, contact pads K1-K7, as well as an additional thermally dependent resistor R ty with jumpers P 2 -P 7 having a TKS of the same sign with the TKS of the diagonal of the tensonast nutrition.

Значения сопротивлений Rто, Rти при проектировании выбирают такими, чтобы они превышали продольно необходимо для температурной компенсации.The values of the resistances R then , R ty during designing are chosen such that they exceed the longitudinally necessary temperature compensation.

Дополнительный резистор Rс находится за пределами подложки, на которой сформирован тензомост, и представляет собой постоянный термостабильный резистор, например типа C2-36.The additional resistor R c is located outside the substrate on which the tensor bridge is formed, and is a constant thermostable resistor, for example, type C2-36.

Настройку интегрального тензомоста осуществляют следующим образом. Adjustment of the integrated tensor bridge is as follows.

При трех различных температурах Т1, Т2, Т3, соответствующих нижней, средней и верхней точкам рабочего диапазона температур тензомоста, измеряют сопротивление диагонали питания тензомоста R(T1), R(Т2), R(T3) между контактными площадками К2 и К7.At three different temperatures T 1 , T 2 , T 3 corresponding to the lower, middle, and upper points of the operating temperature range of the strain gage, measure the resistance of the power supply diagonal of the strain gage R (T 1 ), R (T 2 ), R (T 3 ) between the pads K 2 and K 7 .

Температуру Т2 выбирают, как правило, равной температуре нормальных климатических условий (25+10)oC. Подключают диагональ питания к источнику тока и измеряют диапазон изменения выходного сигнала тензомоста от воздействия номинального значения измеряемой величины для тех же значений температур Vд1), Vд2) и Vд3) при фиксированном значении тока питания Iпит. Рассчитывают значения сопротивления дополнительного термозависимого резистора Rти по формуле (I). Путем разрыва перемычек П16 устанавливают расчетные значения R. Рассчитывают по формуле (2) значение сопротивления термостабильного резистора Pc и выбирают из ряда постоянных резисторов, например типа C2-36 ОЖО, 467, 089 ТУ с ТКС не более +75•-6 1/oC в интервале температур от минус 60 до +155oC, наиболее близкий (в пределах +0,5%) по номиналу к расчетному значению.The temperature T 2 is chosen, as a rule, equal to the temperature of normal climatic conditions (25 + 10) o C. Connect the diagonal of the power supply to the current source and measure the range of the output signal of the tensor bridge from the influence of the nominal value of the measured value for the same temperature values V d (T 1 ), V d (T 2 ) and V d (T 3 ) at a fixed value of the supply current I pit . The resistance values of the additional thermally dependent resistor R ty are calculated by the formula (I). By breaking the jumpers P 1 -P 6 , the calculated values of R. are determined. Calculate the resistance value of the thermostable resistor P c according to formula (2) and choose from a number of constant resistors, for example, type C2-36 ОЖО, 467, 089 TU with TKS no more than + 75 -6 1 / o C in the temperature range from minus 60 to +155 o C, the closest (within + 0.5%) at face value to the calculated value.

Включают резисторы Rти и Rс в измерительную схему и подключают диагональ питания схемы к источнику тока. При температурах Т1 и Т3 измеряют значение начального выходного и сигнала тензомоста и при температуре Т2 диапазон изменения выходного питания от изменения номинального значения измеряемой величины. Рассчитывают по формуле (3) значения сопротивления компенсационного резистора и включают его в одно из плеч места в зависимости от знака температурного изменения начального выходного сигнала, удалив предварительно перемычку П1. Необходимое значение сопротивления компенсационного резистора подбирают, закорачивая отдельные участки компенсационного резистора перемычками из золотой микропроволоки.They include the resistors R ty and R c in the measuring circuit and connect the diagonal of the circuit power to the current source. At temperatures T 1 and T 3 measure the value of the initial output and the signal of the strain gage and at temperature T 2 the range of changes in the output power from the change in the nominal value of the measured value. Calculate the resistance values of the compensation resistor according to formula (3) and include it in one of the shoulders of the place, depending on the sign of the temperature change in the initial output signal, having previously removed the jumper P 1 . The required value of the resistance of the compensation resistor is selected by short-circuiting individual sections of the compensation resistor with jumpers made of gold microwire.

Настройка тензомоста описанным способом позволяет стабилизировать его чувствительность и начальный уровень выходного сигнала при работе в широком диапазоне переменных температур. Setting the tensor bridge in the described way allows you to stabilize its sensitivity and the initial level of the output signal when working in a wide range of variable temperatures.

Физический смысл процесса компенсации температурных изменений чувствительности и начального выходного сигнала заключается в следующем. The physical meaning of the process of compensating for temperature changes in sensitivity and the initial output signal is as follows.

При работе в условиях переменных температур происходит изменение чувствительности тензомоста. Величина изменения чувствительности зависит от ТКС тензорезисторов, от температурного коэффициента тензочувствительности материала тензорезисторов, от температурного коэффициента модуля упругости подложки, на которой сформирован тензомост. When working in conditions of variable temperatures, the sensitivity of the strain gage changes. The magnitude of the sensitivity change depends on the TCS of the strain gages, on the temperature coefficient of the strain sensitivity of the material of the strain gages, on the temperature coefficient of the elastic modulus of the substrate on which the strain gage is formed.

Шунтирование диагонали питания тензомоста термостабильным резистором вызывает распределение тока питания между диагональю тензомоста и шунтирующим резистором. При изменении температуры изменяется сопротивление диагонали питания за счет ее ТКС, что приводит к перераспределению тока между термостабильным резистором и диагональю питания тензомоста. Bypassing the diagonal of the strain gage power supply with a thermostable resistor causes a distribution of the supply current between the diagonal of the strain gage and the shunt resistor. When the temperature changes, the resistance of the power diagonal changes due to its TCS, which leads to the redistribution of current between the thermostable resistor and the power diagonal of the strain gage.

Рассчитав соответствующим образом сопротивление термостабильного резистора, можно осуществить компенсацию температурного изменения чувствительности и тензомоста обратно пропорциональным изменением тока, протекающего через диагональ питания. By appropriately calculating the resistance of the thermostable resistor, it is possible to compensate for the temperature change in sensitivity and strain gage by an inversely proportional change in the current flowing through the power diagonal.

Однако этот способ компенсации эффективен только при достаточно большом значении ТКС диагонали питания. Если же ТКС диагонали питания ≈5•10-5 1/oC, а величина изменения чувствительности обычно оказывается больше той величины, на которую она может быть скомпенсирована изменением тока питания моста.However, this compensation method is effective only with a sufficiently large TCS value of the power diagonal. If the TCS of the supply diagonal is ≈5 • 10 -5 1 / o C, and the magnitude of the sensitivity change is usually greater than the value by which it can be compensated by the change in the bridge supply current.

Указанный недостаток устраняется в способе настройки увеличением ТКС диагонали питания на необходимую величину путем включения последовательно с диагональю питания термозависимого резистора с ТКС того же знака, что и ТКС диагонали питания. При этом термостабильный резистор включается параллельно термозависимому резистору и диагонали питания. Сопротивление термозависимого и термостабильного резисторов рассчитывают таким образом, чтобы любое температурное изменение чувствительности компенсировалось обратно пропорциональным изменением тока питания моста. This drawback is eliminated in the method of adjusting the power supply diagonal by increasing the TCS by the required value by turning on a thermally dependent resistor in series with the power supply diagonal with the TCS of the same sign as the supply diagonal TCS. In this case, the thermostable resistor is connected in parallel with the thermally dependent resistor and the power diagonal. The resistance of the thermally dependent and thermostable resistors is calculated so that any temperature change in sensitivity is compensated by an inversely proportional change in the supply current of the bridge.

Эффективность предлагаемого способа настройки подтверждена экспериментально. Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 1. Определение температурных погрешностей проводилось в диапазоне температур от минус 60 до +165oC.The effectiveness of the proposed tuning method is confirmed experimentally. The results of experimental studies are shown in table 1. The determination of temperature errors was carried out in the temperature range from minus 60 to +165 o C.

У существующих тензорезисторных датчиков давления, например Вт206, Вт212, температурные погрешности нуля и чувствительности составляют соответственно +0,02% oC и +0,05% oC. Таким образом, результаты экспериментов показывают, что проведение настройки предлагаемым способом позволяет на порядок повысить стабильность начального выходного сигнала и чувствительности тензомостов в диапазоне температур от минус 60 до +165oC.For existing strain gauge pressure sensors, for example, W206, W212, the temperature errors of zero and sensitivity are respectively + 0.02% o C and + 0.05% o C. Thus, the experimental results show that the adjustment of the proposed method allows to increase by an order of magnitude the stability of the initial output signal and the sensitivity of the strain gauges in the temperature range from minus 60 to +165 o C.

Вывод формул (1), (2) осуществлен следующим образом. The derivation of formulas (1), (2) is carried out as follows.

При питании тензомоста постоянным током выходной сигнал тензомоста (диапазон изменения выходного и сигнала Vд(Т) связан с током питания Iпит тензомоста соотношением
uд(T) = ΔR(T)•Iпит (4)
где ΔR(T) изменение сопротивления плеч тензомоста от входной величины (например давления).
When powered by direct current tenzomosta tenzomosta output signal (and the range of variation of the output signal V d (T) associated with a current power ratio I pit tenzomosta
u d (T) = ΔR (T) • I pit (4)
where ΔR (T) is the change in the resistance of the shoulders of the strain gage from the input quantity (for example, pressure).

При включении источника постоянного тока согласно предлагаемой схеме справедливы следующие соотношения:
Rc(T2) = Rc(Ti)•[1+αRC•(T2-Ti)], (5)

Figure 00000006

Rти(T2) = Rти(Ti)•[1+αRти•(T2-Ti)], (7)
Ic+Iд=Iпит (8)
Figure 00000007

где Rс2), Rсi) значение сопротивления термостабильного резистора при значениях температуры Т2 или Тi, принимающей значение Т1 при i=1 или Т3 при i=3 соответственно,
αRC температурный коэффициент сопротивления (ТКС) термостабильного резистора в интервале температур от Т2 до Тi,
R(Т2), R(Тi) значения сопротивления диагонали питания тензомоста при значениях температуры Т2 и Тi соответственно,
Rти(T2), Rтиi) -значения сопротивления термозависимого резистора при значениях температуры Т2 и Тi,
αRTи ТКС термозависимого резистора и интервала температур от Т2 до Тi,
Ic, Iд значения тока, протекающего через резисторы Rc и Rти соответственно,
Iпит значение тока питания схемы.When you turn on the DC source according to the proposed scheme, the following relationships are true:
R c (T 2 ) = R c (T i ) • [1 + α RC • (T 2 -T i )], (5)
Figure 00000006

R ty (T 2 ) = R ty (T i ) • [1 + α Rti • (T 2 -T i )], (7)
I c + I d = I pit (8)
Figure 00000007

where R c (T 2 ), R c (T i ) is the resistance value of the thermostable resistor at temperatures T 2 or T i taking the value T 1 at i = 1 or T 3 at i = 3, respectively
α RC temperature coefficient of resistance (TCS) of thermostable resistor in the temperature range from T 2 to T i ,
R (T 2 ), R (T i ) are the resistance values of the diagonal of the strain gage power supply at temperatures T2 and T i, respectively,
R ty (T 2 ), R ty (T i ) are the values of the resistance of the thermally dependent resistor at temperatures T 2 and T i ,
α RT and TCS of a temperature-dependent resistor and a temperature range from T 2 to T i ,
I c , I d the value of the current flowing through the resistors R c and R ty, respectively,
I pit value of the current supply circuit.

Iпит=const
uтр= ΔR(T)•Iд= const
где Vтр требуемое значение выходного сигнала, Vтр<V(Тi, Vтр<V(Т2)
При

Figure 00000008

С учетом формулы (10)
Figure 00000009

Или
Figure 00000010

Обознач.I pit = const
u Tr = ΔR (T) • I d = const
where V Tr the desired value of the output signal, V Tr <V (T i , V Tr <V (T 2 )
At
Figure 00000008

Given the formula (10)
Figure 00000009

Or
Figure 00000010

Designated by

Figure 00000011

Получаем
Figure 00000012

С другой стороны
Figure 00000013

Сделав необходимые преобразования после раскрытия скобок, получаем:
Figure 00000014

Обозначив:
Figure 00000015

Получаем
Figure 00000016

Или
R i ти (T2)•(Ci-Bi) = R(T2)•(Ai-Ci) (25)
Или
Figure 00000017

В общем случае
R 1 ти (T2) ≠ R 3 ти (T2) (27)
Поэтому расчет значения термозависимости резистора для интервала температур проведены по формуле:
Figure 00000018

Переобозначив
Figure 00000019

производя необходимые подстановки, получаем выражение для RТи2) в общем виде
Figure 00000020

Figure 00000021

Формулу для расчета Rто2) получаем, исходя из известного выражения для расчета термокомпенсационного сопротивления нуля (Проектирование датчиков для измерения механических величин под ред. Е.П.Осадчего, М, Машиностроение, 1979г.)
Figure 00000022

где rβ значение термокомпенсационного сопротивления нуля,
ar ТКС поста,
αβ ТКС компенсационного сопротивления,
r сопротивление одного плеча моста.
Figure 00000011

We get
Figure 00000012

On the other hand
Figure 00000013

Having made the necessary transformations after expanding the brackets, we get:
Figure 00000014

By marking:
Figure 00000015

We get
Figure 00000016

Or
R i tee (T 2 ) • (C i -B i ) = R (T 2 ) • (A i -C i ) (25)
Or
Figure 00000017

In general
R one tee (T 2 ) ≠ R 3 tee (T 2 ) (27)
Therefore, the calculation of the temperature dependence of the resistor for the temperature range is carried out according to the formula:
Figure 00000018

Redesignating
Figure 00000019

making the necessary substitutions, we obtain the expression for R Ti (T 2 ) in the general form
Figure 00000020

Figure 00000021

The formula for calculating R then (T 2 ) is obtained on the basis of the well-known expression for calculating thermal compensation zero resistance (Design of sensors for measuring mechanical quantities under the editorship of E.P. Osadchy, M, Mechanical Engineering, 1979)
Figure 00000022

where r β is the value of the temperature compensation resistance of zero,
a r TKS post,
α β TCS compensation resistance,
r resistance of one shoulder of the bridge.

Для определения ТКС моста необходимо знать величины выходного сигнала с тензомоста при двух температурах: Т1 и Т3.To determine the TCS of the bridge, it is necessary to know the magnitude of the output signal from the strain bridge at two temperatures: T 1 and T 3 .

Расчет проводится по формуле:

Figure 00000023

где Vн3), Vн(T1) величины выходного сигнала тензомоста при температурах Т3 и Т1 соответственно.The calculation is carried out according to the formula:
Figure 00000023

where V n (T 3 ), V n (T 1 ) the output signal of the tensor bridge at temperatures T 3 and T 1 respectively.

K=r1/r2=r3/r4 коэффициент симметрии моста (обычно К=1),
Vпит напряжение питания моста.
K = r1 / r2 = r3 / r4 is the symmetry coefficient of the bridge (usually K = 1),
V pit supply voltage of the bridge.

Поскольку выходной сигнал тензомоста прямо пропорционален напряжению питания и замеры выходного сигнала при различных температурах разнесены во времени для исключения влияния нестабильности, расчет ТКС моста следует проводить по формуле:

Figure 00000024

После подставки выражения для αr, формулы для rβ получим
Figure 00000025

Поскольку Vпит(Т) R(Т)•Iпит(Т),
где R(Т) сопротивление диагонали питания при питании тензомоста от источника постоянного тока,
Iпит(Т) ток питания тензомоста.Since the output signal of the strain gage is directly proportional to the supply voltage and the measurements of the output signal at different temperatures are spaced in time to eliminate the effect of instability, the calculation of the bridge TCS should be carried out according to the formula:
Figure 00000024

After substituting the expression for α r , the formula for r β we get
Figure 00000025

Since V pit (T) R (T) • I pit (T),
where R (T) is the resistance of the power diagonal when feeding the strain bridge from a DC source,
I pit (T) current supply of the strain gage.

Учитывая, что
uд(T) = ΔR(T)•Iпит(T) (36)
и реальный ток питания тензомоста зависит от степени гашения чувствительности за счет дополнительных сопротивлений RТи и Rс, причем

Figure 00000026

Вследствие малости ΔR (Т) (доли Ом) зависимостью ΔR от температуры можно пренебречь
Figure 00000027

или
Figure 00000028

С учетом этого в формулу для rβ введен коэффициент, равный отношению диапазонов изменения выходного сигнала до и после введения термокомпенсации чувствительности:
Figure 00000029

Преобразовав термокомпенсационное сопротивление нуля и его ТКС
rβ= βто(T2) αβ= αРто
и введя новые обозначения в выражение (41), получаем выражение (3) для значения сопротивления компенсационного резистора при температуре Т2.Given that
u d (T) = ΔR (T) • I pit (T) (36)
and the actual supply current of the strain gage depends on the degree of damping of the sensitivity due to additional resistances R Ti and R s , and
Figure 00000026

Due to the smallness of ΔR (T) (fraction of Ohm), the temperature dependence of ΔR can be neglected
Figure 00000027

or
Figure 00000028

With this in mind, a coefficient equal to the ratio of the ranges of the output signal before and after the introduction of thermal compensation of sensitivity was introduced into the formula for r β :
Figure 00000029

By transforming the thermal compensation resistance of zero and its TCS
r β = β then (T 2 ) α β = α Рто
and introducing new notation in expression (41), we obtain expression (3) for the resistance value of the compensation resistor at temperature T 2 .

Эффективность предлагаемого способа настройки подтверждена экспериментально. Результаты экспериментальных исследований приведены в таблице 2. Определение температурных погрешностей проводилось в диапазоне температур от минус 60 до +165oC.The effectiveness of the proposed tuning method is confirmed experimentally. The results of experimental studies are shown in table 2. The determination of temperature errors was carried out in the temperature range from minus 60 to +165 o C.

У существующих тензорезистивных датчиков давления, например Вт206, Вт212, температурные погрешности нуля и чувствительности составляют соответственно +0,02%/oC и +0,05%/oC. Таким образом, результаты эксперимента показывают, что проведение настройки предлагаемым способом позволяет на порядок повысить стабильность начального выходного сигнала и чувствительности тензомостов в диапазоне температур от минус 60 до +165oC.For existing strain gauge pressure sensors, for example W206, W212, the temperature errors of zero and sensitivity are respectively + 0.02% / o C and + 0.05% / o C. Thus, the experimental results show that the adjustment by the proposed method allows order to increase the stability of the initial output signal and the sensitivity of the strain gauges in the temperature range from minus 60 to +165 o C.

Claims (1)

Способ настройки интегрального тензомоста с питанием от источника тока, заключающийся в том, что измеряют сопротивление диагонали питания тензомоста при различных температурах, измеряют диапазон изменения выходного сигнала тензомоста для тех же значений температур при питании тензомоста от источника тока, затем подключают параллельно диагонали питания тензомоста термостабильный резистор, измеряют начальный выходной сигнал тензомоста и вводят в одно из плеч компенсирующий резистор, отличающийся тем, что сопротивление диагонали питания тензомоста и диапазон изменения выходного сигнала измеряют при трех различных температурах, соответствующих нижней, средней и верхней точкам рабочего диапазона температур, перед подключением термостабильного резистора включают последовательно с диагональю питания термозависимый резистор с температурным коэффициентом сопротивления того же знака, что и у диагонали питания моста, причем термостабильный резистор подключают параллельно диагонали питания и включенному последовательно с ней термозависимому резистору, а для определения требуемых значений сопротивлений термозависимого и термостабильного резисторов используют выражения
Figure 00000030

Figure 00000031

где R значение сопротивления термозависимого резистора при температуре T2, Ом;
R(T1), R(T2), R(T3) сопротивление диагонали питания тензомоста при температурах T1, T2, T3 соответственно, Ом;
αRC ТКС термостабильного резистора, oC-1;
Uтp <Uд(T1) нормативная величина диапазона изменения выходного сигнала тензомоста от воздействия номинального значения измеряемой величины, мВ;
Uд(T1), Uд(T2), Uд(T3) - диапазоны изменения выходного сигнала тензомоста от воздействия номинального значения измеряемой величины при температурах T1, T2, T3 соответственно, мВ;
α + Rти - Rти ТКС термозависимого резистора в интервале температур от T2 до T3 и от T2 до T1 соответственно, oC-1;
T1, T2, T3 значения температуры, соответствующее нижней, средней и верхней точкам рабочего диапазона температур тензомоста, oC,
затем измеряют начальный выходной сигнал тензомоста при питании его от источника тока для двух значений температур, соответствующих нижней и верхней точкам рабочего диапазона температур, измеряют диапазон изменения выходного сигнала при температуре, соответствующей средней точке рабочего диапазона температур, а для определения значения сопротивления компенсационного резистора, выполненного из материала с температурным коэффициентом сопротивления на два порядка выше температурного коэффциента сопротивления тензорезисторов, используют выражение
Figure 00000032

где Rтo(T2) значение сопротивления компенсационного резистора при температуре T2, Ом;
Uд(T2) диапазон изменения выходного сигнала тензомоста от воздействия номинального значения измеряемой величины при температуре T2, измеренный до подключения резисторов Rти, Rc, мВ;
Figure 00000033
диапазон изменения выходного сигнала тензомоста от воздействия номинального значения измеряемой величины при температуре T2, измеренный после подключения резисторов Rти, Rc, мВ;
Figure 00000034
ТКС компенсационного резистора, oC-1;
Uн(T1), Uн(T2) значения начального выходного сигнала тензомоста при температурах T1 и T3 соответственно, мВ;
Iпит(T1), Iпит(T3) значения тока питания тензомоста при температурах T1 и T3 соответственно, мА.
A method for setting up an integrated strain gauge bridge powered by a current source, which consists in measuring the resistance of the strain gauge power diagonal at different temperatures, measuring the range of the output signal of the strain gauge for the same temperature values when feeding the strain gauge from the current source, then connect the thermostable resistor parallel to the strain gauge power diagonal , measure the initial output signal of the strain gage and introduce into one of the shoulders a compensating resistor, characterized in that the resistance of the diagonal of the feed the tensor bridge and the range of the output signal are measured at three different temperatures, corresponding to the lower, middle and upper points of the operating temperature range; before connecting the thermostable resistor, a thermally dependent resistor with a temperature coefficient of resistance of the same sign as the diagonal of the bridge power supply is connected in series with the power diagonal, moreover, the thermostable resistor is connected in parallel with the power diagonal and the thermally dependent resistor connected in series with it, and for The values of the resistance values of the thermally dependent and thermostable resistors use the expressions
Figure 00000030

Figure 00000031

wherein T and R are temperature dependent resistance value of the resistor at the temperature T 2, in ohms;
R (T 1 ), R (T 2 ), R (T 3 ) the resistance of the diagonal of the strain bridge power supply at temperatures T 1 , T 2 , T 3, respectively, Ohm;
α RC TCS thermostable resistor, o C -1 ;
U tp <U d (T 1 ) the standard value of the range of the output signal of the strain gage from the influence of the nominal value of the measured value, mV;
U d (T 1 ), U d (T 2 ), U d (T 3 ) are the ranges of the output signal of the tensor bridge from the influence of the nominal value of the measured value at temperatures T 1 , T 2 , T 3, respectively, mV;
α + Rti , α - Rti TCS of a temperature-dependent resistor in the temperature range from T 2 to T 3 and from T 2 to T 1, respectively, o C -1 ;
T 1 , T 2 , T 3 the temperature value corresponding to the lower, middle and upper points of the operating temperature range of the tensor bridge, o C,
then measure the initial output signal of the strain gage when it is supplied from the current source for two temperature values corresponding to the lower and upper points of the operating temperature range, measure the range of the output signal at a temperature corresponding to the midpoint of the operating temperature range, and to determine the resistance value of the compensation resistor made from a material with a temperature coefficient of resistance two orders of magnitude higher than the temperature coefficient of resistance of strain gauges, using zuyut expression
Figure 00000032

where R o (T 2 ) is the resistance value of the compensation resistor at a temperature of T 2 , Ohm;
U d (T 2 ) the range of the output signal of the strain gage from the influence of the nominal value of the measured value at a temperature T 2 measured before connecting the resistors R ty , R c , mV;
Figure 00000033
the range of the output signal of the strain gage from the influence of the nominal value of the measured value at a temperature T 2 measured after connecting the resistors R ty , R c , mV;
Figure 00000034
TCS compensation resistor, o C -1 ;
U n (T 1 ), U n (T 2 ) the values of the initial output signal of the tensor bridge at temperatures T 1 and T 3, respectively, mV;
I pit (T 1 ), I pit (T 3 ) values of the current supply of the strain bridge at temperatures T 1 and T 3, respectively, mA.
RU94013136A 1994-04-14 1994-04-14 Method for tuning of integral strain-measuring bridge using power supply RU2079102C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94013136A RU2079102C1 (en) 1994-04-14 1994-04-14 Method for tuning of integral strain-measuring bridge using power supply

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94013136A RU2079102C1 (en) 1994-04-14 1994-04-14 Method for tuning of integral strain-measuring bridge using power supply

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2079102C1 true RU2079102C1 (en) 1997-05-10
RU94013136A RU94013136A (en) 1997-06-20

Family

ID=20154709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94013136A RU2079102C1 (en) 1994-04-14 1994-04-14 Method for tuning of integral strain-measuring bridge using power supply

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2079102C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР N 1411571, кл. G 01 B 7/18, 1988. 2. Авторское свидетельство СССР N 1486767, кл. G 01 B 7/18, 1989. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU94013136A (en) 1997-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2041538B1 (en) Temperature measurement device and measurement method
KR940015465A (en) Weighing device
US4541286A (en) Gas pressure measuring circuit
RU2079102C1 (en) Method for tuning of integral strain-measuring bridge using power supply
US6107861A (en) Circuit for self compensation of silicon strain gauge pressure transmitters
EP0500631A1 (en) Transducer power supply
JPH102807A (en) Thermocouple measuring device
SU932212A1 (en) Strain gauge device
JP2674095B2 (en) Zero adjustment circuit of bridge circuit
SU1411571A1 (en) Method of setting up integrated circuit strain gauge bridges from stabilized current source
JP2531968B2 (en) Flow velocity sensor and flow velocity measuring device using the same
SU1486767A1 (en) Method of adjusting integrated strain-measuring bridge with power supply from the power source
SU559107A1 (en) Strain gauge device
KR830001352B1 (en) Semiconductor pressure detector with zero temperature compensation
SU855384A1 (en) Strain-gauge transducer
JPH0434091B2 (en)
KR19980084452A (en) Temperature compensation circuit of pressure sensor
JP2536822B2 (en) Temperature compensation circuit for weighing device
SU708174A1 (en) Temperature difference measuring device
JPS6144327A (en) Load detector circuit of load cell type electronic scale
RU2039956C1 (en) Device converting physical parameters into electric signal
SU1647235A1 (en) Method of compensating for thermal integrated silicon strain- gauge bridge zero drift
SU870978A1 (en) Device for measuring temperature
JP2000028628A (en) Flowmeter
KR900003375Y1 (en) Digital thermometer