RU2300739C2 - Method for compensating additive temperature error of indicator with vibrating element - Google Patents
Method for compensating additive temperature error of indicator with vibrating element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2300739C2 RU2300739C2 RU2005125315/28A RU2005125315A RU2300739C2 RU 2300739 C2 RU2300739 C2 RU 2300739C2 RU 2005125315/28 A RU2005125315/28 A RU 2005125315/28A RU 2005125315 A RU2005125315 A RU 2005125315A RU 2300739 C2 RU2300739 C2 RU 2300739C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- generator
- capacitance
- value
- dependent
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение касается усовершенствования преобразователей с вибрирующими элементами и может быть использовано в измерительной технике при измерении силы, давления, ускорения и т.п.The invention relates to the improvement of transducers with vibrating elements and can be used in measuring technique for measuring force, pressure, acceleration, etc.
При изменении температуры окружающей среды изменяется температура датчика, что сказывается на изменении выходного сигнала, следовательно, появляется дополнительная погрешность измерения. Наибольшее влияние на изменение собственной частоты колебаний резонатора оказывает изменение геометрических размеров первичного преобразователя вследствие наличия у любого материала коэффициента линейного расширения. Механические свойства материала, такие как модуль упругости, изменяются с температурой, но изменение модуля упругости в большинстве случаев оказывает намного меньшее влияние на изменение собственной частоты колебаний, чем геометрическое изменение конструкции. Как правило, при уменьшении температуры окружающей среды жесткость резонатора увеличивается и, как следствие, увеличивается его собственная частота колебаний. При увеличении температуры происходит уменьшение собственной частоты колебаний резонатора.When the ambient temperature changes, the temperature of the sensor changes, which affects the change in the output signal, therefore, an additional measurement error appears. The greatest influence on the change in the natural frequency of oscillations of the resonator has a change in the geometric dimensions of the primary transducer due to the presence of linear expansion coefficient for any material. The mechanical properties of the material, such as the modulus of elasticity, vary with temperature, but a change in the modulus of elasticity in most cases has a much smaller effect on the change in the natural vibration frequency than a geometric change in design. As a rule, with decreasing ambient temperature, the stiffness of the resonator increases and, as a result, its natural oscillation frequency increases. With increasing temperature, there is a decrease in the natural frequency of the oscillations of the resonator.
Проведенное моделирование с использованием метода конечных элементов изменения начального уровня собственной частоты колебаний резонатора (без воздействия измеряемого параметра) в зависимости от воздействия температуры для конструкции резонатора, представленного в патенте США №4813271 от 21.03.1989 г., показало следующие результаты:The simulation using the finite element method of changing the initial level of the natural frequency of the oscillations of the resonator (without affecting the measured parameter) depending on the effect of temperature for the design of the resonator presented in US patent No. 4813271 from 03/21/1989, showed the following results:
- при температуре минус 60°С собственная частота колебаний составила 53019 Гц;- at a temperature of minus 60 ° C, the natural vibration frequency was 53019 Hz;
- при температуре +60°С собственная частота колебаний составила 52095 Гц;- at a temperature of + 60 ° C, the natural vibration frequency was 52095 Hz;
- девиация собственной частоты колебаний Δf диапазоне температур ΔT 120°С составила 924 Гц.- the deviation of the natural frequency Δf temperature range ΔT 120 ° C was 924 Hz.
Если принять девиацию собственной частоты колебаний резонатора от измеряемого параметра (например, давления 3 атм) fH=2500 Гц, то приведенная дополнительная аддитивная температурная погрешность составит 
В настоящее время наибольшее распространение получил метод компенсации температурной погрешности, заключающийся во введении в конструкцию датчика термозависимого элемента (например, терморезистора), с которого снимается информация о температуре, с последующей ее обработкой и корректировкой информационного сигнала (например, патент США №4724707 от 20.08.1986 г.). Однако использование данного способа компенсации имеет ряд следующих недостатков.Currently, the most widely used method of compensating for temperature errors is the introduction of a thermo-dependent element (for example, a thermistor) into the sensor design, from which temperature information is taken, with its subsequent processing and correction of the information signal (for example, US patent No. 4724707 of 20.08. 1986). However, the use of this compensation method has a number of disadvantages.
1. Вводится дополнительный канал измерения температуры.1. An additional temperature measurement channel is introduced.
2. Требуется математически обработать сигнал с дополнительного канала и скорректировать информационный сигнал с учетом дополнительного сигнала.2. It is required to mathematically process the signal from the additional channel and adjust the information signal taking into account the additional signal.
3. Не обеспечивается заданная точность измерения температуры для компенсации температурной погрешности.3. The specified accuracy of temperature measurement is not provided to compensate for the temperature error.
Наибольшим недостатком данного метода является обеспечение заданной точности компенсации температурной погрешности. Так, для высокоточных датчиков класса не более δ≤0,05% аддитивная температурная чувствительность должна быть Sot≤0,5·10-5 1/°C, что более чем на два порядка меньше полученной количественной оценки датчиков с монокристаллическим резонатором. Тогда для обеспечения заданной точности канал для измерения температуры должен иметь погрешность не более 0.06°С (для рассмотренного ранее случая изменения температуры в диапазоне 120°С), что при существующих методах измерения температуры является проблематичным.The biggest disadvantage of this method is the provision of a given accuracy of temperature error compensation. So, for high-precision sensors of class no more than δ≤0.05%, the additive temperature sensitivity should be S ot ≤0.5 · 10 -5 1 / ° C, which is more than two orders of magnitude lower than the obtained quantitative estimate of sensors with a single crystal resonator. Then, to ensure the given accuracy, the channel for measuring temperature should have an error of not more than 0.06 ° C (for the previously considered case of temperature changes in the range of 120 ° C), which is problematic with existing methods of measuring temperature.
По режиму работы преобразователи с частотным выходом классифицируются следующим образом: работающие в режиме свободных колебаний, автоколебаний и вынужденных колебаний. Преобразователи с частотным выходом, работающие в режиме вынужденных колебаний, включают в себя резонатор, приемник сигналов для регистрации колебаний резонатора, схему настройки генератора, генератор гармонических колебаний и систему возбуждения (например, см. Боднер В.А. Приборы первичной информации: Учебник для авиационных вузов. - М.: Машиностроение, 1981). Схема работы таких преобразователей следующая: сигнал с генератора гармонических колебаний подается на систему возбуждения колебаний. Поскольку частота сигнала возбуждения близка к частоте собственных колебаний резонатора, то резонатор начинает колебаться на одной из гармоник, при этом амплитуда колебаний соответствует резонансной кривой этого резонатора. Максимальная амплитуда колебаний резонатора достигается при равенстве частоты сигнала возбуждения и собственной частоты колебаний резонатора. Колебания резонатора воспринимаются приемником сигналов, далее снятый сигнал преобразуется нормирующим усилителем. Сигнал с выхода нормирующего усилителя представляет собой гармонический сигнал требуемой амплитуды, частота которого соответствует частоте собственных колебаний резонатора. Кроме того, нормирующий усилитель можно рассматривать как часть схемы настройки генератора гармонических колебаний, с выхода нормирующего усилителя сигнал подается на генератор, предварительно преобразованный в сигнал постоянного напряжения, а частота генератора определяется величиной подаваемого сигнала. При воздействии внешних факторов (давление, сила, температура и пр.) изменяется частота собственных колебаний резонатора, соответственно изменяется величина сигнала обратной связи (управляющего сигнала), подаваемого на генератор гармонических колебаний, частота генератора изменяется пропорционально изменению величины управляющего сигнала. Поскольку частота генератора становится равной измененной частоте собственных колебаний резонатора, то колебания резонатора опять происходят с максимальной амплитудой в резонансе. Таким образом, режим генерации обусловлен подачей сигнала положительной обратной связи, включающей в себя схему настройки генератора и генератор гармонических колебаний, управляемый напряжением, с выхода резонатора после усиления на резонансный контур.According to the operating mode, converters with a frequency output are classified as follows: operating in the mode of free oscillations, self-oscillations and forced oscillations. Converters with a frequency output operating in the forced oscillation mode include a resonator, a signal receiver for registering resonator oscillations, a generator tuning circuit, a harmonic oscillator and an excitation system (for example, see Bodner V.A. Primary information devices: A manual for aviation Universities. - M.: Mechanical Engineering, 1981). The operation scheme of such converters is as follows: the signal from the harmonic oscillation generator is supplied to the oscillation excitation system. Since the frequency of the excitation signal is close to the frequency of the natural oscillations of the resonator, the resonator begins to oscillate at one of the harmonics, and the amplitude of the oscillations corresponds to the resonance curve of this resonator. The maximum oscillation amplitude of the resonator is achieved when the frequency of the excitation signal is equal to the natural frequency of the oscillations of the resonator. Oscillations of the resonator are perceived by the receiver of signals, then the captured signal is converted by a normalizing amplifier. The signal from the output of the normalizing amplifier is a harmonic signal of the required amplitude, the frequency of which corresponds to the resonator natural frequency. In addition, the normalizing amplifier can be considered as part of the tuning circuit of the harmonic oscillation generator; from the output of the normalizing amplifier, the signal is supplied to the generator previously converted into a constant voltage signal, and the generator frequency is determined by the magnitude of the supplied signal. Under the influence of external factors (pressure, force, temperature, etc.), the frequency of the natural oscillations of the resonator changes, the value of the feedback signal (control signal) supplied to the harmonic oscillator changes accordingly, the frequency of the generator changes in proportion to the change in the value of the control signal. Since the frequency of the generator becomes equal to the changed frequency of the natural oscillations of the resonator, the oscillations of the resonator again occur with a maximum amplitude in resonance. Thus, the generation mode is due to the supply of a positive feedback signal, which includes a generator tuning circuit and a voltage-controlled harmonic oscillator from the resonator output after amplification to the resonant circuit.
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа компенсации аддитивной температурной погрешности датчика с вибрирующим элементом с выходным сигналом в виде девиации частоты, который позволил бы уменьшить аддитивную температурную погрешность в условиях стационарных температурных режимов с заданной точностью.The problem to which the claimed invention is directed is to develop a method for compensating the additive temperature error of a sensor with a vibrating element with an output signal in the form of a frequency deviation, which would reduce the additive temperature error under stationary temperature conditions with a given accuracy.
Технический результат заключается в уменьшении аддитивной температурной погрешности датчика с вибрирующим элементом при воздействии стационарных температурных режимов.The technical result consists in reducing the additive temperature error of a sensor with a vibrating element when exposed to stationary temperature conditions.
Указанный технический результат достигается тем, что в цепь управления генератора гармонических колебаний, управляемого напряжением, вводится термочувствительный элемент. В этом случае начальная частота сигнала с генератора зависит от разности фаз между сигналом возбуждения колебаний вибрирующего элемента и сигналом регистрации колебаний вибрирующего элемента и не зависит от температуры измерительного преобразователя, где расположен термочувствительный элемент. Таким образом, частота генератора при номинальной температуре совпадает с частотой собственных колебаний вибрирующего элемента при любом значении измеряемого параметра (например, давления). При изменении температуры преобразователя без воздействия измеряемого параметра изменяется управляющее напряжение, подаваемое на генератор вследствие изменения разности фаз между сигналами возбуждения и регистрации. При введении термочувствительного элемента в цепь управления генератора функциональная связь между величиной термочувствительного элемента и температурой должна быть выбрана таким образом, чтобы происходила компенсация изменения управляющего напряжения путем пропорционального изменения величины термочувствительного элемента.The specified technical result is achieved by the fact that a temperature-sensitive element is introduced into the control circuit of the harmonic oscillator controlled by voltage. In this case, the initial frequency of the signal from the generator depends on the phase difference between the excitation signal of the vibrations of the vibrating element and the registration signal of the vibrations of the vibrating element and does not depend on the temperature of the measuring transducer where the thermosensitive element is located. Thus, the frequency of the generator at nominal temperature coincides with the frequency of natural vibrations of the vibrating element at any value of the measured parameter (for example, pressure). When the temperature of the converter changes without affecting the measured parameter, the control voltage supplied to the generator changes due to a change in the phase difference between the excitation and registration signals. When a thermosensitive element is introduced into the generator control circuit, the functional relationship between the value of the thermosensitive element and the temperature must be chosen so that compensation of the change in the control voltage occurs by proportionally changing the magnitude of the thermosensitive element.
На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя: 1 - генератор гармонических колебаний, управляемый напряжением, 2 - резонатор, 3 - нормирующий усилитель, 4 - преобразователь фаз, преобразующий разницу фаз между двумя сигналами в постоянное напряжение, 5 - термозависимый элемент, Т - внешний воздействующий фактор - температура, Р - измеряемый параметр, например, давление. Выход преобразователя представляет собой синусоидальный сигнал, девиация частоты которого соответствует девиации частоты колебаний вибрирующего элемента 2 от измеряемого параметра Р.Figure 1 shows the structural diagram of the converter: 1 - voltage-controlled harmonic oscillator, 2 - resonator, 3 - normalizing amplifier, 4 - phase converter that converts the phase difference between the two signals to direct voltage, 5 - thermally dependent element, T - external the influencing factor is temperature, P is the measured parameter, for example, pressure. The converter output is a sinusoidal signal whose frequency deviation corresponds to the deviation of the oscillation frequency of the vibrating
На фиг.2 представлена типичная фазовая характеристика колебательной системы.Figure 2 presents a typical phase characteristic of an oscillatory system.
На фиг.3 представлен вариант генератора прямоугольных импульсов, управляемого напряжением, который реализован на двух операционных усилителях типа LM301.Figure 3 presents a variant of a voltage-controlled rectangular pulse generator, which is implemented on two operational amplifiers of the LM301 type.
На фиг.4 приведен пример преобразователя фаз, реализованный на микросхеме К525ПС2 и операционных усилителях типа К140УД7.Figure 4 shows an example of a phase converter implemented on a K525PS2 chip and K140UD7 type operational amplifiers.
В случае равенства частоты возбуждения со частоте собственных колебаний вибрирующего элемента ωр=1/Т разность фаз составляет 90°, см. фиг.2. Таким образом, по разности фаз можно судить об изменении частоты собственных колебаний вибрирующего элемента при постоянной частоте сигнала возбуждения ω. При номинальной температуре и отсутствии измеряемого параметра колебания резонатора происходят в резонансе и разность фаз между сигналами возбуждения и регистрации колебаний равна 90°. При увеличении измеряемого параметра (например, давления) вследствие несоответствия частоты генератора частоте собственных колебаний вибрирующего элемента появляется разность фаз между сигналами возбуждения и регистрации колебаний, что в итоге изменяет величину управляющего напряжения таким образом, чтобы частота генератора изменилась в соответствии с изменением частоты собственных колебаний вибрирующего элемента. Работа измерительного преобразователя при номинальной температуре всегда соответствует колебаниям вибрирующего элемента в резонансе (поскольку частота собственных колебаний вибрирующего элемента совпадает с частотой генератора гармонических колебаний, управляемого напряжением).In the case of equality of the excitation frequency with the frequency of natural vibrations of the vibrating element ω p = 1 / T, the phase difference is 90 °, see figure 2. Thus, the phase difference can be used to judge the change in the frequency of natural vibrations of the vibrating element at a constant frequency of the excitation signal ω. At the nominal temperature and the absence of the measured parameter, the oscillations of the resonator occur in resonance and the phase difference between the excitation and registration signals of the oscillations is 90 °. With an increase in the measured parameter (for example, pressure) due to the mismatch of the generator frequency with the frequency of the natural vibrations of the vibrating element, a phase difference appears between the excitation and registration signals, which ultimately changes the value of the control voltage so that the frequency of the generator changes in accordance with the change in the frequency of natural vibrations of the vibrating element item. The operation of the measuring transducer at nominal temperature always corresponds to the vibrations of the vibrating element in resonance (since the frequency of natural vibrations of the vibrating element coincides with the frequency of the harmonic oscillator controlled by voltage).
С другой стороны, изменение температуры измерительного преобразователя при отсутствии измеряемого параметра ведет к изменению начальной частоты собственных колебаний вибрирующего элемента, появляется несоответствие между частотой управляемого напряжением генератора и частотой собственных колебаний вибрирующего элемента, т.е. колебания вибрирующего элемента происходят не в резонансе, значит, изменяется разность фаз между сигналами возбуждения и регистрации колебаний в соответствии с фазовой характеристикой колебательной системы и обратная связь отрабатывает изменение частоты вибрирующего элемента путем изменения частоты генератора гармонических колебаний. Это приводит к появлению дополнительной аддитивной температурной погрешности. Для уменьшения этой погрешности изменение разности фаз между сигналами возбуждения и регистрации колебаний при изменении температуры не должно отразиться на частоте генератора гармонических колебаний, т.е. термочувствительный элемент, включенный в управляющую цепь генератора, должен измениться пропорционально изменению управляющего напряжения, что в итоге дает постоянство частоты генератора.On the other hand, a change in the temperature of the measuring transducer in the absence of a measured parameter leads to a change in the initial frequency of the natural vibrations of the vibrating element, a mismatch appears between the frequency of the voltage controlled by the generator and the natural frequency of the vibrating element, i.e. the vibrations of the vibrating element do not occur in resonance, which means that the phase difference between the excitation and registration signals of the vibrations changes in accordance with the phase characteristic of the oscillating system and the feedback processes the change in the frequency of the vibrating element by changing the frequency of the harmonic oscillator. This leads to the appearance of an additional additive temperature error. To reduce this error, a change in the phase difference between the excitation and registration signals of the oscillations with a change in temperature should not affect the frequency of the harmonic oscillator, i.e. the temperature-sensitive element included in the control circuit of the generator must change in proportion to the change in the control voltage, which ultimately gives a constant frequency of the generator.
Функциональная связь между изменением величины сигнала с преобразователя фаз и температурой за счет включения в цепь генератора термозависимого элемента должна быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить указанное выше требование о постоянстве частоты сигнала генератора при изменении температуры.The functional relationship between the change in the magnitude of the signal from the phase converter and the temperature due to the inclusion of a thermo-dependent element in the generator circuit must be selected in such a way as to provide the above requirement for the frequency of the generator signal to be constant when the temperature changes.
Таким образом, колебания вибрирующего элемента происходят в резонансе при любом значении измеряемого параметра, но только при номинальной температуре. При изменении температуры частота сигнала генератора будет оставаться постоянной и уже не будет соответствовать частоте собственных колебаний вибрирующего элемента. Это приводит к уменьшению амплитуды колебаний вибрирующего элемента в соответствии с резонансной характеристикой колебательной системы и изменению фазы колебаний в соответствии с фазовой характеристикой. А поскольку выходным сигналом является частота, то изменение амплитуды и фазы колебаний вибрирующего элемента не сказывается на точности измерения.Thus, the vibrations of the vibrating element occur in resonance at any value of the measured parameter, but only at the nominal temperature. When the temperature changes, the frequency of the generator signal will remain constant and will no longer correspond to the frequency of natural vibrations of the vibrating element. This leads to a decrease in the amplitude of the vibrations of the vibrating element in accordance with the resonant characteristic of the oscillating system and a change in the phase of the oscillations in accordance with the phase characteristic. And since the output signal is the frequency, the change in the amplitude and phase of the vibrations of the vibrating element does not affect the measurement accuracy.
Пример генератора прямоугольных импульсов, управляемого напряжением, приведен на фиг.3, который реализован на двух операционных усилителях типа LM301. Функция преобразования этого генератора, дающая связь частоты генерации f с управляющим напряжением Е1, имеет вид:An example of a voltage-controlled square-wave generator is shown in FIG. 3, which is implemented on two operational amplifiers of the LM301 type. The conversion function of this generator, which gives the connection of the generation frequency f with the control voltage E 1 , has the form:
где Е2 - опорное напряжение, получаемое от основного источника питания генератора.where E 2 is the reference voltage received from the main power source of the generator.
Крутизна изменения частоты генератора от входного напряжения регулируется элементами цепи управления генератора: сопротивлением R1, емкостью С1 и опорным напряжением Е2 таким образом, чтобы изменение частоты генератора соответствовало изменению частоты собственных колебаний вибрирующего элемента от измеряемого параметра.The steepness of the change in the frequency of the generator from the input voltage is regulated by the elements of the generator control circuit: resistance R 1 , capacity C 1 and reference voltage E 2 so that the change in the frequency of the generator corresponds to the change in the frequency of natural vibrations of the vibrating element from the measured parameter.
В данном генераторе термочувствительным элементом может выступать как сопротивление R1, так и емкость С1 в цепи управления генератором.In this generator, both the resistance R 1 and the capacitance C 1 in the generator control circuit can act as a heat-sensitive element.
Для получения начальной частоты генератора f+60=52095 Гц, что соответствует частоте собственных колебаний рассматриваемого вибрирующего элемента при температуре +60°С, в соответствии с функцией преобразования генератора (1) необходимы следующие номиналы элементов: сопротивление R1=1 кОм, емкость С1=7.678 нФ, опорное напряжение Е2=6 В, управляющее напряжение Е1=2 В. При изменении температуры до минус 60°С частота генератора изменяется до f-60=53019 Гц, а управляющее напряжение должно быть E1=2.035 В при тех же значениях сопротивления R1, емкости С1 и опорного напряжения Е2.To obtain the initial generator frequency f +60 = 52095 Hz, which corresponds to the natural frequency of the vibrating element in question at a temperature of + 60 ° C, in accordance with the generator conversion function (1), the following element ratings are required: resistance R 1 = 1 kOhm, capacitance C 1 = 7.678 nF, reference voltage E 2 = 6 V, control voltage E 1 = 2 V. When the temperature changes to minus 60 ° C, the generator frequency changes to f -60 = 53019 Hz, and the control voltage should be E 1 = 2.035 V at the same values of resistance R 1, capacitor C 1 and GRO Nogo voltage E 2.
Вариант преобразователя фаз представлен на фиг.4, имеющий в своем составе преобразователь К525ПС2, операционные усилители типа К140УД7. Выходное напряжение с выхода преобразователя К525ПС2 определяется следующей функцией преобразования:An embodiment of a phase converter is shown in FIG. 4, incorporating a K525PS2 converter, and operational amplifiers of the K140UD7 type. The output voltage from the output of the K525PS2 converter is determined by the following conversion function:
где UX и UY - входные напряжения на входах Х и Y соответственно;where U X and U Y are the input voltages at the inputs X and Y, respectively;
Δφ - разность фаз между сигналами на входах Х и Y.Δφ is the phase difference between the signals at inputs X and Y.
Особенностью использования данного типа преобразователя является то, что выходной сигнал с преобразователя равен нулю при разности фаз, равной минус 90°. Для обеспечения начальной частоты генератора гармонических колебаний в выходной сигнал преобразователя фаз добавляется постоянная составляющая Е0, фиг.4, такой величины, чтобы частота генератора гармонических колебаний совпадала с частотой собственных колебаний вибрирующего элемента, в рассматриваемом случае постоянная составляющая равна 2В для температуры вибрирующего элемента +60°С. В силу того, что на выходе схемы преобразователя фаз находится инвертирующий сумматор, то происходит сложение постоянной составляющей Е0 и напряжения с выхода преобразователя.A feature of the use of this type of converter is that the output signal from the converter is zero at a phase difference of minus 90 °. To ensure the initial frequency of the harmonic oscillation generator, the constant component E 0 , Fig. 4, is added to the output signal of the phase converter so that the frequency of the harmonic oscillator coincides with the natural frequency of the vibrating element, in this case the constant component is 2V for the temperature of the vibrating element + 60 ° C. Due to the fact that an inverting adder is located at the output of the phase converter circuit, the DC component E 0 and the voltage from the converter output are added together.
Величина входных напряжений UX и UY регулируется предварительными усилителями напряжений U1 и U2, фиг.4. Таким образом, путем изменения коэффициентов усиления предварительных усилителей можно добиться того, что характер изменения напряжения на выходе схемы преобразователя фаз от разности фаз между входными сигналами в точности будет соответствовать требуемой характеристике изменения управляющего напряжения, подаваемое на генератор, для поддержания изменения частоты генератора. Управляющее напряжение, подаваемое на генератор, должно изменяется в пределах от 2 В, что соответствует температуре +60°С, до 2.035 В, что соответствует уменьшению температуры до минус 60°С.The magnitude of the input voltage U X and U Y is regulated by pre-amplifiers voltage U 1 and U 2 , figure 4. Thus, by changing the gain of the pre-amplifiers, it is possible to ensure that the nature of the voltage change at the output of the phase converter circuit from the phase difference between the input signals exactly matches the required characteristic of the control voltage change applied to the generator to maintain the generator frequency change. The control voltage supplied to the generator should vary from 2 V, which corresponds to a temperature of + 60 ° C, to 2.035 V, which corresponds to a decrease in temperature to minus 60 ° C.
1. Рассмотрим случай, когда термочувствительным элементом выступает сопротивление R1. Исходя из функции преобразования генератора можно выделить величину управляющего напряжения для различных значений температур некомпенсированного датчика:1. Consider the case when the thermally sensitive element is the resistance R 1 . Based on the generator conversion function, we can distinguish the value of the control voltage for various temperatures of the uncompensated sensor:
В соответствии с функцией преобразования генератора для условия компенсации при температуре минус 60°С частота генератора определяется по формуле:In accordance with the generator conversion function for the compensation condition at a temperature of minus 60 ° С, the generator frequency is determined by the formula:
а при температуре +60°С частота генератора определяется по формуле:and at a temperature of + 60 ° C the frequency of the generator is determined by the formula:
Как было указано ранее, частота генератора должна оставаться постоянной при любом изменении температуры преобразователя для компенсации аддитивной температурной погрешности, т.е. частота генератора при минус 60°С f-60 должна быть равна частоте генератора при +60°C f+60. Отсюда получаем, что:As mentioned earlier, the frequency of the generator must remain constant at any change in the temperature of the converter to compensate for the additive temperature error, i.e. the frequency of the generator at minus 60 ° C f -60 should be equal to the frequency of the generator at + 60 ° C f +60 . Hence we get that:
Из выражения (7) видно, что величина сопротивления R1 и температурный коэффициент сопротивления αR этого сопротивления зависят от соотношения значений управляющего напряжения, подаваемого на генератор, при крайних значениях температуры преобразователя. Напряжение Е1-60 соответствует напряжению 2.035 В, подаваемому с преобразователя фаз, а напряжение Е1+60 соответствует напряжению 2 В.From the expression (7) it can be seen that the resistance value R 1 and the temperature coefficient of resistance α R of this resistance depend on the ratio of the values of the control voltage supplied to the generator at extreme values of the temperature of the converter. Voltage E 1-60 corresponds to a voltage of 2.035 V supplied from the phase converter, and voltage E 1 + 60 corresponds to a voltage of 2 V.
Принимая за начальное значение величину сопротивления R1 при +60°С, т.е. R+60=R1, преобразуем выражение (7):Taking the value of resistance R 1 at + 60 ° C as the initial value, i.e. R +60 = R 1 , we transform the expression (7):
Из последнего следует:From the latter it follows:
а изменение сопротивления ΔR1=R1-60-R1+60 при изменении температуры равно:and the change in resistance ΔR 1 = R 1-60 -R 1 + 60 with a change in temperature is:
Значение любого термозависимого сопротивления Rβt изменяется от температуры по зависимости Rβt=Rβ(1+αRβ·ΔT), где Rβ - начальное значение термозависимого сопротивления, αRβ - температурный коэффициент сопротивления, ΔT - диапазон изменения температуры. Тогда изменение термозависимого сопротивления Rβ составляет ΔRβ=Rβt-Rβ=Rβ·(1+αβ·ΔT)-Rβ=Rβ·αRβ·ΔT при изменении температуры на величину ΔT, где Rβ - требуемое значение термозависимого сопротивления. Приравнивая последнее выражение и выражение (10), решая относительно Rβ, окончательно получаем выражение для начального значения термозависимого сопротивления Rβ.The value of any thermally dependent resistance R βt varies with temperature according to the dependence R βt = R β (1 + α Rβ · ΔT), where R β is the initial value of the thermally dependent resistance, α Rβ is the temperature coefficient of resistance, ΔT is the range of temperature change. Then, the change in the thermally dependent resistance R β is ΔR β = R βt -R β = R β · (1 + α β · ΔT) -R β = R β · α Rβ · ΔT when the temperature changes by ΔT, where R β is the required value of thermally dependent resistance. Equating the last expression and expression (10), deciding on R β , we finally obtain the expression for the initial value of the thermally dependent resistance R β .
Полученное по выражению (11) значение термозависимого сопротивления Rβ соответствует температуре +60°С. Для получения требуемого значения сопротивления R1 к термозависимому сопротивлению Rβ последовательно подключают термонезависимое сопротивление RH=R1-Rβ.The value of the thermally dependent resistance R β obtained from expression (11) corresponds to a temperature of + 60 ° C. To obtain the desired value of the resistance R 1 to the thermally dependent resistance R β , a thermally independent resistance R H = R 1 -R β is connected in series.
Для рассматриваемого случая температурный коэффициент сопротивления αRβ должен быть отрицательным, поскольку с увеличением температуры уменьшается управляющее напряжение Е1, следовательно, и термочувствительное сопротивление R1 должно также уменьшаться в соответствии с выражением (8). Для полупроводниковых материалов может быть получен отрицательный температурный коэффициент сопротивления, абсолютная величина которого лежит в пределах 0.003÷0.2 1/К. Принимаем температурный коэффициент сопротивления равным минус 0.003 1/К, тогда по формуле (11) находится требуемое значение термозависимого сопротивления Rβ.For the case under consideration, the temperature coefficient of resistance α Rβ should be negative, since the control voltage E 1 decreases with increasing temperature, therefore, the thermosensitive resistance R 1 should also decrease in accordance with expression (8). For semiconductor materials, a negative temperature coefficient of resistance can be obtained, the absolute value of which lies in the range 0.003 ÷ 0.2 1 / K. We take the temperature coefficient of resistance equal to minus 0.003 1 / K, then by the formula (11) the required value of the thermally dependent resistance R β is found .
К этому термозависимому сопротивлению Rβ необходимо подключить термонезависимое сопротивление RH величиной 1 кОм-0.0486 кОм=0.9514 кОм.To this thermally dependent resistance R β, it is necessary to connect a thermally independent resistance R H of 1 kOhm-0.0486 kOhm = 0.9514 kOhm.
Таким образом, при последовательном включении термозависимого сопротивления Rβ и термонезависимого сопротивления RH в цепь управления генератора, частота генератора остается постоянной при изменении температуры преобразователя, происходит компенсация аддитивной температурной погрешности преобразователя.Thus, when the thermally dependent resistance R β and thermally independent resistance R H are connected in series to the generator control circuit, the frequency of the generator remains constant when the temperature of the converter changes, and the additive temperature error of the converter is compensated.
2. Рассмотрим теперь случай, когда в качестве термочувствительного элемента выбрана емкость С1 в схеме управления генератора. Ранее было показано изменение управляющего напряжения Е1 при изменении температуры при выбранных номиналах элементов R1=1 кОм, С1=7.678 нФ и Е2=6 В цепи управления генератора.2. Let us now consider the case when the capacitance C 1 in the generator control circuit is selected as the heat-sensitive element. Previously, it was shown a change in the control voltage E 1 when the temperature changes at the selected values of the elements R 1 = 1 kOhm, C 1 = 7.678 nF and E 2 = 6 V of the generator control circuit.
В соответствии с функцией преобразования генератора для условия компенсации при температуре минус 60°С частота генератора определяется по формуле:In accordance with the generator conversion function for the compensation condition at a temperature of minus 60 ° С, the generator frequency is determined by the formula:
а при температуре +60°С частота генератора определяется по формуле:and at a temperature of + 60 ° C the frequency of the generator is determined by the formula:
Как было указано ранее, частота генератора должна оставаться постоянной при любом изменении температуры преобразователя для компенсации аддитивной температурной погрешности, т.е. частота генератора при минус 60°С f-60 должна быть равна частоте генератора при +60°С f+60. Отсюда получаем, что:As mentioned earlier, the frequency of the generator must remain constant at any change in the temperature of the converter to compensate for the additive temperature error, i.e. generator frequency at minus 60 ° С f -60 should be equal to the generator frequency at + 60 ° С f +60 . Hence we get that:
Из выражения (14) видно, что величина емкости С1 и температурный коэффициент емкости αC этой емкости зависят от соотношения значений управляющего напряжения, подаваемого на генератор, при крайних значениях температуры преобразователя. Как было показано ранее, напряжение Е1-60 соответствует напряжению 2.035, подаваемому с преобразователя фаз, а напряжение Е1+60 соответствует напряжению 2 В.From the expression (14) it is seen that the value of the capacitance C 1 and the temperature coefficient of the capacitance α C of this capacitance depend on the ratio of the values of the control voltage supplied to the generator at extreme values of the temperature of the converter. As shown earlier, voltage E 1-60 corresponds to a voltage of 2.035 supplied from the phase converter, and voltage E 1 + 60 corresponds to a voltage of 2 V.
Принимая за начальное значение величину емкости С1 при +60°С, т.е. С+60=С1, преобразуем выражение (14):Taking the initial value of the value of the capacitance C 1 at + 60 ° C, i.e. С +60 = С 1 , we transform the expression (14):
Из последнего следует:From the latter it follows:
а изменение емкости ΔС1=С1-60-С1+60 при изменении температуры равно:and the change in capacitance ΔС 1 = С 1-60 -С 1 + 60 when the temperature changes is equal to:
Значение любой термозависимой емкости Cβt изменяется от температуры по зависимости Сβt=Cβ(1+αCβ·ΔT), где Сβ - начальное значение термозависимой емкости, αCβ - температурный коэффициент емкости, ΔT - диапазон изменения температуры. Тогда изменение термозависимой емкости Сβ составляет ΔСβ=Сβt-Сβ=Сβ·(1+αCβ·ΔT)-Сβ=Сβ·αCβ·ΔT при изменении температуры на величину ΔT, где Сβ - требуемое значение термозависимой емкости. Приравнивая последнее выражение и выражение (17), решая относительно Сβ, окончательно получаем выражение для начального значения термозависимой емкости Сβ.The value of any thermally dependent capacitance C βt varies with temperature according to the dependence C βt = C β (1 + α Cβ · ΔT), where C β is the initial value of the thermally dependent capacitance, α Cβ is the temperature coefficient of the capacitance, ΔT is the temperature range. Then, the change in the temperature-dependent capacitance C β is ΔС β = С βt -С β = С β · (1 + α Cβ · ΔT) -С β = С β · α Cβ · ΔT when the temperature changes by ΔT, where С β is the required value of thermally dependent capacity. Equating the last expression and expression (17), solving with respect to C β , we finally obtain the expression for the initial value of the thermally dependent capacitance C β .
Полученное по выражению (18) значение термозависимой емкости Сβ соответствует температуре +60°С. Для получения требуемого значения емкости С1 к термозависимой емкости Сβ параллельно подключают термонезависимую емкость CH=C1-Cβ.The value of the thermally dependent capacitance C β obtained from expression (18) corresponds to a temperature of + 60 ° C. To obtain the required value of capacitance C 1 to the temperature-dependent capacitance C connected in parallel β termonezavisimuyu capacitance C H = C 1 -C β.
Для рассматриваемого случая температурный коэффициент емкости αCβ должен быть отрицательным, поскольку с увеличением температуры уменьшается управляющее напряжение Е1, следовательно, и термочувствительная емкость С1 должна также уменьшаться в соответствии с выражением (15). В качестве примера выберем значение температурного коэффициента емкости αCβ минус 0.003 1/К, что может быть получено на практике. Тогда по формуле (18) находим требуемое значение термозависимой емкости Сβ.For the case under consideration, the temperature coefficient of the capacitance α Cβ should be negative, since the control voltage E 1 decreases with increasing temperature, therefore, the heat-sensitive capacitance C 1 must also decrease in accordance with expression (15). As an example, we choose the value of the temperature coefficient of the capacitance α Cβ minus 0.003 1 / K, which can be obtained in practice. Then, using the formula (18), we find the required value of the thermally dependent capacitance C β .
К этой термозависимой емкости Сβ необходимо параллельно подключить термонезависимую емкость CH величиной 7.678 нФ-3.135 нФ=7.3048 нФ.A thermally independent capacitance C H of 7.678 nF-3.135 nF = 7.3048 nF must be connected in parallel to this thermally dependent capacitance C β .
Таким образом, при параллельном включении термозависимой емкости Сβ и термонезависимой емкости СH в цепь управления генератора, частота генератора остается постоянной при изменении температуры преобразователя, происходит компенсация аддитивной температурной погрешности преобразователя, как и в случае использования в качестве термозависимого элемента сопротивления R1.Thus, when the thermally dependent capacitance C β and the thermally independent capacitance C H are connected in parallel to the generator control circuit, the frequency of the generator remains constant when the temperature of the converter changes, the additive temperature error of the converter is compensated, as is the case when the resistance R 1 is used as a thermally dependent element.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005125315/28A RU2300739C2 (en) | 2005-08-09 | 2005-08-09 | Method for compensating additive temperature error of indicator with vibrating element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005125315/28A RU2300739C2 (en) | 2005-08-09 | 2005-08-09 | Method for compensating additive temperature error of indicator with vibrating element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005125315A RU2005125315A (en) | 2007-02-20 |
| RU2300739C2 true RU2300739C2 (en) | 2007-06-10 |
Family
ID=37863133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005125315/28A RU2300739C2 (en) | 2005-08-09 | 2005-08-09 | Method for compensating additive temperature error of indicator with vibrating element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2300739C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2723159C1 (en) * | 2019-06-03 | 2020-06-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Additive method and device for external excitation of mechanical oscillatory system of vibro-viscometer |
-
2005
- 2005-08-09 RU RU2005125315/28A patent/RU2300739C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2723159C1 (en) * | 2019-06-03 | 2020-06-09 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Additive method and device for external excitation of mechanical oscillatory system of vibro-viscometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005125315A (en) | 2007-02-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5806364A (en) | Vibration-type angular velocity detector having sensorless temperature compensation | |
| JP5737834B2 (en) | Method, system, and apparatus for accurate and stable LC-type reference oscillator | |
| US8729978B2 (en) | Quartz-crystal controlled oscillator | |
| US20110210796A1 (en) | Oscillation circuit and frequency-correcting oscillation circuit | |
| JP6463335B2 (en) | Vibration type angular velocity sensor | |
| JP2006194701A (en) | Oscillation gyro | |
| US6938462B2 (en) | Device for measuring viscosity and/or density | |
| JP5205827B2 (en) | Oscillation frequency control method and oscillator | |
| RU2300739C2 (en) | Method for compensating additive temperature error of indicator with vibrating element | |
| JPS62228126A (en) | Gas pressure gauge | |
| JP6680615B2 (en) | Adjusting device, adjusting method, and oscillating device | |
| KR100189223B1 (en) | Method for measuring pressure using a tuning fork crystal oscillation | |
| RU2331856C1 (en) | Method of temperature error compensation for sensor with vibration element | |
| RU2306530C2 (en) | Method of compensating additive temperature error of pickup with vibration member | |
| RU2322652C1 (en) | Method for compensating for temperature error of sensor with vibrating element | |
| RU2665753C2 (en) | Gas pressure measurement device | |
| RU2307329C2 (en) | Method of compensating multiplicative temperature error of pickup with vibration member | |
| RU2323422C2 (en) | Mode of compensation of multiplicative temperature error of sensor with vibratory element (variants) | |
| RU2333500C1 (en) | Method of temperature error compensation of vibration element pickup | |
| RU2319121C1 (en) | Method of compensating temperature error of pickup with vibrating member | |
| RU2315269C1 (en) | Mode of compensation of additive temperature error of the sensor with a vibrating element | |
| WO2024057606A1 (en) | Mechanical resonator-based oscillators and related methods for generation of a phase used to compensate for temperature-dependent frequency errors | |
| RU2318193C1 (en) | Method for compensating temperature error of a sensor with vibrating element | |
| RU2282162C1 (en) | Method of compensating additive temperature error of pickup with vibrating member | |
| RU2302619C2 (en) | Mode of compensation of multiplicative temperature error of the sensor with a vibrating element |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070810 |