RU2307997C1 - Method of adjusting strain-gages - Google Patents

Method of adjusting strain-gages Download PDF

Info

Publication number
RU2307997C1
RU2307997C1 RU2006121637/28A RU2006121637A RU2307997C1 RU 2307997 C1 RU2307997 C1 RU 2307997C1 RU 2006121637/28 A RU2006121637/28 A RU 2006121637/28A RU 2006121637 A RU2006121637 A RU 2006121637A RU 2307997 C1 RU2307997 C1 RU 2307997C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
sensor
resistor
compensation resistor
circuit
Prior art date
Application number
RU2006121637/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Андреевич Тихоненков (RU)
Владимир Андреевич Тихоненков
Евгений Владимирович Тихоненков (RU)
Евгений Владимирович Тихоненков
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2006121637/28A priority Critical patent/RU2307997C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2307997C1 publication Critical patent/RU2307997C1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

FIELD: measuring technique.
SUBSTANCE: method comprises connecting the compensating resistor with maximum permissible temperature resistance coefficient and strain-gage sensitivity close to unity to the circuit for power supply to the bridge measuring circuit, setting the pickup in the connecting pipe, shutting the temperature-dependent compensating resistor with a cross-piece, determining deviation of the output signal from the nominal measured parameter, measuring input resistance of bridge circuit, removing cross-piece, and determining deviation of the output signal of the gage.
EFFECT: enhanced precision.

Description

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

Известен способ компенсации мультипликативной температурной погрешности мостовой схемы (см. «Проектирование датчиков для измерения механических величин» под редакцией Е.П.Осадчего, 1979 г.), заключающийся в установке в цепь питания мостовой измерительной схемы термозависимого компенсационного резистора Rα, номинал которого обеспечивает компенсацию максимальной мультипликативной температурной погрешности датчика для принятой технологии изготовления, параллельно которому включается термонезависимый подгоночный резистор Rд, и расчете номинала последнего через физические характеристики элементов, входящих в состав датчика.A known method of compensating for the multiplicative temperature error of a bridge circuit (see "Designing sensors for measuring mechanical quantities" edited by E.P. Osadchogo, 1979), which consists in installing a temperature-dependent compensation resistor R α in the supply circuit of the bridge measuring circuit, the nominal value of which provides multiplicative compensation maximum temperature error of the sensor manufacturing technology adopted for parallel termonezavisimy which includes an adjustable resistor R d, and calc those par last through the physical characteristics of the elements that make up the sensor.

Однако использование данного метода при настройке датчиков имеет ряд недостатков. Как видно из аналитического выражения, для определения значения термозависимого компенсационного резистора необходимо знать целый ряд физических параметров элементов, входящих в состав датчика. Например, для определения температурного коэффициента сопротивления (ТКС) αк термозависимого компенсационного резистора Rα, установленного на упругий элемент (УЭ), необходимо знать такие физические параметры, как: ТКС материала резистора αr, температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) резистора αn и УЭ - αэ. Для определения температурного коэффициента чувствительности (ТКЧ) датчика αд необходимо знать такие физические параметры, как: коэффициент тензочувствительности Ко; ТКЧ тензорезисторов αт, установленных на УЭ; температурный коэффициент модуля упругости ηэ материала УЭ и др. Как правило, данную информацию можно получить из сертификатов на применяемые материалы, однако существующие технологические разбросы при изготовлении этих материалов не позволяют использовать данную информацию в силу значительных разбросов, получаемых при определении значений компенсационных элементов. Кроме того, если датчик выполнен с применением микроэлектронной технологии (металлопленочные или полупроводниковые диффузионные датчики), данная информация отсутствует вообще. Поэтому, чтобы использовать аналитические выражения, необходимо осуществить экспериментальное определение требуемых параметров элементов, входящих в состав датчика.However, the use of this method when configuring sensors has several disadvantages. As can be seen from the analytical expression, to determine the value of the thermally dependent compensation resistor, it is necessary to know a number of physical parameters of the elements that make up the sensor. For example, to determine the temperature coefficient of resistance (TCR) α to a temperature-dependent compensation resistor R α mounted on an elastic element (UE), it is necessary to know such physical parameters as: TCR of the material of the resistor α r , temperature coefficients of linear expansion (TEC) of the resistor α n and RE - α e . To determine the temperature coefficient of sensitivity (TCR) of the sensor α d, it is necessary to know such physical parameters as: coefficient of strain sensitivity K about ; TKH strain gauges α t installed on the UE; the temperature coefficient of the elastic modulus η e of the UE material and others. As a rule, this information can be obtained from certificates for the materials used, however, the existing technological scatter in the manufacture of these materials does not allow the use of this information due to the significant scatter obtained in determining the values of the compensation elements. In addition, if the sensor is made using microelectronic technology (metal-film or semiconductor diffusion sensors), this information is not available at all. Therefore, in order to use analytical expressions, it is necessary to experimentally determine the required parameters of the elements that make up the sensor.

Однако прямые методы определения физических параметров компенсационных элементов и элементов измерительной схемы датчика представляют определенную сложность.However, direct methods for determining the physical parameters of the compensation elements and the elements of the measuring circuit of the sensor represent a certain complexity.

Во-первых, - это чисто конструктивные и технологические затруднения, связанные с тем, что:Firstly, these are purely constructive and technological difficulties associated with the fact that:

- определение всех физических параметров - как элементов измерительной схемы, так и компенсационных элементов необходимо проводить в собранном датчике, так как существующие перепады температур и температурных деформаций по телу датчика могут вызвать недопустимо большие погрешности при определении компенсационных элементов;- determination of all physical parameters - both elements of the measuring circuit and compensation elements must be carried out in the assembled sensor, since the existing temperature and temperature deformations in the sensor body can cause unacceptably large errors in the determination of compensation elements;

- определение всех физических параметров отдельных элементов требует, как правило, нарушение электрических связей в собранном датчике, что может привести к значительному ухудшению метрологических характеристик (в особенности это касается датчиков, выполненных с применением микроэлектронной технологии, так как эти связи заложены на самых ранних этапах формирования измерительной схемы).- determination of all physical parameters of individual elements requires, as a rule, violation of electrical connections in the assembled sensor, which can lead to a significant deterioration in metrological characteristics (in particular, sensors made using microelectronic technology, since these connections were established at the very early stages of formation measuring circuit).

Во-вторых, прямые методы измерения этих параметров, кроме большой трудоемкости, не обеспечивают требуемую точность. Так, при измерении ТКС тензорезисторов порядка 1·10-5 1/°С с точностью до 5% требуется замер сопротивления номиналом 1000 Ом при перепаде температур в 50°С с точностью до 0,025 Ом, что составляет точность измерения 0,0025% и требует применения специальных методов измерения.Secondly, direct methods of measuring these parameters, in addition to the high complexity, do not provide the required accuracy. So, when measuring TCS strain gages of the order of 1 · 10 -5 1 / ° C with an accuracy of 5%, resistance measurement with a nominal value of 1000 Ohms is required at a temperature difference of 50 ° C with an accuracy of 0.025 Ohms, which is a measurement accuracy of 0.0025% and requires application of special measurement methods.

Поэтому появилась потребность разработки методики, позволяющей производить замену прямых методов измерения физических параметров конструктивных элементов датчика измерением его выходных сигналов при различных температурах. Это не только упрощает настройку датчиков, но и переход к реализации выходных сигналов датчика, как минимум, на два порядка повышает точность измерения, а соответственно, расчета и компенсации температурных погрешностей. Действительно, для рассматриваемого примера при оценке ТКС мостовой цепи с относительным выходным сигналом

Figure 00000001
- выходной сигнал при воздействии номинального измеряемого параметра соответствует суммарному изменению сопротивлений плеч мостовой цепи в 10 Ом. Тогда для обеспечения замера суммарного изменения сопротивлений плеч мостовой схемы в 10 Ом через выходные сигналы датчика с точностью 0,025 Ом потребуется использование вольтметра класса не выше 0,25%, что доступно в настоящее время на любом производстве. Увеличение же класса точности используемых приборов позволит повысить точность определения ТКС и, соответственно, точность расчета компенсационных резисторов.Therefore, there was a need to develop a methodology that allows the replacement of direct methods for measuring the physical parameters of structural elements of a sensor by measuring its output signals at various temperatures. This not only simplifies the configuration of the sensors, but also the transition to the implementation of the sensor output signals by at least two orders of magnitude increases the accuracy of measurement, and, accordingly, the calculation and compensation of temperature errors. Indeed, for the example under consideration, when evaluating the TCS of a bridge circuit with a relative output signal
Figure 00000001
- the output signal when exposed to a nominal measured parameter corresponds to a total change in the resistance of the arms of the bridge circuit of 10 ohms. Then, to ensure the measurement of the total change in the arm resistances of the bridge circuit of 10 Ohms through the sensor output signals with an accuracy of 0.025 Ohms, a voltmeter of class not higher than 0.25% will be required, which is currently available at any plant. An increase in the accuracy class of the instruments used will increase the accuracy of determining the TCS and, accordingly, the accuracy of the calculation of compensation resistors.

Кроме того, при переходе к оценке физических параметров элементов измерительной цепи через выходные сигналы появляется еще одно положительное свойство. Это свойство выражается в возможности одновременной компенсации не только мультипликативной температурной погрешности датчика от несоответствия ТКЧ тензорезисторов и температурного коэффициента модуля упругости УЭ, но и дополнительных мультипликативных температурных погрешностей от чувствительности датчика к моменту затяжки. Действительно, при проведении температурной настройки датчика с установкой его в технологическом штуцере с номинальным моментом затяжки изменение осевого усилия в резьбовой части датчика при изменении температуры непосредственно отразится на изменении выходного сигнала датчика. То есть изменение выходного сигнала датчика будет зависеть не только от несоответствия ТКЧ тензорезисторов и температурного коэффициента модуля упругости УЭ, но и от его чувствительности к моменту затяжки. Если при этом оценку ТКЧ датчика произвести через изменение выходного сигнала при изменении температуры, то расчетное значение ТКЧ датчика будет учитывать влияние чувствительности датчика к моменту затяжки.In addition, when moving on to assessing the physical parameters of the elements of the measuring circuit through the output signals, another positive property appears. This property is expressed in the possibility of simultaneous compensation of not only the multiplicative temperature error of the sensor from the discrepancy between the TCD strain gages and the temperature coefficient of elastic modulus of REs, but also additional multiplicative temperature errors from the sensitivity of the sensor to the tightening moment. Indeed, when carrying out the temperature adjustment of the sensor with its installation in a technological fitting with a nominal tightening torque, a change in the axial force in the threaded part of the sensor when the temperature changes will directly affect the change in the sensor output signal. That is, the change in the output signal of the sensor will depend not only on the discrepancy between the TCD strain gages and the temperature coefficient of the elastic modulus of the RE, but also on its sensitivity to the tightening torque. If at the same time the TFC of the sensor is estimated through a change in the output signal with a change in temperature, then the calculated value of the TFC of the sensor will take into account the influence of the sensor sensitivity to the tightening torque.

Еще одним существенным недостатком данного метода является низкая точность оценки номинала компенсационного резистора при использовании для его расчетов имеющихся аналитических выражений. Для подтверждения этого рассмотрим пример компенсации мультипликативной температурной погрешности согласно прототипу.Another significant drawback of this method is the low accuracy of the rating of the compensation resistor when using available analytical expressions for its calculation. To confirm this, consider an example of compensation for the multiplicative temperature error according to the prototype.

ПримерExample

Провести минимизацию мультипликативной температурной погрешности тензорезисторного датчика с мостовой измерительной цепью, входное сопротивление которой Rвх=1000 Ом, ТКС входного сопротивления αм=0,5·10-3 1/°С, температурный коэффициент чувствительности αд=1·10-3 1/°С, компенсационный термозависимый резистор Rα=500 Ом, а его ТКС αк=4·10-3 1/°С, напряжение питания Un=10 В, температурный диапазон ΔТ=100°С, суммарное относительное изменение сопротивления мостовой цепи при номинальном значении измеряемого параметра

Figure 00000002
.To minimize the multiplicative temperature error of the strain gauge sensor with a bridge measuring circuit, the input resistance of which R in = 1000 Ohms, the TCS of the input resistance α m = 0.5 · 10 -3 1 / ° С, the temperature coefficient of sensitivity α d = 1 · 10 -3 1 / ° С, thermally dependent compensation resistor R α = 500 Ohm, and its TCS α к = 4 · 10 -3 1 / ° С, supply voltage U n = 10 V, temperature range ΔТ = 100 ° С, total relative change in resistance bridge circuit at the nominal value of the measured parameter
Figure 00000002
.

РешениеDecision

Величина компенсационного термонезависимого резистора Rд для компенсации мультипликативной температурной погрешности можно определить в соответствии с прототипомThe value of the compensation thermally independent resistor R d to compensate for the multiplicative temperature error can be determined in accordance with the prototype

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

При установке компенсационного резистора в цепь питания выходной сигнал с датчика можно определить по формулеWhen installing a compensation resistor in the power circuit, the output signal from the sensor can be determined by the formula

Figure 00000004
.
Figure 00000004
.

При воздействии температуры выходной сигнал с датчика можно определить по формулеWhen exposed to temperature, the output signal from the sensor can be determined by the formula

Figure 00000005
Figure 00000005

Тогда мультипликативная температурная чувствительность определится как:Then the multiplicative temperature sensitivity is defined as:

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

Откуда видно, что существующие методы компенсации мультипликативной температурной погрешности не обеспечивают требуемой точности и, как результат, приводят к поэтапной минимизации этой погрешности, что значительно усложняет технологию температурной настройки датчика.It can be seen that the existing methods for compensating the multiplicative temperature error do not provide the required accuracy and, as a result, lead to a phased minimization of this error, which greatly complicates the technology of temperature adjustment of the sensor.

Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности, который позволил бы повысить технологичность и точность компенсации мультипликативной температурной погрешности в процессе настройки.The task to which the claimed invention is directed is to develop a method for tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit by a multiplicative temperature error, which would improve the manufacturability and accuracy of compensating for a multiplicative temperature error during the setup process.

Технический результат - повышение технологичности и точности в процессе настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.The technical result is an increase in manufacturability and accuracy in the process of tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit for a multiplicative temperature error.

Указанный технический результат достигается тем, что:The specified technical result is achieved by the fact that:

- температурную настройку датчика осуществляют после его предварительной сборки и установки в технологический штуцер с номинальным значением момента затяжки, что позволяет в процессе настройки компенсировать дополнительные мультипликативные температурные погрешности датчика от чувствительности к моменту затяжки при изменении температуры;- the temperature setting of the sensor is carried out after its preliminary assembly and installation in the process fitting with a nominal value of the tightening torque, which allows the compensation process to compensate for additional multiplicative temperature errors of the sensor from sensitivity to the tightening torque when the temperature changes;

- определение физических параметров элементов, входящих в состав датчика, производят через определение девиации выходных сигналов датчика при разных значениях температуры без подключения и при подключении термозависимого компенсационного резистора;- determination of the physical parameters of the elements that make up the sensor is carried out by determining the deviation of the sensor output signals at different temperatures without connecting and when connecting a temperature-dependent compensation resistor;

- изготовление и установку термозависимого компенсационного резистора производят по технологии изготовления тензорезисторов;- the manufacture and installation of a temperature-dependent compensation resistor is carried out according to the manufacturing technology of strain gauges;

- материал, из которого изготавливается технологический термозависимый компенсационный резистор, должен обладать максимальным ТКС и ТКЧ, близким к единице, а номинал его должен быть таким, чтобы обеспечить компенсацию максимально возможной мультипликативной температурной погрешности датчика, выполненного по принятой технологии;- the material from which the technological thermally dependent compensation resistor is made must have a maximum TKS and TKH close to unity, and its nominal value must be such as to compensate for the maximum possible multiplicative temperature error of the sensor made by the adopted technology;

- расчет подгоночного термонезависимого резистора производят по экспериментально определенным девиациям выходного сигнала датчика от номинального значения измеряемого параметра при разных значениях температур с подключением и без подключения термозависимого компенсационного резистора;- Calculation of the adjustable thermally independent resistor is performed according to experimentally determined deviations of the sensor output signal from the nominal value of the measured parameter at different temperatures with and without connection of a thermally dependent compensation resistor;

- установку в датчик расчетного значения подгоночного термонезависимого резистора производят в местах с наименьшими тепловыми потоками в процессе эксплуатации датчика (например, во вторичном преобразователе).- installation in the sensor of the calculated value of the adjustable thermally independent resistor is carried out in places with the lowest heat flux during operation of the sensor (for example, in the secondary converter).

Метод определения подгоночного термонезависимого резистора Rд через девиации выходных сигналов датчика состоит в определении ТКЧ датчика αд, ТКС αк резистора Rα, выраженные через девиации выходных сигналов датчика, и ТКС αм входного сопротивления мостовой цепи Rвх, определенные через замеры входного сопротивления моста при нормальной температуре и температуре эксплуатации и последующем расчете величины компенсационного резистора Rд.The method for determining the adjustable thermally independent resistor R d through the deviation of the sensor output signals consists in determining the TFC of the sensor α d , the TCS α to the resistor R α , expressed through the deviations of the sensor output signals, and the TCS α m of the input resistance of the bridge circuit R I , determined through measurements of the input resistance bridge at normal temperature and operating temperature and the subsequent calculation of the value of the compensation resistor R d .

В связи с тем, что аналитическое выражение для расчета подгоночного термонезависимого резистора имеет недостаточную точность (см. пример), вначале необходимо вывести аналитическое выражение для его расчета в зависимости от физических параметров датчика при заданных значениях Rα, αк, αд, αм.Due to the fact that the analytical expression for calculating a fitting thermally independent resistor has insufficient accuracy (see an example), it is first necessary to derive an analytical expression for its calculation depending on the physical parameters of the sensor for given values of R α , α k , α d , α m .

Выходной сигнал с датчика при температуре Тo определяется как:The output signal from the sensor at a temperature T o is defined as:

Figure 00000007
.
Figure 00000007
.

Выходной сигнал с датчика при температуре Т определяется как:The output signal from the sensor at temperature T is defined as:

Figure 00000008
Figure 00000008

Так как условием компенсации мультипликативной температурной погрешности является равенство выходного сигнала датчика при разных температурах, то, приравнивая последние два выражения и записывая полученное уравнение относительно подгоночного резистора Rд, получимSince the condition for compensation of the multiplicative temperature error is the equality of the sensor output signal at different temperatures, then, equating the last two expressions and writing down the resulting equation with respect to the adjustable resistor R d , we obtain

Figure 00000009
Figure 00000009

Полученное выражение позволяет определить подгоночный резистор Rд через физические параметры элементов и является основным при определении его через выходные сигналы датчика.The resulting expression allows you to determine the fitting resistor R d through the physical parameters of the elements and is the main when determining it through the output signals of the sensor.

Для выполнения требований по оценке физических параметров через девиацию выходных сигналов на УЭ, непосредственно в зоне установки тензорезисторов, устанавливают термозависимый компенсационный резистор Rα, величиной заведомо большей, чем это необходимо для компенсации мультипликативной температурной погрешности датчика, например, для металлопленочных датчиков его величина должна быть в пределах 300-500 Ом. При этом технология установки термозависимого компенсационного резистора на УЭ должна быть той же, что и технология установки рабочих тензорезисторов. Место и технология установки резистора Rα определяются требованием получения минимальных отклонений его температурных режимов от рабочих тензорезисторов в процессе эксплуатации. Материал, из которого выполняется термозависимый компенсационный резистор, должен обладать максимальным значением ТКС с целью обеспечения максимальной эффективности компенсации для выбранной технологии его изготовления и установки на УЭ и коэффициентом тензочувствительности, близким к единице, для исключения влияния на его номинал деформаций в месте установки на УЭ. Изготовленный указанным образом резистор Rα включается в цепь питания мостовой измерительной схемы.To fulfill the requirements for evaluating the physical parameters through deviation of the output signals on the UE, directly in the installation zone of the strain gages, install a temperature-dependent compensation resistor R α , a value known to be larger than necessary to compensate for the multiplicative temperature error of the sensor, for example, for metal film sensors, its value should be within 300-500 ohms. At the same time, the technology for installing a temperature-dependent compensation resistor on the UE should be the same as the technology for installing working strain gages. The place and technology of installation of the resistor R α are determined by the requirement to obtain minimal deviations of its temperature conditions from the working strain gages during operation. The material from which the thermally dependent compensation resistor is made must have a maximum TCS value in order to ensure maximum compensation efficiency for the selected technology of its manufacture and installation on the UE and a strain sensitivity coefficient close to unity, to exclude the effect of deformation at its installation location on the UE. The resistor R α made in this way is included in the power supply circuit of the bridge measurement circuit.

Для определения ТКЧ датчика αд закорачивают резистор Rα перемычкой и снимают значения девиации выходного сигнала датчика Uвыхо и Uвыхt при номинальном значении измеряемого параметра Хн и температурах То и Т соответственно.To determine TCF α d probe shorted resistor R α is removed and a jumper deviation values U and U vyho vyht sensor output signal at the nominal value of the measured parameter X n and temperature T o and T, respectively.

Но, с другой стороны, девиацию выходных сигналов датчика при воздействии измеряемого параметра Xн можно представить в виде:But, on the other hand, the deviation of the output signals of the sensor under the influence of the measured parameter X n can be represented as:

- при температуре То

Figure 00000010
- at a temperature T o
Figure 00000010

- при температуре Т

Figure 00000011
- at temperature T
Figure 00000011

где Sд - чувствительность датчика к измеряемому параметру.where S d - the sensitivity of the sensor to the measured parameter.

Разделив второе уравнение на первое, можно определить ТКЧ датчика, выраженный через девиации выходных сигналов при разных значениях температуры:Dividing the second equation by the first one, it is possible to determine the TFC of the sensor, expressed through the deviation of the output signals at different temperatures:

Figure 00000012
Figure 00000012

ТКС входного сопротивления мостовой цепи можно определить по экспериментально снятым при температурах То и T значениям входного сопротивления Rвх и Rвхt соответственно.TCR of the input resistance bridge circuit can be determined by experimentally removed at temperatures T a and T values of the input resistance Rin R and R vht respectively.

Figure 00000013
Figure 00000013

Для определения αк снимают перемычку с термозависимого резистора Rα и определяют выходные сигналы датчика

Figure 00000014
и
Figure 00000015
при воздействии номинального значения измеряемого параметра Хн и температурах То и Т соответственно.To determine α to remove the jumper from the thermally dependent resistor R α and determine the output signals of the sensor
Figure 00000014
and
Figure 00000015
when exposed to the nominal value of the measured parameter X n and temperatures T about and T, respectively.

Тогда выражения (2) и (3) для девиации выходных сигналов датчика с подключенным термозависимым компенсационным резистором Rα будут иметь вид:Then the expressions (2) and (3) for the deviation of the output signals of the sensor with the connected thermally dependent compensation resistor R α will have the form:

- при температуре То - at a temperature T o

Figure 00000016
Figure 00000016

- при температуре Т- at temperature T

Figure 00000017
Figure 00000017

Разделив второе уравнение на первое, подставляя выражения (4) и (5) и решая его относительно αк, можно получить аналитическое выражение ТКС термозависимого компенсационного резистора Rα, выраженное через величину термозависимого компенсационного резистора Rα и девиации выходных сигналов датчика от измеряемого параметра, снятых при разных значениях температур:Dividing the second equation by the first one, substituting expressions (4) and (5) and solving it with respect to α к , we can obtain the analytical expression of the TCS of the thermally dependent compensation resistor R α , expressed in terms of the value of the thermally dependent compensation resistor R α and the deviation of the sensor output from the measured parameter, taken at different temperatures:

Figure 00000018
Figure 00000018

Подставляя формулы (4), (5) и (8) в уравнение (1) и решая относительно Rд, можно рассчитать номинал подгоночного термонезависимого резистора для компенсации мультипликативной погрешности, определенный через величину термозависимого резистора Rα и девиации выходных сигналов датчика, снятых при разных значениях температур.Substituting formulas (4), (5) and (8) into equation (1) and solving with respect to R d , we can calculate the nominal value of the thermally independent resistor to compensate for the multiplicative error, determined through the value of the thermally dependent resistor R α and the deviation of the sensor output signals taken at different temperatures.

Подгоночный термонезависимый резистор расчетного значения устанавливают параллельно с термозависимым компенсационным резистором в таком месте конструкции датчика, где в процессе эксплуатации присутствуют минимальные тепловые потоки (например, во вторичном преобразователе). Это позволяет уменьшить влияние температуры на подгоночный термонезависимый резистор.An adjustable thermally independent resistor of the calculated value is installed in parallel with a thermally dependent compensation resistor in such a place in the sensor construction where minimal heat fluxes are present during operation (for example, in a secondary converter). This reduces the effect of temperature on the adjustable thermally independent resistor.

Для оценки точности минимизации мультипликативной температурной погрешности предлагаемого метода проведем расчет мультипликативной температурной чувствительности датчика на примере.To assess the accuracy of minimizing the multiplicative temperature error of the proposed method, we will calculate the multiplicative temperature sensitivity of the sensor using an example.

ПримерExample

Провести минимизацию мультипликативной температурной погрешности тензорезисторного датчика с мостовой измерительной цепью, входное сопротивление которой Rвх=1000 Ом, термозависимый компенсационный резистор Rα=500 Ом, напряжение питания Un=10 В, температурный диапазон ΔT=100°С, суммарное относительное изменение сопротивления мостовой цепи при воздействии номинального значения измеряемого параметраTo minimize the multiplicative temperature error of the strain gauge sensor with a bridge measuring circuit, the input resistance of which R in = 1000 Ohms, the thermally dependent compensation resistor R α = 500 Ohms, the supply voltage U n = 10 V, the temperature range ΔT = 100 ° C, the total relative change in resistance bridge circuit when exposed to the nominal value of the measured parameter

Figure 00000019
Figure 00000019

РешениеDecision

Для расчета термозависимого компенсационного резистора Rα необходимо экспериментально определить девиацию выходных сигналов датчика при температурах То и Т для двух случаев:To calculate the temperature-dependent compensation resistor R α, it is necessary to experimentally determine the deviation of the sensor output signals at temperatures T o and T for two cases:

- без включения технологического термозависимого компенсационного резистора Rα (Uвыхо и Uвыхt);- without including R α (U and U vyho vyht) compensating process are temperature dependent resistor;

- при включенном технологическом термозависимом компенсационном резисторе

Figure 00000020
- when the technological thermally dependent compensation resistor is turned on
Figure 00000020

Дополнительно примем, что экспериментально определен ТКС входного сопротивления αм=0,5·10-3 1/°С через измерения входного сопротивления мостовой цепи при температурах То и Т.Additionally, we assume that the TCS of the input resistance α m = 0.5 · 10 -3 1 / ° С is experimentally determined through measurements of the input resistance of the bridge circuit at temperatures T about and T.

Однако, если просто задаться указанными параметрами, можно получить нереальные значения термозависимого компенсационного резистора Rα. Поэтому произведем расчет девиации выходных сигналов исходя из реальных значений физических параметров элементов датчика. Зададимся следующими параметрами: ТКЧ датчика αд=1·10-3 1/°С, ТКС термозависимого компенсационного резистора αк=4·10-3 1/°С. Используем принятые значения физических параметров только для расчета девиации выходных сигналов, которые необходимо определить экспериментально, и в дальнейшем при расчете величины подгоночного термонезависимого компенсационного резистора Rд и мультипликативной температурной чувствительности не будем их принимать в расчет, а их оценку будем проводить в соответствии с предлагаемой методикой.However, if you simply set these parameters, you can get unrealistic values of the thermally dependent compensation resistor R α . Therefore, we will calculate the deviation of the output signals based on the real values of the physical parameters of the sensor elements. We set the following parameters: TFC of the sensor α d = 1 · 10 -3 1 / ° С, TKS of a thermally dependent compensation resistor α к = 4 · 10 -3 1 / ° С. We use the accepted values of the physical parameters only to calculate the deviation of the output signals, which must be determined experimentally, and in the future, when calculating the value of the adjustable thermally independent compensation resistor R d and the multiplicative temperature sensitivity, we will not take them into account, and we will evaluate them in accordance with the proposed methodology .

Девиацию выходных сигналов датчика для указанных случаев по принятым физическим параметрам можно рассчитать следующим образом:The deviation of the sensor output signals for these cases according to the accepted physical parameters can be calculated as follows:

Figure 00000021
;
Figure 00000021
;

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000024
Figure 00000023
Figure 00000024

Для расчета величины подгоночного термонезависимого резистора необходимо определить ТКЧ датчика и ТКС компенсационного резистора через девиацию выходных сигналов по формулам (4) и (8) соответственно:To calculate the value of the adjustable thermally independent resistor, it is necessary to determine the TFC of the sensor and the TCS of the compensation resistor through the deviation of the output signals according to formulas (4) and (8), respectively:

Figure 00000025
;
Figure 00000025
;

Figure 00000026
Figure 00000026

Используя полученные значения физических параметров, рассчитаем по формуле (1) номинал подгоночного термонезависимого резистораUsing the obtained values of the physical parameters, we calculate by formula (1) the nominal value of the adjustable thermally independent resistor

Figure 00000027
.
Figure 00000027
.

Откуда Rд=26739,3 Ом.From where R d = 26739.3 Ohms.

Для оценки точности компенсации в соответствии с принятым методом рассчитаем выходные сигналы датчика при различных температурах после установки компенсационных элементов в цепь питания моста в виде параллельного соединения резисторов Rα и Rд=26739,3 Ом.To assess the accuracy of compensation in accordance with the accepted method, we calculate the output signals of the sensor at different temperatures after installing the compensation elements in the bridge power circuit in the form of a parallel connection of resistors R α and R d = 26739.3 Ohms.

Figure 00000028
Figure 00000028

Figure 00000029
Figure 00000029

По полученным значениям девиации выходных сигналов после подключения расчетного значения резистора Rд определим мультипликативную температурную чувствительность датчикаAccording to the obtained values of the deviation of the output signals after connecting the calculated value of the resistor R d we determine the multiplicative temperature sensitivity of the sensor

Figure 00000030
Figure 00000030

Полученное значение мультипликативной температурной чувствительности датчика говорит о том, что точность настройки по мультипликативной температурной погрешности предложенным способом компенсации повысилась более чем на порядок по сравнению с прототипом. Кроме того, предложенный способ компенсации мультипликативной температурной погрешности позволяет одновременно минимизировать дополнительную температурную погрешность датчика от влияния чувствительности его к моменту затяжки.The resulting value of the multiplicative temperature sensitivity of the sensor indicates that the accuracy of the settings for the multiplicative temperature error of the proposed method of compensation increased by more than an order of magnitude compared with the prototype. In addition, the proposed method of compensating for the multiplicative temperature error allows you to simultaneously minimize the additional temperature error of the sensor from the influence of its sensitivity to the moment of tightening.

Claims (1)

Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности, заключающийся в установке в цепь питания мостовой измерительной схемы термозависимого компенсационного резистора Rα, номинал которого обеспечивает компенсацию максимальной мультипликативной температурной погрешности датчика для принятой технологии изготовления, параллельно которому включается подгоночный термонезависимый резистор Rд, отличающийся тем, что производят предварительную сборку датчика, устанавливают в цепь питания мостовой измерительной схемы термозависимый компенсационный резистор Rα с максимально возможным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) и коэффициентом тензочувствительности (ТКЧ) близким к единице, которые можно получить при выбранных материале и технологии изготовления, термозависимый компенсационный резистор изготавливают по технологии рабочих тензорезисторов и устанавливают на упругом элементе в зоне установки рабочих тензорезисторов, устанавливают датчик в технологический штуцер с номинальным значением момента затяжки, закорачивают термозависимый компенсационный резистор Rα перемычкой и определяют девиацию выходного сигнала датчика от номинального измеряемого параметра при нормальной температуре То и рабочей температуре Т - Uвыхо и Uвыхt соответственно и одновременно измеряют входное сопротивление мостовой цепи при указанных температурах - Rвх и Rвхt соответственно, снимают перемычку и вновь определяют девиацию выходного сигнала датчика от номинального измеряемого параметра при нормальной температуре То и рабочей температуре Т -
Figure 00000031
соответственно, рассчитывают ТКЧ датчика αд, ТКС входного сопротивления мостовой цепи αм, ТКС термозависимого компенсационного резистора αк и определяют номинал подгоночного термонезависимого резистора, решая квадратное уравнение
An indirect way of adjusting strain gauge sensors with a bridge measuring circuit by a multiplicative temperature error, which consists in installing a temperature-dependent compensation resistor R α in the power supply circuit of the bridge measuring circuit, the nominal value of which compensates for the maximum multiplicative temperature error of the sensor for the adopted manufacturing technology, in parallel with which a thermally independent resistive fitting R d, characterized in that produce preliminary assembly dates ika is set in the supply circuit of the bridge measuring circuit temperature-dependent compensation resistor R α with the maximum possible temperature coefficient of resistance (TCR) and the gauge factor (TCF) is close to unity, which can be accessed by the selected material and manufacturing technology, temperature-dependent compensation resistor manufactured by technology working strain gauges and install on the elastic element in the installation area of the working strain gages, install the sensor in the technological fitting with the nominal value of the torque shorted temperature-dependent compensation resistor R α crosspiece and determining the deviation of the sensor output signal from the nominal parameter being measured at ambient temperature T a and the working temperature T - U vyho and U vyht respectively and simultaneously measure the input impedance bridge circuit at specified temperatures - R I and R I respectively, remove the jumper and again determine the deviation of the sensor output from the nominal measured parameter at normal temperature T o and operating temperature T -
Figure 00000031
accordingly, the TFC of the sensor α d , the TCS of the input resistance of the bridge circuit α m , the TCS of the thermally dependent compensation resistor α k are calculated and the nominal value of the adjustable thermally independent resistor is determined by solving the quadratic equation
Figure 00000032
Figure 00000032
где
Figure 00000033
Where
Figure 00000033
Figure 00000034
Figure 00000035
Figure 00000034
Figure 00000035
ΔT=T-To - девиация температур в процессе испытаний,ΔT = TT o - temperature deviation during the test, устанавливают подгоночный термонезависимый резистор, расчетного значения, параллельно с термозависимым компенсационным резистором в таком месте конструкции датчика, где в процессе эксплуатации присутствуют минимальные тепловые потоки, например во вторичном преобразователе.install a adjustable thermally independent resistor, of the calculated value, in parallel with the thermally dependent compensation resistor in such a place in the sensor construction where minimal heat fluxes are present during operation, for example, in a secondary converter.
RU2006121637/28A 2006-06-19 2006-06-19 Method of adjusting strain-gages RU2307997C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006121637/28A RU2307997C1 (en) 2006-06-19 2006-06-19 Method of adjusting strain-gages

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006121637/28A RU2307997C1 (en) 2006-06-19 2006-06-19 Method of adjusting strain-gages

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2307997C1 true RU2307997C1 (en) 2007-10-10

Family

ID=38952979

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006121637/28A RU2307997C1 (en) 2006-06-19 2006-06-19 Method of adjusting strain-gages

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2307997C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444700C1 (en) * 2010-10-15 2012-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method to adjust strain gauges with bridge measuring circuit by multiplicative temperature error with account of non-linearity of temperature characteristic of gauge output signal
RU2539818C1 (en) * 2013-07-12 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Indirect method of adjustment of strain sensors with bridge measuring circuit as per multiplicative temperature error considering negative non-linearity of temperature characteristic of output sensor signal
CN114719734A (en) * 2022-02-25 2022-07-08 中国科学院武汉岩土力学研究所 Strain value correction method under condition of arrangement deviation of precision diaphragm strain element

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444700C1 (en) * 2010-10-15 2012-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method to adjust strain gauges with bridge measuring circuit by multiplicative temperature error with account of non-linearity of temperature characteristic of gauge output signal
RU2539818C1 (en) * 2013-07-12 2015-01-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Indirect method of adjustment of strain sensors with bridge measuring circuit as per multiplicative temperature error considering negative non-linearity of temperature characteristic of output sensor signal
CN114719734A (en) * 2022-02-25 2022-07-08 中国科学院武汉岩土力学研究所 Strain value correction method under condition of arrangement deviation of precision diaphragm strain element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2443973C1 (en) Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit based on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of temperature characteristic of sensor output signal
Montero et al. Uncertainties associated with strain-measuring systems using resistance strain gauges
JP3583787B2 (en) Method for calibrating a differential pressure fluid flow measurement system
CN114674520B (en) Sensitivity temperature effect correction method for force measuring wind tunnel test strain balance
RU2450244C1 (en) Method of setting for strain gage resistors with bridge measurement circuit as per multiplicative temperature error with consideration of non-linear temperature response of output sensor signal
RU2444700C1 (en) Method to adjust strain gauges with bridge measuring circuit by multiplicative temperature error with account of non-linearity of temperature characteristic of gauge output signal
RU2307997C1 (en) Method of adjusting strain-gages
CN114413780B (en) Structural thermal strain measurement method for airplane test
RU2408839C1 (en) Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic
RU2302611C1 (en) Substituded mode of tuning of resistive-strain sensors with a bridge measuring circuit on a multiplicative temperature error
RU2307317C1 (en) Method of adjusting strain gages
CN112945127A (en) Fiber grating strain type rebar meter metering calibration device and method
RU2401982C1 (en) Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic
RU2408857C1 (en) Pressure sensor based on nano- and micro-electromechanical system with frequency-domain output signal
RU2417349C1 (en) Procedure for measurement of relative deformations of structures with multi-pointed tensometric measuring system
KR20090014711A (en) Method of calibrating a pressure gauge and system for calibrating a pressure gauge using the same
CN214426651U (en) Fiber grating strain type reinforcing bar meter measurement calibrating device
RU2259537C1 (en) Method of temperature adjustment of resistive-strain pressure sensor with measuring bridge circuit
RU2307998C1 (en) Method of adjusting strain-gages
RU2300735C1 (en) Method of adjusting strain gauges
KR102349777B1 (en) Load sensor comprising compansation means
RU2569924C1 (en) Indirect method to tune strain gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor
RU2267755C1 (en) Method of minimizing additive temperature error of strain gauges
RU2408838C1 (en) Indirect method of adjusting tensoresistor metal-film sensors with bridge measurement circuit on additive temperature error taking into account nonlinearity of sensor initial offset temperature characteristic
RU2231752C1 (en) Procedure of tuning of resistance strain-gauge transducers with bridge measurement circuit

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080620