RU2444700C1 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444700C1 RU2444700C1 RU2010142337/28A RU2010142337A RU2444700C1 RU 2444700 C1 RU2444700 C1 RU 2444700C1 RU 2010142337/28 A RU2010142337/28 A RU 2010142337/28A RU 2010142337 A RU2010142337 A RU 2010142337A RU 2444700 C1 RU2444700 C1 RU 2444700C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- bridge circuit
- output
- resistance
- linearity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
Abstract
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, и термонезависимого резистора Rш, шунтирующего входное сопротивление мостовой цепи, и расчете их номиналов 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. Osadchy, 1979), which consists in installing a temperature-dependent compensation resistor R α and a thermally independent resistor in the power supply circuit of the bridge measuring circuit R W , shunting the input resistance of the bridge circuit, and calculating their ratings through the physical characteristics of the elements that make up the sensor.
Однако использование данного способа при настройке датчиков не учитывает нелинейность выходного сигнала датчика от температуры.However, the use of this method when configuring sensors does not take into account the non-linearity of the sensor output signal from temperature.
При этом дополнительная температурная погрешность от нелинейности выходного сигнала датчика от температуры достигает значительных величин.In this case, the additional temperature error from non-linearity of the sensor output signal from temperature reaches significant values.
Нелинейность выходного сигнала от температуры определяется тремя факторами:The non-linearity of the output signal from the temperature is determined by three factors:
- величиной температурного коэффициента сопротивления (ТКС) тензорезисторов и его нелинейностью от температуры;- the value of the temperature coefficient of resistance (TCS) of strain gauges and its non-linearity in temperature;
- величиной температурного коэффициента тензочувствительности (ТКЧ) тензорезисторов и его нелинейностью от температуры;- the value of the temperature coefficient of strain sensitivity (TCR) of strain gauges and its non-linearity in temperature;
- величиной температурного коэффициента модуля упругости (ТКМУ) материала упругого элемента и его нелинейностью от температуры.- the value of the temperature coefficient of the elastic modulus (TCMU) of the material of the elastic element and its non-linearity in temperature.
Т.о. в зависимости от их соотношения нелинейность выходного сигнала датчика может иметь либо возрастающий, либо затухающий характер.T.O. depending on their ratio, the non-linearity of the sensor output signal can be either increasing or decaying.
Выражение для ТКС тензорезисторов имеет вид [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин», В.А.Тихоненков, 2000 г.]:The expression for TCS strain gages has the form [see “Theory, calculation and the basics of designing sensors of mechanical quantities”, V.A. Tikhonenkov, 2000]:
где - температурный коэффициент удельного сопротивления материала тензорезистора;Where - temperature coefficient of resistivity of the material of the strain gauge;
ρ - удельное сопротивление материала тензорезистора;ρ is the resistivity of the material of the strain gauge;
- температурный коэффициент линейного расширения материала тензорезистора (ТКЛР); - temperature coefficient of linear expansion of the strain gauge material (TLCR);
l - длина тензорезистора.l is the length of the strain gauge.
В соответствии с выражением (1) ТКС тензорезистора имеет затухающий характер, то есть с ростом температуры будет уменьшаться, так как его ТКЛР для конструкционных материалов всегда имеет положительное значение.In accordance with expression (1), the TCS of the strain gage has a decaying character, that is, it will decrease with increasing temperature, since its TEC for structural materials always has a positive value.
Выражение для температурного коэффициента тензочувствительности (ТКЧ) тензорезистора имеет вид [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин», В.А.Тихоненков, 2000 г.]:The expression for the temperature coefficient of strain sensitivity (TCR) of the strain gauge has the form [see “Theory, calculation and the basics of designing sensors of mechanical quantities”, V.A. Tikhonenkov, 2000]:
где - температурный коэффициент теплоемкости материала тензорезистора;Where - temperature coefficient of heat capacity of the strain gauge material;
Cν - теплоемкость материала тензорезистора.C ν is the heat capacity of the material of the strain gauge.
В соответствии с выражением (2) ТКЧ тензорезистора будет иметь возрастающий характер, то есть с ростом температуры будет увеличиваться, однако тензорезисторы, собранные в мостовую цепь, могут привести как к возрастанию, так и уменьшению ТКЧ мостовой цепи, в зависимости от плеча установки тензорезистора.In accordance with expression (2), the TFC of the strain gage will increase, that is, it will increase with increasing temperature, however, the strain gages assembled in the bridge circuit can lead to both increase and decrease of the TFC of the bridge circuit, depending on the arm of the strain gauge installation.
Выражение для мультипликативной температурной чувствительности имеет вид [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин», В.А.Тихоненков, 2000 г.]:The expression for the multiplicative temperature sensitivity has the form [see “Theory, calculation and the basics of designing sensors of mechanical quantities”, V.A. Tikhonenkov, 2000]:
где ηэ - ТКМУ материала упругого элемента (УЭ);where η e - TCMU of the material of the elastic element (RE);
α∂ - ТКЧ тензорезисторов;α ∂ - TFC of strain gauges;
ΔUвыхt - приращение выходного сигнала при воздействии температуры;ΔU oyt - increment of the output signal when exposed to temperature;
Uн - выходной сигнала датчика на нагрузке Rн>500 кОм.U n - the output signal of the sensor at a load R n > 500 kOhm.
Для всех конструкционных материалов ТКМУ имеет отрицательное значение и убывающий характер с ростом температуры, что в соответствии с выражением (3) приводит к уменьшению мультипликативной погрешности с ростом температуры.For all structural materials, TCMU has a negative value and a decreasing character with increasing temperature, which, in accordance with expression (3), leads to a decrease in the multiplicative error with increasing temperature.
Обозначив выражение (3) через ТКЧ тензорезисторов α∂, с учетом сопротивления измерительной цепи питания (внутреннего сопротивления источника питания и дополнительного резистора, используемого для подгонки чувствительности мостовой цепи), выходные сигналы при работе датчика в режиме холостого хода (сопротивление нагрузки более 500 кОм) без воздействия и при воздействии температуры будут иметь вид [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин», В.А.Тихоненков, 2000 г.]:Denoting expression (3) by a current-protective coefficient of strain gauges α ∂ , taking into account the resistance of the measuring power circuit (internal resistance of the power source and an additional resistor used to adjust the sensitivity of the bridge circuit), the output signals when the sensor is in idle mode (load resistance more than 500 kOhm) without exposure and when exposed to temperature will have the form [see “Theory, calculation and the basics of designing sensors of mechanical quantities”, V.A. Tikhonenkov, 2000]:
где Е - ЭДС источника питания;where E is the EMF of the power source;
Rвx - входное сопротивление мостовой цепи;R in - input impedance of the bridge circuit;
Ri - сопротивление подгонки чувствительности мостовой цепи;R i is the resistance of the sensitivity adjustment of the bridge circuit;
- суммарное относительное изменение сопротивления тензорезисторов от измеряемого параметра; - the total relative change in the resistance of the strain gages from the measured parameter;
α∂ - ТКЧ тензорезисторов;α ∂ - TFC of strain gauges;
αr - ТКС входного сопротивления мостовой цепи.α r - TCS input resistance of the bridge circuit.
Анализ выражения (5) показывает, что использование мостовой измерительной цепи также приводит к появлению дополнительной нелинейности выходного сигнала от температуры при наличии зависимости от температуры ТКС входного сопротивления мостовой цепи и ТКЧ тензорезисторов:An analysis of expression (5) shows that the use of a bridge measuring circuit also leads to the appearance of an additional nonlinearity of the output signal as a function of temperature when there is a temperature dependence of the input resistance of the bridge circuit and the TFC of the strain gauges:
- при уменьшении αr с ростом температуры выходной сигнал будет иметь затухающий характер;- with decreasing α r with increasing temperature, the output signal will have a fading character;
- при увеличении α∂ с ростом температуры выходной сигнал датчика будет иметь возрастающий характер;- with increasing α ∂ with increasing temperature, the output signal of the sensor will have an increasing character;
- при уменьшении α∂ с ростом температуры выходной сигнал датчика будет иметь затухающий характер.- with decreasing α ∂ with increasing temperature, the output signal of the sensor will have a fading character.
Таким образом, если αr и α∂ имеют одинаковый характер изменения от температуры (убывающий), то датчик будет иметь убывающий характер выходного сигнала при изменении температуры (отрицательная нелинейность), а при влиянии αr меньше влияния α∂, когда последний будет иметь возрастающий характер от температуры, то датчик будет иметь возрастающий характер выходного сигнала при изменении температуры (положительная нелинейность).Thus, if α r and α ∂ have the same character of change in temperature (decreasing), then the sensor will have a decreasing character of the output signal when the temperature changes (negative non-linearity), and when α r is affected, it is less than the effect of α ∂ , when the latter will have increasing nature of the temperature, the sensor will have an increasing nature of the output signal when the temperature changes (positive non-linearity).
Проведенный анализ показывает, что нелинейность выходного сигнала датчика при изменении температуры объясняется изменением общего температурного коэффициента тензочувствительности (ТКЧ) мостовой цепи α∂о при изменении температуры. Изменение общего ТКЧ мостовой цепи определяется как изменением ТКС входного сопротивления от температуры αr, так и изменением ТКЧ тензорезисторов α∂. Аналитическое выражение для расчета общего ТКЧ мостовой цепи может быть определено из выражения [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин», В.А.Тихоненков, 2000 г.]:The analysis shows that the non-linearity of the output signal of the sensor when the temperature changes is explained by the change in the total temperature coefficient of strain sensitivity (TFC) of the bridge circuit α ∂о when the temperature changes. The change in the total DC current factor of the bridge circuit is determined by both the change in the input current transformer resistance from the temperature α r and the change in the current transformer factor of the strain gauges α ∂ . The analytical expression for calculating the total DC link bridge circuit can be determined from the expression [see “Theory, calculation and the basics of designing sensors of mechanical quantities”, V.A. Tikhonenkov, 2000]:
Подставляя в уравнение (6) выражения (4) и (5) и произведя несложные математические преобразования, получим:Substituting expressions (4) and (5) into equation (6) and making simple mathematical transformations, we obtain:
Выражение (7) позволяет количественно оценить области существования нелинейности общего ТКЧ мостовой цепи, т.е. определить знак нелинейности выходного сигнала при изменении температуры от соотношения αr и α∂. Так как нелинейность ТКС входного сопротивления мостовой цепи от температуры Δαr и нелинейность ТКЧ мостовой цепи от температуры Δα∂o имеют один и тот же порядок, то можно принять, что изменение α∂о при изменении температуры Воспроизводимые в процессе изготовления αr находятся в пределах (0,1-10)·10-4 1/°С и α∂ - в пределах (1-10)·10-4 1/°С.Expression (7) allows us to quantitatively estimate the nonlinearity regions of the general DC coupling of the bridge circuit, i.e. determine the sign of the nonlinearity of the output signal when the temperature changes from the ratio of α r and α ∂ . Since the nonlinearity of the TCS of the input resistance of the bridge circuit from the temperature Δα r and the nonlinearity of the TFC of the bridge circuit from the temperature Δα ∂o are of the same order, it can be assumed that the change in α ∂о with temperature Reproducible in the manufacturing process, α r is in the range (0.1-10) · 10 -4 1 / ° С and α ∂ is in the range (1-10) · 10 -4 1 / ° С.
Для оценки влияния нелинейности ТКЧ тензорезисторов на температурную погрешность рассмотрим пример компенсации мультипликативной температурной погрешности в соответствии с прототипом и определим полученную температурную чувствительность после компенсации от наличия нелинейности ТКЧ мостовой цепи.To assess the effect of the non-linearity of the TCD strain gages on the temperature error, we consider an example of compensation of the multiplicative temperature error in accordance with the prototype and determine the obtained temperature sensitivity after compensation from the presence of non-linearity of the TCD bridge circuit.
ПримерExample
Определить температурные чувствительности в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика с равноплечей мостовой измерительной цепью, у которого:Determine the temperature sensitivities at the extreme values of the temperature range of operation of the sensor with an equal-arm bridge measuring circuit, in which:
- сопротивления тензорезисторов R1=R2=R3=R4=1000 Ом;- resistance of strain gages R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 1000 Ohms;
- сопротивления термозависимого резистора Rα=500 Ом (заведомо большее, чем необходимо для компенсации мультипликативной температурной погрешности);- resistance of a temperature-dependent resistor R α = 500 Ohms (obviously greater than necessary to compensate for the multiplicative temperature error);
- ТКС входного сопротивления мостовой цепи в крайних значениях температурного диапазона соответственно равны - TCS input resistance of the bridge circuit in the extreme values of the temperature range are respectively equal
- ТКЧ тензорезисторов в крайних значениях температурного диапазона соответственно равны , ;- TKH strain gages in extreme values of the temperature range are respectively equal , ;
- ТКС термозависимого компенсационного резистора Rα не зависит от температуры и равен αк=4·10-3 1/°С;- TCS of a temperature-dependent compensation resistor R α is temperature independent and is equal to α к = 4 · 10 -3 1 / ° С;
- суммарное относительное изменение сопротивления тензорезисторов при номинальном значении измеряемого параметра - the total relative change in the resistance of the strain gages at the nominal value of the measured parameter
- температурный диапазон эксплуатации датчика 20±100°С;- temperature range of operation of the
- напряжение питания мостовой цепи Un=10 B.- supply voltage of the bridge circuit U n = 10 B.
РешениеDecision
Определим в соответствии с прототипом номинал компенсационного резистора Rш, при заданном Rα, выразив его из формулы (см. «Проектирование датчиков для измерения механических величин» под редакцией Е.П.Осадчего, 1979 г.)Define in accordance with the prototype the nominal value of the compensation resistor R W , for a given R α , expressing it from the formula (see "Designing sensors for measuring mechanical quantities" edited by EP Osadchy, 1979)
Для определения температурных чувствительностей в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика рассчитаем в соответствии с (4) и (5) девиации выходных сигналов при нормальной температуре 20°С и температур Δt+=+100°С и Δt-=-100°С.To determine the temperature sensitivities in the extreme values of the temperature range of operation of the sensor, we calculate in accordance with (4) and (5) the deviations of the output signals at a normal temperature of 20 ° C and temperatures Δt + = + 100 ° C and Δt - = -100 ° C.
Общее входное сопротивление мостовой цепи при использовании шунтирующего резистора составляет:The total input resistance of the bridge circuit when using a shunt resistor is:
ТКС общего входного сопротивления мостовой цепи может быть определен по формуле [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин», В.А.Тихоненков, 2000 г.]:TCS total input resistance of the bridge circuit can be determined by the formula [see “Theory, calculation and the basics of designing sensors of mechanical quantities”, V.A. Tikhonenkov, 2000]:
Тогда температурные чувствительности в крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин», В.А.Тихоненков, 2000 г.]Then the temperature sensitivities in the extreme values of the temperature range of operation of the sensor [see “Theory, calculation, and design fundamentals of sensors of mechanical quantities”, V.A. Tikhonenkov, 2000]
Результаты расчета показывают, что способ компенсации мультипликативной погрешности, приведенный в прототипе, дает высокую степень компенсации только в температурном диапазоне, для которого производился расчет компенсационной цепочки Rα, Rш (находится в пределах ±1·10-4 1/°С). При наличии нелинейности ТКЧ мостовой цепи, что характерно для всех видов тензорезисторов, температурная чувствительность в другой крайней точке температурного диапазона в 2 раза превышает допустимое значение.The calculation results show that the method of compensating for the multiplicative error given in the prototype gives a high degree of compensation only in the temperature range for which the compensation chain R α , R W was calculated (within ± 1 · 10 -4 1 / ° С). In the presence of non-linearity of the DC circuit of the bridge circuit, which is typical for all types of strain gages, the temperature sensitivity at the other extreme point of the temperature range is 2 times higher than the permissible value.
Для рассмотрения влияния нелинейности общего ТКЧ мостовой цепи α∂о на дополнительные температурные погрешности необходимо оценить изменение α∂о с учетом знака при учете изменения параметров αr и α∂ при крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика из выражения (7):To consider the influence of the nonlinearity of the general TFC of the bridge circuit α ∂о on additional temperature errors, it is necessary to evaluate the change in α ∂о taking into account the sign, taking into account the change in the parameters α r and α ∂ at extreme values of the temperature range of the sensor from expression (7):
где α+ ∂о и α- ∂о - соответственно ТКЧ мостовой цепи при крайней положительной t+ и отрицательной t- температуре;where α + ∂о and α - ∂о - respectively TFC of the bridge circuit at extreme positive t + and negative t - temperature;
и - соответственно ТКЧ тензорезисторов и ТКС входного сопротивления датчика при крайней положительной температуре t+; and - respectively, the TCC of the strain gauges and the TCS of the sensor input resistance at an extremely positive temperature t + ;
и - соответственно ТКЧ тензорезисторов и ТКС входного сопротивления датчика при крайней отрицательной температуре t-. and - respectively, the TCC of the strain gages and the TCS of the input resistance of the sensor at extreme negative temperature t - .
Так как аr имеет затухающий характер с ростом температуры, то примем а где Δαr - нелинейность ТКС входного сопротивления от температуры. Так как α∂ имеет как возрастающий, так и убывающий характер с ростом температуры, то для случая когда α∂ имеет возрастающий характер, примем а где Δα∂ - нелинейность ТКЧ тензорезисторов от температуры, а для случая когда ад имеет убывающий характер - а Примем крайние значения рабочего температурного диапазона t+=120°С, а t-=-80°С (пределы изменения температуры Δt+=+100°С и Δt-=-100°С), тогда, изменяя значения всех параметров, входящих в последнее выражение, можно определить области существования общей нелинейности ТКЧ мостовой цепи при изменении температуры.Since a r has a decaying character with increasing temperature, we take but where Δα r is the nonlinearity of the TCS input resistance versus temperature. Since α ∂ has both increasing and decreasing character with increasing temperature, for the case when α ∂ has an increasing character, we take but where Δα ∂ is the non-linearity of the DTC of the strain gages against temperature, and for the case when hell has a decreasing character - but We take the extreme values of the operating temperature range t + = 120 ° С, and t - = -80 ° С (the limits of temperature change are Δt + = + 100 ° С and Δt - = -100 ° С), then, changing the values of all parameters included in the last expression, it is possible to determine the region of existence of the general nonlinearity of the DC-link circuit of a bridge circuit with temperature.
В связи с тем, что с целью обеспечения возможности подгонки чувствительности датчика к номинальному значению, в процессе изготовления его чувствительность выполняют на (10-15)% выше номинального значения, а подгонку чувствительности осуществляют включением в цепь питания добавочного резистора, номинал которого находится в пределах 50-200 Ом. Поэтому при расчете примем резистор Ri=100 Ом. Определим влияние αr и α∂ при Rвх=1000 Ом на общую нелинейность ТКЧ мостовой цепи при изменении температуры в диапазонах их воспроизводимых характеристик в процессе изготовления.Due to the fact that in order to ensure the possibility of adjusting the sensitivity of the sensor to the nominal value, in the manufacturing process its sensitivity is performed (10-15)% higher than the nominal value, and the sensitivity is adjusted by including an additional resistor in the power circuit, the nominal value of which is within 50-200 ohms. Therefore, in the calculation we take the resistor R i = 100 Ohms. Let us determine the effect of α r and α ∂ at R in = 1000 Ohms on the general nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit with a change in temperature in the ranges of their reproducible characteristics during the manufacturing process.
На Фиг.1 показаны зависимости общей нелинейности ТКЧ мостовой цепи от ТКЧ тензорезисторов при пяти значениях ТКС входного сопротивления мостовой цепи αr=(1,3,5,8,10)×10-4 1/°С в соответствии с выражением (8). При этом каждому значению ТКС мостовой цепи соответствует четыре реализации, каждая из которых соответствует одному из значений Δα∂=(-5;0;3;5)×10-6 1/°С. Все реализации представляют собой прямые линии, которые располагаются слева на право по мере возрастания значений Δα∂.Figure 1 shows the dependence of the overall nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit from the DC circuit of strain gauges at five values of the TCS of the input resistance of the bridge circuit α r = (1,3,5,8,10) × 10 -4 1 / ° С in accordance with the expression (8 ) In this case, each value of the TCS of the bridge circuit corresponds to four realizations, each of which corresponds to one of the values Δα ∂ = (- 5; 0; 3; 5) × 10 -6 1 / ° С. All implementations are straight lines, which are located left to right as Δα ∂ values increase.
Анализ полученных результатов показывает:An analysis of the results shows:
- с ростом ТКС входного сопротивления мостовой цепи общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи смещается в отрицательную сторону, то есть становится затухающей, несмотря на возрастающий характер нелинейности ТКЧ тензорезисторов;- with an increase in the TCS of the input resistance of the bridge circuit, the general non-linearity of the DC-link circuit of the bridge circuit shifts to the negative side, that is, it becomes damped, despite the increasing character of the non-linearity of the DC link of strain gauges;
- для α∂=1,0·10-4 1/°С общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи становится отрицательной во всем диапазоне изменения нелинейности ТКЧ тензорезисторов уже при значениях ТКС входного сопротивления мостовой цепи более αr=6·10-4 1/°С;- for α ∂ = 1.0 · 10 -4 1 / ° С, the general non-linearity of the TFC of the bridge circuit becomes negative in the entire range of non-linearity of the TFC of strain gauges even with the TCS of the input resistance of the bridge circuit more than α r = 6 · 10 -4 1 / ° FROM;
- общий ТКЧ мостовой цепи возрастает с ростом ТКС мостовой цепи и превышает ТКЧ тензорезисторов;- the total TFC of the bridge circuit increases with the growth of the TCS of the bridge circuit and exceeds the TCR of the strain gauges;
- при положительной общей нелинейности ТКЧ мостовой цепи значение нелинейности находится в пределах нелинейности ТКЧ тензорезисторов, а при отрицательной - может превышать нелинейность ТКЧ тензорезисторов в несколько раз, то есть с ростом ТКС входного сопротивления мостовая цепь производит дополнительную раскомпенсацию ТКЧ тензорезисторов;- with a positive general non-linearity of the TFC of the bridge circuit, the non-linearity is within the non-linearity of the TFC of the strain gages, and with a negative one it can exceed the non-linearity of the TFC of the strain gauges by several times, that is, with an increase in the TCS of the input resistance, the bridge circuit additionally compensates for the TCC of the strain gauges;
- при убывающем характере ТКЧ тензорезисторов общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи всегда отрицательна, то есть с ростом температуры ТКЧ мостовой цепи будет иметь затухающий характер.- with the decreasing nature of the TCF of the strain gauges, the general nonlinearity of the TCF of the bridge circuit is always negative, that is, with increasing temperature, the TCI of the bridge circuit will have a decaying character.
- с ростом ТКЧ тензорезисторов общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи смещается в положительную сторону, то есть ТКЧ мостовой цепи становится более возрастающей;- with the growth of the TFC of the strain gauges, the general nonlinearity of the TFC of the bridge circuit shifts to the positive side, that is, the TFC of the bridge circuit becomes more increasing;
- общая нелинейность ТКЧ мостовой цепи с ростом ТКЧ тензорезисторов возрастает и начиная с α∂ +=2,0·10-4 1/°С превышает нелинейность ТКЧ тензорезисторов;- the general non-linearity of the DC current factor of the bridge circuit increases with the increase of the DC voltage gages of the strain gauges and increases from α ∂ + = 2.0 · 10 -4 1 / ° С exceeds the non-linearity of the DC voltage gages of the strain gages;
- общий ТКЧ мостовой цепи (α+ ∂о) возрастает с ростом ТКЧ тензорезисторов, но не превышает его значения, то есть мостовая цепь сама частично компенсирует ТКЧ тензорезисторов;- the total TFC of the bridge circuit (α + ∂о ) increases with the growth of the TFC of the strain gauges, but does not exceed its value, that is, the bridge circuit itself partially compensates for the TFC of the strain gauges;
- при одновременном увеличении ТКС входного сопротивления мостовой цепи и ТКЧ тензорезисторов происходит взаимная компенсация их влияния на общую нелинейность ТКЧ мостовой цепи;- with a simultaneous increase in the TCS of the input resistance of the bridge circuit and the TFC of the strain gauges, there is a mutual compensation of their influence on the general nonlinearity of the TFC of the bridge circuit;
- ТКЧ тензорезисторов оказывает большее влияние на общую температурную нелинейность ТКЧ мостовой цепи, чем ТКС входного сопротивления, и в результате при одинаковом возрастании αr и α∂ становится более положительной (возрастающей);- TFC of strain gauges has a greater effect on the overall temperature nonlinearity of the TFC of the bridge circuit than the TCR of the input resistance, and as a result, α r and α ∂ become more positive (increasing) with the same increase;
- если ТКС входного сопротивления мостовой цепи возрастает быстрее, чем ТКЧ тензорезисторов, то температурная нелинейность ТКЧ мостовой цепи становится отрицательной, то есть будет иметь затухающую характеристику.- if the TCS of the input resistance of the bridge circuit increases faster than the TFC of the strain gauges, then the temperature nonlinearity of the TCR of the bridge circuit becomes negative, that is, it will have a damping characteristic.
В соответствии с рассмотренным примером существуют две области общей нелинейности ТКЧ мостовой цепи:In accordance with the considered example, there are two areas of general nonlinearity of the DC coupler of a bridge circuit:
- положительная, определяемая возрастающей нелинейностью ТКЧ мостовой цепи α∂о=(0,0-10,0)×10-4 1/°С, компенсация которой возможна за счет увеличения нелинейности ТКС входного сопротивления мостовой цепи;- positive, determined by the increasing nonlinearity of the TCF of the bridge circuit α ∂о = (0.0-10.0) × 10 -4 1 / ° С, the compensation of which is possible by increasing the nonlinearity of the TCS input resistance of the bridge circuit;
- отрицательная, определяемая ТКС входного сопротивления, влияние которой на нелинейность ТКЧ мостовой цепи превышает влияние положительной нелинейности ТКЧ тензорезисторов либо когда обе характеристики имеют затухающий характер α∂о=(0,0-20,0)×10-4 1/°С.- negative, determined by the TCS of the input resistance, the influence of which on the non-linearity of the DC current factor of the bridge circuit exceeds the influence of the positive nonlinearity of the DC current transformer of strain gauges or when both characteristics have a damped character α ∂o = (0.0-20.0) × 10 -4 1 / ° С.
Т.о. способ компенсации мультипликативной температурной погрешности, изложенный в прототипе, хотя и позволяет значительно уменьшить эту погрешность, однако применим только в случаях с линейной температурной характеристикой выходного сигнала, что требует разработки способа компенсации мультипликативной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика (полной компенсации мультипликативной температурной погрешности).T.O. Although the method of compensating for the multiplicative temperature error described in the prototype can significantly reduce this error, it is applicable only in cases with a linear temperature characteristic of the output signal, which requires the development of a method for compensating for the multiplicative error taking into account the nonlinearity of the temperature characteristic of the sensor output signal (full compensation of the multiplicative temperature errors).
Сущность изобретения заключается в следующем.The invention consists in the following.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является разработка способа настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности, который позволил бы повысить точность компенсации мультипликативной температурной погрешности в процессе настройки.The problem to which the claimed invention is directed is to develop a method for tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit based on a multiplicative temperature error, which would improve the accuracy of compensation for a multiplicative temperature error during the setup process.
Технический результат заключается в повышении точности в процессе настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.The technical result consists in increasing the accuracy in the process of tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit by a multiplicative temperature error.
Технический результат достигается тем, что для настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика определяют номинал термозависимого резистора Rα для заданного ТКС αк и номинал термонезависимого резистора Rш, шунтирующего выходное сопротивление мостовой цепи, из условия компенсации мультипликативной температурной погрешности. Причем резисторы Rα и Rш устанавливают в выходную диагональ мостовой цепи, работающей на сопротивление нагрузки Rн≤2 кОм. Для этого определяют номинал выходного сопротивления мостовой цепи Rвых и его ТКС αr + и αr - для двух температурных диапазонов, Δt+=t+-to и Δt-=t--to, где to, t+, t- - соответственно нормальная температура и крайние точки температур рабочего температурного диапазона датчика. Определяют ТКЧ мостовой цепи α∂o + и α∂o - для двух температурных диапазонов эксплуатации датчика при Rн≥500 кОм и нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δα∂o=α∂o +-α∂o -) в температурном диапазоне от t+ до t-. Выявляют нахождение αr +, α∂o + и Δα∂о в области существования полной компенсации мультипликативной температурной погрешности. Если определенные αr +, α∂o + и Δα∂о находятся в указанной области, то вычисляют номиналы термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш. Производят установку расчетных значений Rα и Rш в выходную диагональ мостовой цепи.The technical result is achieved by the fact that to configure strain gauge sensors with a bridge measuring circuit based on a multiplicative temperature error, taking into account the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor output signal, the value of the thermally dependent resistor R α for a given TCS α k and the value of the thermally independent resistor R w , shunting the output resistance of the bridge circuit, from the condition for compensation of the multiplicative temperature error. Moreover, the resistors R α and R W set in the output diagonal of the bridge circuit operating on the load resistance R n ≤2 kOhm. To do this, determine the nominal output resistance of the bridge circuit R o and its TCS α r + and α r - for two temperature ranges, Δt + = t + -t o and Δt - = t - -t o , where t o , t + , t - - respectively, the normal temperature and extreme temperature points of the operating temperature range of the sensor. The DCT of the bridge circuit α ∂o + and α ∂o is determined for two temperature ranges of operation of the sensor at R n ≥500 kOhm and the nonlinearity of the DCT of the bridge circuit (Δα ∂o = α ∂o + -α ∂o - ) in the temperature range from t + to t - . The finding of α r + , α ∂o + and Δα ∂о in the region of existence of full compensation of the multiplicative temperature error is revealed. If the defined α r + , α ∂o + and Δα ∂o are in the specified area, then the values of the thermally dependent resistor R α and the thermally independent resistor R W are calculated. Set the calculated values of R α and R W in the output diagonal of the bridge circuit.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Термозависимый резистор Rα и термонезависимый резистор Rш устанавливают в выходную диагональ мостовой цепи, работающей на сопротивление нагрузки Rн≤2 кОм. Выходное напряжение датчика на сопротивлении нагрузки, при включении в выходную диагональ мостовой цепи термозависимого резистора Rα, будет иметь вид [см. «Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин», В.А.Тихоненков, 2000 г.]:The thermally dependent resistor R α and the thermally independent resistor R W are installed in the output diagonal of the bridge circuit operating on the load resistance R n ≤2 kOhm. The output voltage of the sensor on the load resistance, when a thermally dependent resistor R α is included in the output diagonal of the bridge circuit, will look like [see “Theory, calculation and the basics of designing sensors of mechanical quantities”, V.A. Tikhonenkov, 2000]:
где Uxx - выходное напряжение мостовой схемы в режиме холостого хода (на сопротивлении нагрузки Rн>500 кОм);where U xx is the output voltage of the bridge circuit in idle mode (at the load resistance R n > 500 kOhm);
Rн - сопротивление нагрузки (входное сопротивление нормирующего преобразователя);R n - load resistance (input resistance of the normalizing Converter);
Rвых - выходное сопротивление мостовой цепи.R o - the output resistance of the bridge circuit.
При включении в выходную диагональ мостовой цепи термозависимого резистора Rα и установленного параллельно выходному сопротивлению мостовой цепи термонезависимого резистора Rш выражение (9) примет вид:When a thermally dependent resistor R α is included in the output diagonal of the bridge circuit and a thermally independent resistor R w is installed in parallel with the bridge circuit output resistance, expression (9) takes the form:
При воздействии температуры на рассматриваемую схему, при условии, что сопротивление нагрузки термонезависимо, выражение (10) примет вид:Under the influence of temperature on the considered circuit, provided that the load resistance is thermally independent, expression (10) takes the form:
где α∂о - ТКЧ мостовой цепи, определяемое по (6) при Rн>500 кОм;where α ∂o - DCB bridge circuit, determined by (6) at R n > 500 kOhm;
αr - ТКС выходного сопротивления мостовой цепи;α r - TCS output resistance of the bridge circuit;
αк - ТКС термозависимого сопротивления Rα.α to - TCS thermally dependent resistance R α .
Тогда ТКЧ мостовой цепи, работающей на сопротивление нагрузки Rн≤2 кОм (ТКЧ датчика), в соответствии с (6) будет иметь вид:Then the TFC of the bridge circuit operating on the load resistance R n ≤2 kOhm (TFC of the sensor), in accordance with (6), will look like:
Условием компенсации мультипликативной погрешности будет являться равенство нулю ТКЧ датчика на нагрузке α∂н=0, то естьThe condition for compensation of the multiplicative error will be the equality to zero of the TFC of the sensor at the load α ∂n = 0, i.e.
Условием компенсации нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика будет являться равенство ТКЧ датчика на нагрузке при крайних значениях температурного диапазона эксплуатации датчика , то естьThe condition for compensation of the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor output signal will be the equality of the TFC of the sensor at the load at the extreme values of the temperature range of operation of the sensor , i.e
Для полной компенсации мультипликативной температурной погрешности датчика расчет величин компенсационных резисторов Rα и Rш необходимо проводить путем решения системы уравнений (13) и (14):To fully compensate for the multiplicative temperature error of the sensor, the calculation of the values of the compensation resistors R α and R W must be carried out by solving the system of equations (13) and (14):
Для обеспечения эффективности работы компенсационного резистора Rα, установленного в выходную диагональ мостовой цепи, величина сопротивления нагрузки Rн не должна превышать величины 2·Rвых, т.к увеличение Rн>2·Rвых потребует применения Rα величиной в десятки кОм, что приведет к значительному падению чувствительности датчика.To ensure the effectiveness of the compensation resistor R α, set to the output diagonal of the bridge circuit, the load resistance value R n must not exceed the value of 2 · R O, R unnecessarily increase n> 2 · R O R α will require tens of kOhm value, which will lead to a significant drop in the sensitivity of the sensor.
Для определения областей полной компенсации мультипликативной температурной погрешности датчика рассматриваемой схемой проведем расчет величин компенсационных резисторов Rα и Rш путем решения системы уравнений (15) для параметров схемы, рассмотренной в предыдущем примере с некоторыми уточнениямиTo determine the areas of complete compensation of the multiplicative temperature error of the sensor by the considered circuit, we will calculate the values of the compensation resistors R α and R w by solving the system of equations (15) for the circuit parameters considered in the previous example with some refinements
Rвых=1000 Ом, Rн=2000 Ом;R o = 1000 Ohms, R n = 2000 Ohms;
- ТКС выходного сопротивления мостовой цепи αr + находится в пределах (0-10)·10-4 1/°С;- TCS output resistance of the bridge circuit α r + is in the range (0-10) · 10 -4 1 / ° C;
- нелинейность ТКС выходного сопротивления мостовой цепи- nonlinearity of the TCS output resistance of the bridge circuit
Δαr=-5,0·10-6 1/°С;Δα r = -5.0 · 10 -6 1 / ° C;
- ТКЧ мостовой цепи α∂о + находится в пределах (0-20)·10-4 1/°С;- TFC bridge circuit α ∂о + is in the range (0-20) · 10 -4 1 / ° C;
- нелинейность ТКЧ мостовой цепи Δα∂о находится в пределах- the nonlinearity of the DC- link circuit of the bridge circuit Δα ∂о is within
(-20-10)·10-6 1/°С.(-20-10) · 10 -6 1 / ° С.
Графическое изображение зон полной компенсации рассматриваемой схемой по результатам приведенных расчетов представлено на Фиг.2.A graphic image of the zones of complete compensation by the considered circuit according to the results of the above calculations is presented in FIG. 2.
Анализ приведенных результатов позволяет сделать следующие выводы:Analysis of the above results allows us to draw the following conclusions:
- полная компенсация нелинейности температурной характеристики и температурной погрешности датчика может быть осуществлена в области отрицательных значений нелинейности от Δα∂о=-0,2·10-6 1/°С до Δα∂о=-12·10-6 1/°С;- full compensation of the non-linearity of the temperature characteristic and the temperature error of the sensor can be carried out in the region of negative non-linearity values from Δα ∂о = -0.2 · 10 -6 1 / ° С to Δα ∂о = -12 · 10 -6 1 / ° С ;
- все области полной компенсации для рассматриваемых значений нелинейности имеют перекрытие, что позволяет плавный переход при компенсации нелинейности в рассматриваемых зонах.- all areas of full compensation for the considered non-linearity values have overlapping, which allows a smooth transition with non-linearity compensation in the considered zones.
Для определения областей изменения компенсационных резисторов в зонах полной компенсации произведем их расчет путем решения системы уравнений (15) во всем диапазоне изменения ТКС выходного сопротивления мостовой цепи от αr=0,0·10-4 1/°С до αr=10,0·10-4 1/°С.To determine the areas of change of the compensation resistors in the zones of full compensation, we will calculate them by solving the system of equations (15) in the entire range of changes in the TCS of the output resistance of the bridge circuit from α r = 0,0 · 10 -4 1 / ° С to α r = 10, 0 · 10 -4 1 / ° С.
Результаты расчетов представлены на графике изменения компенсационных резисторов (см. Фиг.3).The calculation results are presented on the graph of the change in the compensation resistors (see Figure 3).
Таким образом, использование схемы компенсации по выходным цепям с применением термозависимого резистора Rα и шунтирующего резистора Rш, установленного параллельно выходному сопротивлению мостовой цепи, и анализ полученных результатов расчета позволяют утверждать, что:Thus, the use of a compensation circuit for output circuits using a thermally dependent resistor R α and a shunt resistor R w installed parallel to the output impedance of the bridge circuit, and analysis of the calculation results allow us to state that:
- зона полной компенсации отрицательной нелинейности в сторону низких значений ТКЧ мостовой цепи достигает значений Δα∂о=-0,1·10-6;- the zone of full compensation of negative non-linearity in the direction of low values of TFC of the bridge circuit reaches Δα ∂о = -0.1 · 10 -6 ;
- диапазон изменения резистора Rα составляет от 0,0 до 1000 Ом для всех значений ТКС выходного сопротивления и ТКЧ мостовой цепи;- the range of variation of the resistor R α is from 0.0 to 1000 Ohms for all values of the TCS output resistance and TFC bridge circuit;
- диапазон изменения термонезависимого резистора Rш составляет от 33,0 Ом до 1,0 МОм для всех значений ТКС выходного сопротивления и ТКЧ мостовой цепи;- the range of variation of the thermally independent resistor R W is from 33.0 Ohms to 1.0 MOhm for all values of the TCS output resistance and TFC bridge circuit;
- изменение номиналов сопротивлений Rα и Rш имеет затухающий характер с тостом ТКЧ мостовой цепи;- the change in the values of the resistances R α and R W has a damping character with a toast TKCh bridge circuit;
- изменение термозависимого резистора Rα для αr=0,0·10-4 1/°С и α∂о=10,0·10-4 1/°С при увеличении нелинейности находится в пределах от 748 Ом до 992 Ом, что составляет менее 25%, и уменьшается с увеличением ТКС выходного сопротивления (при αr=0,0·10-4 1/°С и α∂о=10,0·10-4 1/°С изменение составило от 678 Ом до 750 Ом, что составляет менее 10%);the change in the temperature-dependent resistor R α for α r = 0,0 · 10 -4 1 / ° С and α ∂о = 10,0 · 10 -4 1 / ° С with increasing non-linearity is in the range from 748 Ohms to 992 Ohms, which is less than 25%, and decreases with increasing TCS of the output resistance (at α r = 0.0 · 10 -4 1 / ° С and α ∂о = 10.0 · 10 -4 1 / ° С, the change was from 678 Ohms up to 750 Ohms, which is less than 10%);
- изменение термонезависимого шунтирующего резистора Rш для αr=0,0·10-4 1/°С и α∂о=10,0·10-4 1/°С при увеличении нелинейности находится в пределах от 324 Ом до 40384 Ом, что составляет более 99% от максимального значения, и незначительно уменьшается с увеличением ТКС выходного сопротивления (при αr=0,0·10-4 1/°С и α∂о=10,0·10-4 1/°С изменение составило от 38 Ом до 1634 Ом, что составляет менее 98%).- a change in the thermally independent shunt resistor R W for α r = 0,0 · 10 -4 1 / ° С and α ∂о = 10,0 · 10 -4 1 / ° С with increasing non-linearity is in the range from 324 Ohms to 40384 Ohms , which is more than 99% of the maximum value, and slightly decreases with increasing TCS of the output resistance (at α r = 0,0 · 10 -4 1 / ° С and α ∂о = 10,0 · 10 -4 1 / ° С the change ranged from 38 ohms to 1634 ohms, which is less than 98%).
Таким образом, область значений ТКС выходного сопротивления αr +, ТКЧ мостовой цепи α∂o + и его нелинейности Δα∂о, при которых возможна полная компенсация мультипликативной температурной погрешности, представлена в таблице 1:Thus, the range of TCS of the output resistance α r + , TFC of the bridge circuit α ∂o + and its nonlinearity Δα ∂o , for which full compensation of the multiplicative temperature error is possible, is presented in table 1:
Рассмотрим пример для подтверждения возможности полной компенсации мультипликативной температурной погрешности схемой, состоящей из термозависимого резистора Rα, термонезависимого резистора Rш, шунтирующего выходное сопротивление мостовой цепи, установленной в выходную диагональ мостовой цепи, работающей на низкоомную нагрузку Rн≤2,0 кОм.Let us consider an example to confirm the possibility of full compensation of the multiplicative temperature error by a circuit consisting of a thermally dependent resistor R α , a thermally independent resistor R W , shunting the output resistance of the bridge circuit installed in the output diagonal of the bridge circuit operating at a low resistance load R n ≤2.0 kOhm.
ПримерExample
Произвести полную компенсацию мультипликативной температурной погрешности тензорезисторного датчика с равноплечей мостовой измерительной цепью, имеющей характеристики в соответствии с раннее рассмотренным примером, отличающейся только параметрами ТКС и ТКЧ мостовой цепи, выбранными в соответствии с ограничениями на область существования полной компенсации (см. Табл.1):Make full compensation of the multiplicative temperature error of the strain gauge sensor with an equal-arm bridge measuring circuit, having characteristics in accordance with the earlier considered example, differing only in the TCS and TFC parameters of the bridge circuit, selected in accordance with the restrictions on the area of existence of full compensation (see Table 1):
- ТКС выходного сопротивления мостовой цепи αr +=8,0·10-4 1/°С;- TCS of the output resistance of the bridge circuit α r + = 8.0 · 10 -4 1 / ° С;
- нелинейность ТКС выходного сопротивления мостовой цепи- nonlinearity of the TCS output resistance of the bridge circuit
Δαr=-5,0·10-6 1/°С;Δα r = -5.0 · 10 -6 1 / ° C;
- ТКЧ мостовой цепи α∂o +=1,5·10-4 1/°С;- TCC bridge circuit α ∂o + = 1.5 · 10 -4 1 / ° С;
- нелинейность ТКЧ мостовой цепи Δα∂о=-5,0·10-6 1/°С.- non-linearity of the DC circuit of the bridge circuit Δα ∂о = -5.0 · 10 -6 1 / ° С.
РешениеDecision
Считаем, что мостовая цепь сбалансирована, т.к. сопротивления всех плеч равны. Тогда, решая систему уравнений (15), можно определить номиналы компенсационных элементов Rα и Rш:We believe that the bridge circuit is balanced, because the resistance of all shoulders is equal. Then, solving the system of equations (15), it is possible to determine the values of the compensation elements R α and R W :
Действительными корнями решения системы уравнений являютсяThe real roots of the solution of the system of equations are
Rα=64,3222 Ом и Rш=608,7311 Ом.R α = 64.3222 Ohms and R W = 608.7311 Ohms.
Для оценки точности полной компенсации мультипликативной температурной погрешности рассматриваемой схемой необходимо, в соответствии с уравнениями (10) и (11), рассчитать выходные сигналы датчика на нагрузке при нормальной температуре и крайних температурах рабочего диапазона эксплуатации датчика:To evaluate the accuracy of full compensation of the multiplicative temperature error by the considered circuit, it is necessary, in accordance with equations (10) and (11), to calculate the sensor output signals at a load at normal temperature and extreme temperatures of the sensor operating range:
- при нормальной температуре 20°С- at a normal temperature of 20 ° C
- при температуре +120°С- at a temperature of + 120 ° C
- при температуре -80°С- at a temperature of -80 ° C
Температурные чувствительности датчика в разных температурных диапазонах могут быть определены как:The temperature sensitivity of the sensor in different temperature ranges can be defined as:
- в положительном диапазоне температур Δt+=+100°С- in the positive temperature range Δt + = + 100 ° С
- в отрицательном диапазоне температур Δt-=-100°С- in the negative temperature range Δt - = -100 ° С
Таким образом, точность компенсации мультипликативной температурной погрешности не превышает 2,5·10-4 % от предельно допустимого значения температурной чувствительности (Sкtдоп=1·10-4 1/°С), а точность компенсации температурной нелинейности выходного сигнала не превышает 3,5·10-4 % от предельно допустимого значения температурной чувствительности.Thus, the accuracy of the compensation of the multiplicative temperature error does not exceed 2.5 · 10 -4 % of the maximum permissible value of the temperature sensitivity (S ktdop = 1 · 10 -4 1 / ° С), and the accuracy of the compensation of the temperature non-linearity of the output signal does not exceed 3.5 · 10 -4 % of the maximum permissible value of temperature sensitivity.
Предлагаемый способ полной компенсации мультипликативной температурной погрешности показал высокую точность компенсации, которая зависит только от точности изготовления компенсационных резисторов и точности определения физических характеристик тензорезисторов.The proposed method for full compensation of the multiplicative temperature error showed a high accuracy of compensation, which depends only on the accuracy of manufacturing compensation resistors and the accuracy of determining the physical characteristics of strain gauges.
Claims (1)
,
и нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δα∂o=α∂о +-α∂о -) в температурном диапазоне от t+ до t-, выявляют нахождение в αr +, α∂о - и Δα∂о области существования полной компенсации в соответствии с табл.1:
и если определенные αr +, α∂o - и Δα∂о находятся в указанной области, то определяют номиналы термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш путем решения системы уравнений:
и производят установку расчетных значений термозависимого резистора Rα и термонезависимого резистора Rш в выходную диагональ мостовой цепи, работающую на низкоомную нагрузку Rн≤2 кОм. A method for tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit based on a multiplicative temperature error taking into account the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor output signal, which consists in determining the value of the thermally dependent resistor R α for a given TCS α k and the value of the thermally independent resistor R w , shunting the input resistance of the bridge circuit, from the condition multiplicative error compensation temperature, characterized in that the resistors R α and R w is set to an output diagonal Mostovo circuit operating at the load resistance R n ≤2 ohms, which define the nominal bridge circuit output impedance R O and TCR and α r + α r - two temperature ranges, Δt + = t + -t o and Δt - = t - -t o , where t o , t + , t - are the normal temperature and extreme temperature points of the operating temperature range of the sensor, determine the output voltage U + output , U - output , U output with a load resistance of R n > 500 kOhm, extreme points and the normal temperature of the operating temperature range of the sensor, respectively, calculate TKH bridge ∂o chain α +, α ∂o - by the formula:
,
and the nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit (Δα ∂o = α ∂о + -α ∂о - ) in the temperature range from t + to t - , it is found that α r + , α ∂о - and Δα ∂о are the regions of the existence of full compensation in according to table 1:
and if certain α r + , α ∂o - and Δα ∂o are in the specified area, then the values of the thermally dependent resistor R α and the thermally independent resistor R W are determined by solving the system of equations:
and set the calculated values of the thermally dependent resistor Rα and the thermally independent resistor R W in the output diagonal of the bridge circuit operating on a low-impedance load R n ≤2 kOhm.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010142337/28A RU2444700C1 (en) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010142337/28A RU2444700C1 (en) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2444700C1 true RU2444700C1 (en) | 2012-03-10 |
Family
ID=46029122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010142337/28A RU2444700C1 (en) | 2010-10-15 | 2010-10-15 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2444700C1 (en) |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2506534C1 (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2507475C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2507477C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2507476C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2528242C2 (en) * | 2012-10-26 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to adjust resistance strain gauge sensors with bridge measurement circuit using multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of sensor output signal |
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 |
RU2539816C1 (en) * | 2013-07-23 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет | Indirect method of tuning of strain gauges with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2542611C1 (en) * | 2013-07-23 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Indirect method of tuning of strain gauges with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2545089C2 (en) * | 2013-07-12 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Indirect method to tune strain gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5534773A (en) * | 1994-06-23 | 1996-07-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for compensating an offset voltage temperature drift in a semiconductor strain gage sensor |
JP2004132742A (en) * | 2002-10-08 | 2004-04-30 | Toshiba Tec Corp | Method for regulating temperature compensating resistor for output voltage of strain sensor, and regulator for temperature compensating resistor used for it |
RU2302611C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Substituded mode of tuning of resistive-strain sensors with a bridge measuring circuit on a multiplicative temperature error |
RU2307997C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of adjusting strain-gages |
-
2010
- 2010-10-15 RU RU2010142337/28A patent/RU2444700C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5534773A (en) * | 1994-06-23 | 1996-07-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Method for compensating an offset voltage temperature drift in a semiconductor strain gage sensor |
JP2004132742A (en) * | 2002-10-08 | 2004-04-30 | Toshiba Tec Corp | Method for regulating temperature compensating resistor for output voltage of strain sensor, and regulator for temperature compensating resistor used for it |
RU2302611C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Substituded mode of tuning of resistive-strain sensors with a bridge measuring circuit on a multiplicative temperature error |
RU2307997C1 (en) * | 2006-06-19 | 2007-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of adjusting strain-gages |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2507475C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2507477C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2507476C1 (en) * | 2012-07-03 | 2014-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2506534C1 (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2528242C2 (en) * | 2012-10-26 | 2014-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method to adjust resistance strain gauge sensors with bridge measurement circuit using multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of sensor output signal |
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 |
RU2545089C2 (en) * | 2013-07-12 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Indirect method to tune strain gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2539816C1 (en) * | 2013-07-23 | 2015-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет | Indirect method of tuning of strain gauges with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
RU2542611C1 (en) * | 2013-07-23 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Indirect method of tuning of strain gauges with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of negative non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
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 | |
RU2443973C1 (en) | Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit based on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of temperature characteristic of sensor output signal | |
RU2450244C1 (en) | Method of setting for strain gage resistors with bridge measurement circuit as per multiplicative temperature error with consideration of non-linear temperature response of output sensor signal | |
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 | |
KR940015465A (en) | Weighing device | |
JP2002527767A (en) | Circuit arrangement for temperature non-linearity compensation of the characteristic curve of a piezoresistive measuring resistor connected in a bridge circuit | |
RU2401982C1 (en) | Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic | |
KR20100035138A (en) | Temperature measuring circuit in a flowmeter | |
US6853176B2 (en) | Power measurement apparatus and method therefor | |
Kalita et al. | Design and uncertainty evaluation of a strain measurement system | |
KR100909660B1 (en) | Error compensator of sensor measurement circuit and its method | |
Dorsey | Homegrown strain-gage transducers: Simple compensation procedures can be used to correct errors in strain-gage transducer bridges | |
RU2571445C2 (en) | Correction of voltage measurement at transducer terminals | |
JPH0769232B2 (en) | Method and apparatus for temperature compensation of load cell | |
RU2507476C1 (en) | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor | |
RU2302611C1 (en) | Substituded mode of tuning of resistive-strain sensors with a bridge measuring circuit on a multiplicative temperature error | |
RU2307997C1 (en) | Method of adjusting strain-gages | |
RU2507477C1 (en) | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor | |
RU2507475C1 (en) | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor | |
RU2528242C2 (en) | Method to adjust resistance strain gauge sensors with bridge measurement circuit using multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of sensor output signal | |
RU2506534C1 (en) | Method to tune strain-gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of positive non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor | |
CN114935390B (en) | Weighing force transducer for offset load error compensation | |
JPH0125425B2 (en) | ||
RU2801425C1 (en) | Method for adjusting a thin-film pressure sensor | |
RU2569923C1 (en) | Indirect method to tune strain gauge sensors with bridge measurement circuit by multiplicative temperature error with account of non-linearity of temperature characteristic of output signal of sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121016 |