RU2507475C1 - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507475C1 RU2507475C1 RU2012128012/28A RU2012128012A RU2507475C1 RU 2507475 C1 RU2507475 C1 RU 2507475C1 RU 2012128012/28 A RU2012128012/28 A RU 2012128012/28A RU 2012128012 A RU2012128012 A RU 2012128012A RU 2507475 C1 RU2507475 C1 RU 2507475C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bridge circuit
- linearity
- temperature
- value
- sensor
- 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 тензорезисторной датчиковой аппаратуры с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности.The invention relates to measuring equipment and can be used to configure the strain gauge sensor equipment with a bridge measuring circuit for a multiplicative temperature error.
Известен способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика (см. Патент на изобретение RU 2443973 C1, G01B 7/16 «Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика», опубликованный 27.02.2012 в Бюл. №6), принятый за прототип, в котором для компенсации мультипликативной температурной погрешности при сопротивлении нагрузки Rн>500кОм определяют ТКЧ мостовой цепи α+ до и α- до для диапазона температур Δt+=t+-t0 и Δt-=t--t0, где t0, t+, t- - нормальная температура, верхний и нижний предел рабочего диапазона температур соответственно. Вычисляют нелинейность ТКЧ мостовой цепи (Δαдо-α+ до-α- до). Если Δαдо принимает отрицательное значение, то датчик подключают к нагрузке Rн≤2кОм. Определяют выходное сопротивление мостовой цепи и ТКС выходного сопротивления датчика. Проверяют нахождение ТКЧ мостовой цепи и его нелинейности в области применения, если данные параметры датчика оказываются в области применения способа, вычисляют требуемый номинал термозависимого резистора Rαвых и термонезависимого резистора Rдвых. Устанавливают резистор Rαвых, зашунтированный резистором Rдвых, последовательно с нагрузкой.There is a method of tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit for a multiplicative temperature error taking into account the non-linearity of the temperature characteristic of the sensor output signal (see Patent for invention RU 2443973 C1, G01B 7/16 "Method for setting strain gauge sensors with a bridge measuring chain for a multiplicative temperature error taking into account non-linearity of the temperature characteristics of the sensor output signal ", published on 02.27.2012 in Bull. No. 6), adopted as a prototype, in which to compensate for the mule multiplicative temperature error at load resistance R n> 500kOm determine TCF pavement chain and to α + α - up to the temperature range of Δt + = t + -t 0 and Δt - = t - -t 0, where t 0 + t, t - - normal temperature, upper and lower limits of the operating temperature range, respectively. The nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit is calculated (Δα to -α + to -α - to ). If Δα to takes a negative value, then the sensor is connected to a load of R n ≤2kOhm. The output resistance of the bridge circuit and the TCS of the sensor output resistance are determined. Check for the presence of the DC link bridge circuit and its nonlinearity in the field of application, if these sensor parameters are in the field of application of the method, the required value of the thermally dependent resistor R αout and the thermally independent resistor R two are calculated . Install the resistor R αout , shunted by the resistor R two , in series with the load.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что нелинейность ТКЧ мостовой цепи может принимать как отрицательные, так и положительные значения, как показано в описании прототипа. Прототип позволяет производить полную компенсацию мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи, удовлетворяющей неравенству Δαдо≤-2·10-6 1/°С.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known method include the fact that the non-linearity of the DC circuit of the bridge circuit can take both negative and positive values, as shown in the description of the prototype. The prototype allows for full compensation of the multiplicative temperature error, taking into account the negative nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit, satisfying the inequality Δα to ≤-2 · 10 -6 1 / ° С.
В описании прототипа показано, что отсутствие учета нелинейности ТКЧ мостовой цепи позволяет произвести компенсацию мультипликативной температурной погрешности в одной крайней точке рабочего диапазона температур, для которой вычислялись номиналы компенсационных резисторов Rαвых и Rдвых, что позволяет получить мультипликативную чувствительность датчика к температуре в пределах ±1·10-4 1/°С в данной точке рабочего диапазона температур. В другой крайней точке рабочего диапазона температур мультипликативная чувствительность датчика к температуре составляет порядка ±2·10-4 1/°С и более, что превышает допустимое значение, которое составляет ±1·10-4 1/°С.The description of the prototype shows that the absence of taking into account the nonlinearity of the TCF bridge circuit allows compensation of the multiplicative temperature error at one extreme point of the operating temperature range, for which the values of the compensation resistors R αout and R two were calculated , which allows to obtain a multiplicative sensitivity of the sensor to a temperature within ± 1 · 10 -4 1 / ° С at a given point of the operating temperature range. At the other extreme point of the operating temperature range, the multiplicative sensitivity of the sensor to temperature is of the order of ± 2 · 10 -4 1 / ° С and more, which exceeds the permissible value, which is ± 1 · 10 -4 1 / ° С.
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 при положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи.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 accuracy of compensating for a multiplicative temperature error in the setup process with a positive non-linearity of the DC-circuit TCD.
Технический результат заключается в повышении точности в процессе настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности при положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи.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 with a positive nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что производят предварительное преобразование положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи датчика в отрицательную и последующую компенсацию мультипликативной температурной погрешности в соответствии с прототипом.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by preliminarily converting the positive nonlinearity of the DTC of the sensor bridge circuit into negative and subsequent compensation of the multiplicative temperature error in accordance with the prototype.
Это достигается тем, что в диагональ питания мостовой цепи включают термозависимый резистор Rαвх, что дает смещение нелинейности ТКЧ мостовой цепи датчика в сторону отрицательных значений. Номинал термозависимого резистора Rαвx выбирают исходя из необходимости обеспечения отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи Δαдо≤-2·10-6 1/°С, при которой появляется возможность использовать прототип для компенсации температурной погрешности. Для этого, если нелинейность ТКЧ мостовой цепи является положительной, при Rн>500кОм определяют ТКЧ тензорезисторов α+ д и α- д для диапазона температур Δt+ и Δt- соответственно и вычисляют нелинейность ТКЧ тензорезисторов Δαд=α+ д-α- д. Определяют величину входного сопротивления Rвх, ТКС входного сопротивления α+ вх, α- вх для диапазона температур Δt+ и Δt- соответственно. Проверяют принадлежность α+ д и Δαд области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, заданную таблицей 3. Если α+ д и Δαд удовлетворяют области, заданной таблицей 3, то вычисляют номинал термозависимого резистора Rαвх. Устанавливают резистор Rαвx в диагонали питания мостовой цепи. Вычисляют ТКЧ мостовой цепи и его нелинейность после включения термозависимого резистора Rαвx.This is achieved by the fact that a thermally dependent resistor R αin is included in the diagonal of the bridge circuit power supply, which gives a shift in the nonlinearity of the DC-link circuit of the sensor bridge towards negative values. The value of the thermally dependent resistor R αinx is selected based on the need to ensure the negative non-linearity of the DC-link TCD of Δα to ≤-2 · 10 -6 1 / ° С, at which it becomes possible to use the prototype to compensate for the temperature error. To do this, if the non-linearity of the DC current factor of the bridge circuit is positive, for R n > 500 kOhm, the TCD of the strain gages α + d and α - d are determined for the temperature range Δt + and Δt - respectively, and the nonlinearity of the TFC of the strain gages Δα d = α + d- α - d . Determine the value of the input resistance R I , TCS input resistance α + I , α - I for the temperature range Δt + and Δt - respectively. Check the affiliation of α + d and Δα d of the transformation region of the positive nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit to the negative one specified by table 3. If α + d and Δα d satisfy the region specified by table 3, then the value of the thermally dependent resistor R αinput is calculated . Install the resistor R αvx in the diagonal of the power supply of the bridge circuit. The DC circuit of the bridge circuit and its nonlinearity are calculated after turning on the thermally dependent resistor R αвx .
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено влияние термозависимого резистора Rαвх на нелинейность ТКЧ мостовой цепи, на фиг.2 - область преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, на фиг.3 - схема включения резисторов Rαвx, Rαвых и Rдвых.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows the influence of a temperature- dependent resistor Rin on the non-linearity of the DC current bridge circuit, in Fig.2 - the area for converting the positive non-linearity of the DC current bridge circuit into negative, in Fig.3 - connection diagram of the resistors R αx , R αout and R two .
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Как показано в описании прототипа, нелинейность ТКЧ мостовой цепи включает в себя две составляющие:As shown in the description of the prototype, the nonlinearity of the DC circuit bridge circuit includes two components:
1) нелинейность, вносимая тензорезисторами, установленными на упругом элементе, которая может принимать как отрицательное, так и положительное значение;1) the non-linearity introduced by strain gauges mounted on an elastic element, which can take both negative and positive values;
2) нелинейность, вносимая измерительной схемой, которая всегда является отрицательной при использовании мостовой цепи.2) the nonlinearity introduced by the measuring circuit, which is always negative when using a bridge circuit.
В соответствии с пунктом 2 можно получить отрицательную нелинейность ТКЧ мостовой цепи, изменив составляющую, вносимую измерительной схемой. Для этого в мостовую цепь следует включить резистор, который увеличит отрицательную составляющую нелинейности. Рассмотрим включение термозависимого резистора Rαвх.In accordance with
В соответствии с прототипом выходное напряжение мостовой цепи после включения резистора Rαвх при воздействии температуры может быть представлено следующим образом:In accordance with the prototype, the output voltage of the bridge circuit after turning on the resistor R αin when exposed to temperature can be represented as follows:
где Uвыхt - выходное напряжение мостовой цепи при воздействии температуры;where U o is the output voltage of the bridge circuit when exposed to temperature;
Uпит - напряжение питания мостовой цепи;U pit is the supply voltage of the bridge circuit;
k=R1/R2=R3/R4 - коэффициент симметрии мостовой цепи;k = R 1 / R 2 = R 3 / R 4 is the symmetry coefficient of the bridge circuit;
Rвх - входное сопротивление мостовой цепи датчика;R I - input resistance of the bridge circuit of the sensor;
αвх - ТКС входного сопротивления;α I - TCS input resistance;
Δt=t-t0 - изменение температуры;Δt = tt 0 - temperature change;
αд - ТКЧ тензорезисторов;α d - TKH strain gages;
Rαвx - номинал термозависимого резистора, включенного в цепь питания;R αвx - the nominal value of the thermally dependent resistor included in the power circuit;
t - воздействующая температура;t is the acting temperature;
t0 - нормальная температура;t 0 - normal temperature;
εi - относительное изменение сопротивления плеча Ri мостовой цепи;ε i is the relative change in shoulder resistance R i of the bridge circuit;
αк - ТКС термозависимого резистора Rαвх.α to - TCS of the thermally dependent resistor R αin .
Анализ знаменателя зависимости (1) позволяет сделать вывод о том, что после включения резистора Rαвx у зависимости напряжения питания от температуры будет составляющая, обратно пропорциональная росту температуры, что приведет к смещению зависимости нелинейности ТКЧ мостовой цепи в сторону отрицательных значений.An analysis of the denominator of dependence (1) allows us to conclude that after turning on the resistor R αвx , the dependence of the supply voltage on temperature will have a component inversely proportional to the temperature increase, which will lead to a shift in the dependence of the nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit towards negative values.
При нормальной температуре выходное напряжение датчика после включения термозависимого резистора Rαвx с учетом (1) может быть представлено следующим образом:At normal temperature, the output voltage of the sensor after turning on the temperature-dependent resistor R αвx taking into account (1) can be represented as follows:
где Uвых - выходное напряжение мостовой цепи при нормальной температуре.where U o is the output voltage of the bridge circuit at normal temperature.
Как показано в прототипе, ТКЧ мостовой цепи может быть определен через выходные напряжения:As shown in the prototype, the DC circuit of the bridge circuit can be determined through the output voltage:
Подставляя (1) и (2) в (3) можно получить зависимость ТКЧ от параметров датчика:Substituting (1) and (2) in (3), we can obtain the dependence of the TFC on the sensor parameters:
Нелинейность ТКЧ мостовой цепи может быть представлена следующим образом:The nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit can be represented as follows:
где Δt+=t+-t0, Δt-=t--t0 - положительный и отрицательный диапазон температур;where Δt + = t + -t 0 , Δt - = t - -t 0 - positive and negative temperature range;
t0 - нормальная температура;t 0 - normal temperature;
t+, t- - верхний и нижний предел рабочего диапазона температур;t + , t - - upper and lower limit of the operating temperature range;
α+ до, α- до - ТКЧ мостовой цепи датчика при температуре t+ и t- соответственно;α + up , α - up - TFC of the sensor bridge circuit at t + and t - respectively;
α+ д, α- д - ТКЧ тензорезисторов при температуре t+ и t- соответственно;α + d , α - d - TFC of strain gauges at temperature t + and t - respectively;
α+ вх, α- вх - ТКС входного сопротивления мостовой цепи датчика при температуре t+ и t- соответственно;α + in , α - in - TKS input resistance of the sensor bridge circuit at a temperature of t + and t - respectively;
Δαдо - нелинейность ТКЧ мостовой цепи.Δα to is the nonlinearity of the DC coupler of the bridge circuit.
Для оценки влияния номинала резистора Rαвx на нелинейность ТКЧ мостовой цепи была вычислена искомая Δαдо при следующих исходных данных:To assess the influence of the resistor value R αвx on the non-linearity of the DC -link circuit of the bridge circuit, the desired Δα before was calculated with the following initial data:
1. Входное сопротивление мостовой цепи: Rвх=1000Ом;1. The input impedance of the bridge circuit: R I = 1000 Ohm;
2. ТКЧ тензорезистора принимает следующие значения: αд=(1, 5, 10)·10-4 1/°С;2. TKH strain gauge takes the following values: α d = (1, 5, 10) · 10 -4 1 / ° C;
3. Нелинейность ТКЧ тензорезистора принимает следующие значения: Δαд=(1, 5, 10)·10-6 1/°С;3. The non-linearity of the TSC strain gauge takes the following values: Δα d = (1, 5, 10) · 10 -6 1 / ° C;
4. ТКС входного сопротивления: αвх=5·10-4 1/°С;4. TKS input resistance: α I = 5 · 10 -4 1 / ° C;
5. нелинейность ТКС входного сопротивления: Δαвх=α+ вх-α- вх=-5·10-6 1/°С;5. nonlinearity TCR of the input resistance: Δα = α + Rin Rin -α - in = -5 · 10 -6 1 / ° C;
6. ТКС компенсационного резистора: αк=4·10-3 1/°С;6. TCS compensation resistor: α to = 4 · 10 -3 1 / ° C;
7. Величина термозависимого резистора: Rαвx=(1, 100, 200, 300) Ом. Собранный материал представлен в таблице 1.7. The value of the thermally dependent resistor: Rα bx = (1, 100, 200, 300) Ohms. The collected material is presented in table 1.
Анализ данных позволяет сделать следующие выводы:Data analysis allows us to draw the following conclusions:
1. Нелинейность ТКЧ мостовой цепи зависит от номинала термозависимого резистора Rαвx.1. The nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit depends on the value of the thermally dependent resistor R αвx .
2. При малых значениях номинала компенсационного резистора порядка 1Ом нелинейность ТКЧ мостовой цепи определяется нелинейностью ТКЧ тензорезисторов, установленных на упругом элементе (фиг.1).2. For small values of the value of the compensation resistor of the order of 1 Ohm, the non-linearity of the TFC of the bridge circuit is determined by the non-linearity of the TFC of the strain gauges mounted on the elastic element (Fig. 1).
3. Включение резистора Rαвx приводит к смещению нелинейности ТКЧ мостовой цепи в область отрицательных значений (фиг.1).3. The inclusion of the resistor R αвx leads to a shift in the nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit to the region of negative values (Fig. 1).
В соответствии с п.3 подбором номинала термозависимого резистора Rαвx можно преобразовать положительное значение нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательное, находящееся в области применения прототипа, которая определяется системой неравенств:In accordance with
Для получения отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи Δαдo≤-2·10-6 1/°С, позволяющей использовать прототип, для подбора номинала резистора Rαвx, следует решить уравнение:To obtain the negative nonlinearity of the DC circuit of the bridge circuit Δαдo≤-2 · 10 -6 1 / ° С, which allows you to use the prototype to select the value of the resistor Rαвx, you must solve the equation:
С целью определения областей преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи датчика в отрицательную была произведена оценка номинала термозависимого резистора Rαвх, необходимого для преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, когда это возможно. Для этого численным путем было решено уравнение (7) при следующих условиях:In order to determine the areas for converting the positive non-linearity of the DC current factor of the sensor bridge circuit into negative, the value of the value of the thermally dependent resistor R αin needed to convert the positive non-linearity of the DC current of the bridge circuit to negative, when possible. For this, equation (7) was solved numerically under the following conditions:
1. Входное сопротивление мостовой цепи: Rвх=1000 Ом;1. The input resistance of the bridge circuit: R I = 1000 Ohms;
2. ТКЧ тензорезистора принимает значения: αд=(0…10)·10-4 1/°С;2. TKH strain gauge takes the values: α d = (0 ... 10) · 10 -4 1 / ° C;
3. нелинейность ТКЧ тензорезистора принимает следующие значения: Δαд=(0, 1, 5, 10)·10-6 1/°С;3. the non-linearity of the TFC of the strain gauge takes the following values: Δα d = (0, 1, 5, 10) · 10 -6 1 / ° С;
4. ТКС входного сопротивления: αвх=(0, 1, 5)·10-4 1/°С;4. TKS input resistance: α I = (0, 1, 5) · 10 -4 1 / ° C;
5. нелинейность ТКС входного сопротивления: Δαвх=-5·10-6 1/°С;5. nonlinearity TCR of the input resistance: Δα in = -5 · 10 -6 1 / ° C;
6. ТКС компенсационного резистора: αк=4·10-3 1/°С.6. TCS compensation resistor: α to = 4 · 10 -3 1 / ° C.
При оценке области преобразования положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную рассматривалось одного из предельных значений нелинейности ТКС входного сопротивления (Δαвх=-5·10-6 1/°С), поскольку ранее был проведен численный эксперимент, который позволил установить, что влияние нелинейности ТКС входного сопротивления на предельное значение нелинейности ТКЧ мостовой цепи, при котором возможно преобразование положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную, во всем диапазоне возможных значений ТКС входного сопротивления и его нелинейности является малым (не более чем на 2%).When evaluating the transform domain positive nonlinearity TCF bridge circuit in the negative considered one of the limiting values of the nonlinearity of the input resistance TCS (Δα in = -5 · 10 -6 1 / ° C) as a numerical experiment was conducted previously, which revealed that the effect of nonlinearity TCS of the input resistance to the limiting value of the nonlinearity of the DCS bridge circuit, at which it is possible to convert the positive nonlinearity of the DCS bridge circuit to negative, in the entire range of possible values of the TCS input resistance and its nonlinearity is small (not more than 2%).
Поскольку с ростом номинала термозависимого резистора Rαвx происходит уменьшение чувствительности датчика, то при расчетах номинала резистора Rαвx следует выбирать меньший из корней.Since, with an increase in the value of the thermally dependent resistor R αinx , the sensitivity of the sensor decreases, when calculating the value of the resistor Rαinx , the smaller of the roots should be chosen.
Результаты вычислений приведены в таблице 2, в которую вносили меньший из корней уравнения (7), когда преобразование положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную возможно.The calculation results are shown in table 2, which introduced the smaller of the roots of equation (7), when the conversion of the positive nonlinearity of the DC-link circuit of the bridge circuit into negative is possible.
Анализ полученных данных, приведенных в таблице 2, позволяет сделать следующие выводы:The analysis of the data presented in table 2, allows to draw the following conclusions:
1. Область преобразования положительной нелинейности ТКЧ тензорезисторов в отрицательную рассматриваемым схемным способом ограничена снизу (см. таблицу 3 и фиг.3).1. The area of conversion of the positive nonlinearity of the TFC of the strain gauges to negative by the considered circuit method is limited from below (see table 3 and figure 3).
2. Область преобразования положительной нелинейности ТКЧ тензорезисторов в отрицательную сокращается линейно с ростом положительной нелинейности ТКЧ тензорезисторов для всех значений ТКС входного сопротивления (см. фиг 2, таблица 3).2. The area of transformation of the positive nonlinearity of the TSC strain gages into negative decreases linearly with the growth of the positive nonlinearity of the TSC strain gages for all values of the TCS input resistance (see Fig. 2, table 3).
3. Область преобразования положительной нелинейности ТКЧ тензорезисторов в отрицательную сокращается с ростом ТКС входного сопротивления, при α+ вх=8·10-6 1/°С преобразование положительной нелинейности ТКЧ мостовой цепи в отрицательную не возможно при αд≤10-4 1/°С (см. фиг.2, таблица 3);3. The area of converting the positive non-linearity of the TSC strain gages to negative decreases with increasing TCS of the input resistance, at α + Вх = 8 · 10 -6 1 / ° С, the conversion of the positive nonlinearity of the TFC of the bridge circuit into negative is not possible for α d ≤10 -4 1 / ° C (see figure 2, table 3);
Для проверки правильности предложенного решения произведем расчет компенсационных элементов и мультипликативной чувствительности датчика после компенсации.To verify the correctness of the proposed solution, we will calculate the compensation elements and the multiplicative sensitivity of the sensor after compensation.
ПримерExample
Произвести компенсацию мультипликативной температурной погрешности и определить температурные чувствительности датчика с равноплечей мостовой измерительной цепью при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур, с учетом следующих исходных данных:Compensate for the multiplicative temperature error and determine the temperature sensitivities of the sensor with an equal arm bridge measuring circuit at temperatures corresponding to the limits of the operating temperature range, taking into account the following initial data:
- сопротивления тензорезисторов R1=R2=R3=R4=1000 Ом;- resistance of strain gages R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = 1000 Ohms;
- ТКС термозависимого резистора Rαвых: αк=4·10-3 1/°С;- TCS of a thermally dependent resistor R αout : α к = 4 · 10 -3 1 / ° С;
- ТКС выходного сопротивления при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур: α+ вых=5·10-4 1/°С, α- вых=5,05·10-4 1/°С;- TCS output resistance at temperatures corresponding to the limits of the operating temperature range: α + out = 5 · 10 -4 1 / ° C, α - out = 5.05 · 10 -4 1 / ° C;
- ТКС входного сопротивления при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур: α+ вх=5·10-4 1/°С, α- вх=5,05·10-4 1/°С;- TCS input resistance at temperatures corresponding to the limits of the operating temperature range: α + in = 5 · 10 -4 1 / ° C, α - in = 5.05 · 10 -4 1 / ° C;
- ТКЧ тензорезисторов при температурах, соответствующих пределам рабочего диапазона температур: α+ д=1,01·10-3 1/°С, α- д=1,0·10-3 1/°С;- TKH strain gages at temperatures corresponding to the limits of the operating temperature range: α + d = 1.01 · 10 -3 1 / ° C, α - d = 1,0 · 10 -3 1 / ° C;
- суммарное относительное изменение сопротивления тензорезисторов при номинальном значении измеряемого параметра:
- температурный диапазон эксплуатации датчика: 20±100°С;- temperature range of operation of the sensor: 20 ± 100 ° C;
- напряжение питания Uпит=10 В.- supply voltage U pit = 10 V.
Поскольку нелинейность ТКЧ мостовой цепи Δαд=α+ д-α- д=10-5 1/°С и сопротивление источника питания пренебрежимо мало, то для обеспечения отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи датчика следует включить термозависимый резистор Rαвх в цепь питания. Для проверки возможности применения предлагаемого схемного способа следует проверить принадлежность ТКЧ мостовой цепи и его нелинейности области, заданной таблицей 3. В соответствии с таблицей 3 и с учетом того, что Δαд=10-5 1/°С, α+ вых=5·10-4 1/°С и α- д=1,0·10-3 1/°С, неравенство, определяющее область преобразования положительной нелинейности в отрицательную, примет вид:Since the non-linearity of the DC current factor of the bridge circuit Δα d = α + d -α - d = 10 -5 1 / ° С and the resistance of the power source is negligible, to ensure the negative non-linearity of the DC current factor of the bridge circuit of the sensor, a temperature- dependent resistor R αin should be included in the power circuit. To verify the applicability of the proposed circuit method, it is necessary to verify the affiliation of the DC bridge circuit and its non-linearity of the region specified in table 3. In accordance with table 3 and taking into account the fact that Δα d = 10 -5 1 / ° C, α + out = 5 · 10 -4 1 / ° С and α - д = 1,0 · 10 -3 1 / ° С, the inequality that defines the region of transformation of positive nonlinearity into negative takes the form:
Выполнение приведенного неравенства позволяет сделать вывод о возможности получения отрицательной нелинейности ТКЧ мостовой цепи Δαдо≤-2·10-6 1/°С рассмотренным выше схемным способом. Для выбора номинала термозависимого резистора Rαвx необходимо при подключении датчика к нагрузке с номиналом Rн>500 кОм решить уравнение (6):Fulfillment of the above inequality allows us to conclude that it is possible to obtain a negative nonlinearity of the DC-link TCD of Δα up to ≤-2 · 10 -6 1 / ° С using the above-described circuit method. To select the value of the thermally dependent resistor R αвx , when connecting the sensor to a load with a rating of R n > 500 kOhm, solve equation (6):
Решением данной системы уравнений является номинал компенсационного резистора Rαвx=55,274 Ом.The solution to this system of equations is the nominal value of the compensation resistor Rαвx = 55.274 Ohms.
В этом случае выходной сигнала датчика при нормальной температуре в соответствии с (2) составит:In this case, the output signal of the sensor at normal temperature in accordance with (2) will be:
В соответствии с (1) при воздействии температур выходной сигнал составит:In accordance with (1), when exposed to temperatures, the output signal will be:
Тогда ТКЧ мостовой цепи после включения резистора Rαвх в соответствии с (3) составит:Then the DC circuit of the bridge circuit after turning on the resistor R αin in accordance with (3) will be:
Таким образом, включение термозависимого резистора Rαвx в цепь питания позволило получить требуемую отрицательную нелинейность ТКЧ мостовой цепи Δαдо=-2·10-6 1/°С. С учетом ТКС выходного сопротивления мостовой цепи (α+ вых=5·10-4 1/°С), полученного значения ТКЧ мостовой цепи (α+ до=8,211·10-4 1/°С) и его нелинейности система (6), определяющая область применения прототипа, примет вид:Thus, the inclusion of a temperature- dependent resistor R αvx in the power circuit made it possible to obtain the required negative nonlinearity of the DC-link TCB Δα to = -2 · 10 -6 1 / ° С. Taking into account the TCS of the output resistance of the bridge circuit (α + out = 5 · 10 -4 1 / ° С), the obtained TFC of the bridge circuit (α + up = 8.211 · 10 -4 1 / ° С) and its nonlinearity system (6) defining the scope of the prototype will take the form:
Приведенная система подтверждает, что в соответствиис прототипом для компенсации мультипликативной температурной погрешности можно включить термозависимый резистор Rαвых, зашунтированный термонезависимым резистором Rдвых, в выходную диагональ мостовой цепи датчика при сопротивлении нагрузки Rн≤2 кОм. Допустим, что датчик после включения компенсационных резисторов будет подключен к нагрузке Rн=2 кОм. Для вычисления номиналов компенсационных резисторов необходимо решить следующую систему уравнений в соответствии с прототипом:The above system confirms that, in accordance with the prototype, to compensate for the multiplicative temperature error, it is possible to include a thermally dependent resistor R αout , shunted by a thermally independent resistor R two , in the output diagonal of the sensor bridge circuit with a load resistance R n ≤2 kOhm. Suppose that the sensor after turning on the compensation resistors will be connected to the load R n = 2 kOhm. To calculate the values of the compensation resistors, it is necessary to solve the following system of equations in accordance with the prototype:
Решением данной системы уравнений является следующие номиналы компенсационных элементов: Rαвых=619,501 Ом и Rдвых=547016,800 Ом.The solution to this system of equations is the following values of the compensation elements: R αout = 619.501 Ohms and R double = 547016.800 Ohms.
Электрическая схема после включения компенсационных резисторов примет вид, представленный на фиг.3.The electrical circuit after turning on the compensation resistors will take the form shown in Fig.3.
Для оценки мультипликативной чувствительности следует вычислить выходной сигнал датчика при нормальных условиях и при воздействии температуры. При нормальной температуре сопротивление резистора Rαвых, зашунтированного резистором Rдвых, в соответствии с прототипом составит:To evaluate the multiplicative sensitivity, the sensor output should be calculated under normal conditions and when exposed to temperature. At normal temperature, the resistance of the resistor R αout , shunted by the resistor R two , in accordance with the prototype will be:
Следовательно, выходное напряжение в соответствии с прототипом составит:Therefore, the output voltage in accordance with the prototype will be:
t+=120°C:t + = 120 ° C:
При t-=-80°C:At t - = -80 ° C:
Тогда мультипликативные температурные чувствительности датчика составят:Then the multiplicative temperature sensitivities of the sensor will be:
Таким образом, полученная после компенсации чувствительность значительно меньше предельно допустимого значения температурной чувствительности (Sktдоп=10-4 1/°С).Thus, the sensitivity obtained after compensation is much less than the maximum permissible temperature sensitivity (S ktdop = 10 -4 1 / ° С).
Предлагаемый способ полной компенсации мультипликативной температурной погрешности показал высокую точность компенсации при положительной нелинейности температурной характеристики девиации выходного сигнала датчика, которая зависит только от точности изготовления компенсационных резисторов и точности определения физических характеристик тензорезисторов.The proposed method for the full compensation of the multiplicative temperature error showed a high accuracy of compensation with positive non-linearity of the temperature characteristic of the deviation of the sensor output signal, which depends only on the accuracy of manufacturing compensation resistors and the accuracy of determining the physical characteristics of strain gauges.
Claims (1)
если α+ д и Δαд удовлетворяют условиям, приведенным в таблице, определяют величину номинала термозависимого резистора Rαвx, решая уравнение:
включают термозависимый резистор Rαвx в диагональ питания мостовой цепи датчика, определяют ТКЧ мостовой цепи датчика и его нелинейность после включения термозависимого резистора Rαвx. A method for tuning strain gauge sensors with a bridge measuring circuit by a multiplicative temperature error, taking into account the positive non-linearity of the temperature characteristic of the sensor output signal, namely, when the load resistance R n > 500 kOhm, the temperature sensitivity coefficient (TCR) of the bridge circuit is determined α + to and α - up to a temperature range Δt + = t + -t 0 and Δt - = t - -t 0, where t 0 + t, t - - normal temperature, the upper and lower limit of the operating temperature range, respectively, computes the nonlinear st TCF bridge circuit to Δα = α + to -α - before, if the nonlinearity TCF bridge circuit takes a negative value, the load resistance R k n ≤2 determine the output resistance bridge circuit, the output TCR resistance bridge circuit for temperature range + Δt and Δt - , check the presence of the DC-link TCD and the non-linearity of the DC link of the bridge in the field of application and, if the sensor parameters are in the field of application, calculate the value of resistors R αout and R two , set the temperature- dependent resistor R αout , shunted term independent resistor R two , into the output diagonal of the sensor bridge circuit, characterized in that if the non-linearity of the DC-link TCD of the bridge circuit takes a positive value, then after determining the non-linearity of the DC link of the bridge circuit and before determining the output resistance of the bridge circuit, as well as the TCS of the bridge circuit output resistance, the positive the non-linearity of the DC circuit of the bridge circuit into negative by including a thermally dependent resistor R αin the diagonal of the power supply of the bridge circuit, for which it is determined when R n > 500 kΩ TCR of the strain gauges α + d and α - d for the temperature range Δt + and Δt - respectively, calculate the non-linearity of the TCD strain gages Δα d = α + d -α - d , determine the value of the input resistance R in , TCS of the input resistance α + in , α - in for the temperature range Δt + and Δt - respectively, reveal the finding of α + d and Δα d in the area specified by the table
if α + d and Δα d satisfy the conditions given in the table, determine the value of the value of the thermally dependent resistor R αвx , solving the equation:
include the temperature- dependent resistor R αvx in the diagonal of the power supply of the sensor bridge circuit, determine the TCD of the sensor bridge circuit and its non-linearity after turning on the temperature- dependent resistor R αvx .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128012/28A RU2507475C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012128012/28A RU2507475C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | 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 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012128012A RU2012128012A (en) | 2014-01-10 |
RU2507475C1 true RU2507475C1 (en) | 2014-02-20 |
Family
ID=49884210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012128012/28A RU2507475C1 (en) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507475C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569925C1 (en) * | 2014-08-22 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Indirect 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 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4173148A (en) * | 1977-10-07 | 1979-11-06 | Hitachi, Ltd | Semiconductor strain gauge with temperature compensator |
GB2370122A (en) * | 2000-12-16 | 2002-06-19 | Senstronics Ltd | Temperature compensated strain gauges |
RU2408839C1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic |
RU2443973C1 (en) * | 2010-10-15 | 2012-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
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 |
RU2450244C1 (en) * | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
-
2012
- 2012-07-03 RU RU2012128012/28A patent/RU2507475C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4173148A (en) * | 1977-10-07 | 1979-11-06 | Hitachi, Ltd | Semiconductor strain gauge with temperature compensator |
GB2370122A (en) * | 2000-12-16 | 2002-06-19 | Senstronics Ltd | Temperature compensated strain gauges |
RU2408839C1 (en) * | 2009-11-06 | 2011-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of adjusting tensoresistor sensors with bridge measurement circuit on multiplicative temperature error taking into account nonlinearity of sensor output signal temperature characteristic |
RU2443973C1 (en) * | 2010-10-15 | 2012-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
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 |
RU2450244C1 (en) * | 2010-10-15 | 2012-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | 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 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2569925C1 (en) * | 2014-08-22 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Indirect 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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012128012A (en) | 2014-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
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 | |
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 | |
CN107664489B (en) | A kind of measurement method of bridge strain and deformation | |
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 | |
CN114413780B (en) | Structural thermal strain measurement method for airplane test | |
CN115468507A (en) | Cascade fiber bragg grating sensor for monitoring steel structure and monitoring method | |
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 | |
CN103047939B (en) | Fiber Bragg grating strain sensor engineering adaptability evaluation method | |
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 | |
Dorsey | Homegrown strain-gage transducers: Simple compensation procedures can be used to correct errors in strain-gage transducer bridges | |
CN103502775B (en) | The method of the voltage recorded on the terminal of correcting sensor | |
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 | |
Wang et al. | Research and calibration experiment of characteristic parameters of high temperature resistance strain gauges | |
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 | |
CN207991561U (en) | A kind of device adjusted for resistance strain gage output | |
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 | |
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 | |
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 | |
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 | |
RU2406970C1 (en) | Adjustment of resistive-strain metal-film sensors with bridge metering circuit by additive temperature error with consideration of non-linear temperature characteristic of sensor initial unbalance | |
CN105784270B (en) | The uncertainty evaluation method of the full optical path spectral detection system of indirect type | |
RU2231752C1 (en) | Procedure of tuning of resistance strain-gauge transducers with bridge measurement circuit | |
RU2276325C1 (en) | Method of tuning strain gage |