RU2801425C1 - Method for adjusting a thin-film pressure sensor - Google Patents
Method for adjusting a thin-film pressure sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801425C1 RU2801425C1 RU2023110573A RU2023110573A RU2801425C1 RU 2801425 C1 RU2801425 C1 RU 2801425C1 RU 2023110573 A RU2023110573 A RU 2023110573A RU 2023110573 A RU2023110573 A RU 2023110573A RU 2801425 C1 RU2801425 C1 RU 2801425C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- output signal
- resistance
- initial output
- compensation resistor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при производстве металлопленочных датчиков давления с повышенной точностью измерения и работоспособных в широком диапазоне температур.The invention relates to instrumentation and can be used in the production of metal-film pressure sensors with increased measurement accuracy and operable over a wide temperature range.
Известен способ термокомпенсации тензомоста (RU 2031355 С1, G01B 7/16, опубликовано 20.03.1995), заключающийся в том, что на тензомост воздействуют перепадами температур, измеряют выходные сигналы тензомоста и корректируют расчетные значения термокомпенсирующих резисторов эмпирическим путем. При этом один из термокомпенсирующих резисторов располагают на этой мембране в зоне максимального градиента термодеформации, перепад температур создают потоком жидкого азота на мембрану, а корректировку термокомпенсирующего резистора на мембране выполняют путем «короткого замыкания» его части.A known method for thermal compensation of a strain gauge bridge (RU 2031355 C1, G01B 7/16, published on 03/20/1995), which consists in the fact that the strain gauge is affected by temperature differences, the output signals of the strain gauge bridge are measured and the calculated values of thermal compensation resistors are empirically corrected. At the same time, one of the thermocompensating resistors is placed on this membrane in the zone of maximum thermal deformation gradient, the temperature difference is created by the flow of liquid nitrogen to the membrane, and the thermocompensating resistor on the membrane is adjusted by "short circuiting" its part.
Недостатком известного способа является низкая точность термокомпенсации.The disadvantage of this method is the low accuracy of thermal compensation.
Известен способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности (RU2307998 C1, G01B 7/16, опубликовано 10.10.2007), заключающийся в предварительной балансировке мостовой схемы в нормальных температурных условиях в пределах ±0,5% номинального выходного сигнала и определении плеча сбалансированного датчика, в которое подключают термозависимый компенсационный резистор последовательно рабочему тензорезистору, при этом производят предварительную сборку датчика с учетом герметизации внутренней полости для датчиков относительного давления, и устанавливают его в технологический штуцер с номинальным значением момента затяжки, определяют начальный выходной сигнал U0t при температуре эксплуатации датчика Т, устанавливают в определенное ранее плечо технологический термозависимый компенсационный резистор RβT с максимально возможным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС), который можно получить при выбранной технологии изготовления, технологический термозависимый компенсационный резистор должен изготавливаться по технологии рабочих тензорезисторов и устанавливаться по технологии рабочих тензорезисторов и устанавливаться на упругом элементе в зоне установки рабочих тензорезисторов, а его номинал должен быть равным 2-2,5% от номинала рабочего тензорезистора, к которому он подключается. После установки технологического термозависимого компенсационного резистора при нормальной температуре производят балансировку мостовой цепи путем включения в смежное плечо, относительно плеча подключения технологического термозависимого компенсационного резистора, последовательно с рабочим тензорезистором, термонезависимого балансировочного резистора RбT, который устанавливается в датчике вне зоны действия температурного поля измеряемого параметра (например, во вторичном преобразователе), и его ТКС должен быть не более ±0,1% ТКС рабочих тензорезисторов, определяют начальный выходной сигнал датчика U0βt при температуре эксплуатации Т, рассчитывают номинал рабочего термозависимого компенсационного резистора Rβ по определенному соотношению.A known method for setting strain gauge sensors with a bridge measuring circuit for additive temperature error (RU2307998 C1, G01B 7/16, published 10.10.2007), which consists in pre-balancing the bridge circuit under normal temperature conditions within ±0.5% of the nominal output signal and determining of the balanced sensor arm, into which a temperature-dependent compensation resistor is connected in series with the working strain gauge, while pre-assembling the sensor, taking into account the sealing of the internal cavity for relative pressure sensors, and installing it in the process fitting with a nominal value of the tightening torque, determine the initial output signal U 0t at temperature operation of the sensor T, a process temperature-dependent compensation resistor R βT with the highest possible temperature coefficient of resistance (TCS) that can be obtained with the selected manufacturing technology is installed in the previously determined arm, the process temperature-dependent compensation resistor must be manufactured using the technology of working strain gauges and installed using the technology of working strain gauges and be installed on an elastic element in the area of installation of working strain gauges, and its value should be equal to 2-2.5% of the nominal value of the working strain gauge to which it is connected. After installing the technological thermo-dependent compensation resistor at normal temperature, the bridge circuit is balanced by including in the adjacent arm, relative to the connection arm of the technological thermo-dependent compensation resistor, in series with the working strain gauge, a thermo-independent balancing resistor R bT , which is installed in the sensor outside the range of the temperature field of the measured parameter ( for example, in a secondary converter), and its TCR should be no more than ±0.1% TCR of working strain gauges, determine the initial output signal of the sensor U 0βt at operating temperature T, calculate the rating of the working temperature-dependent compensation resistor R β according to a certain ratio.
Недостатком данного способа компенсации аддитивной температурной погрешности мостовой схемы является низкая точность термокомпенсации.The disadvantage of this method of compensating the additive temperature error of the bridge circuit is the low accuracy of thermal compensation.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является (RU 2028584, G01L 9/04, опубликовано 09.02.1995) способ настройки тонкопленочного датчика давления, заключающийся во временном введении в мостовую схему двух компенсационных резисторов, изменении внешней температуры, определении начального выходного сигнала и его изменении от действия температуры, определении сопротивления этих резисторов при начальном выходном сигнале, близком к нулю, и окончательном введении их в мостовую измерительную схему, причем в нем последовательно полностью закорачивают термочувствительный компенсационный резистор и тензочувствительный компенсационный резистор и определяют требуемые сопротивления тензочувствительного и термочувствительного резисторов из соотношенийThe closest to the proposed technical essence is (RU 2028584, G01L 9/04, published 02/09/1995) a method for setting a thin-film pressure sensor, which consists in temporarily introducing two compensation resistors into the bridge circuit, changing the external temperature, determining the initial output signal and changing it from the effect of temperature, determining the resistance of these resistors at an initial output signal close to zero, and finally introducing them into the bridge measuring circuit, and the temperature-sensitive compensation resistor and the strain-sensitive compensation resistor are sequentially completely short-circuited in it and the required resistances of the strain-sensitive and temperature-sensitive resistors are determined from the relations
где ΔUt(K1); ΔUt(K2) - соответственно изменение начального выходного сигнала при изменении сопротивления тензочувствительного и термочувствительного компенсационного резистора от нуля до его максимального значения при постоянной температуре;where ΔU t (K 1 ); ΔU t (K 2 ) - respectively, the change in the initial output signal when changing the resistance of the strain-sensitive and temperature-sensitive compensation resistor from zero to its maximum value at a constant temperature;
- соответственно изменение начального выходного сигнала датчика при перепаде температуры от комнатной до минус 196°С при постоянном сопротивлении тензочувствительного и термочувствительного компенсационных резисторов, равном его максимальному значению; - accordingly, the change in the initial output signal of the sensor at a temperature drop from room temperature to minus 196°C with a constant resistance of the strain-sensitive and temperature-sensitive compensation resistors equal to its maximum value;
ΔU01(t); ΔU02(t) - соответственно максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при перепаде температуры от комнатной до минус 196°С при сопротивлении тензочувствительного и термочувствительного компенсационных резисторов, равном нулю; R и Un - соответственно сопротивление плеча и напряжение питания мостовой схемы, после чего закорачивают термочувствительный компенсационный резистор до требуемого сопротивления.ΔU 01 (t); ΔU 02 (t) - respectively, the maximum change in the initial output signal of the sensor when the temperature drops from room temperature to minus 196°C with the resistance of the strain-sensitive and temperature-sensitive compensation resistors equal to zero; R and U n are, respectively, the arm resistance and the supply voltage of the bridge circuit, after which the temperature-sensitive compensation resistor is shorted to the required resistance.
Недостатком данного способа компенсации является низкая точность термокомпенсации.The disadvantage of this method of compensation is the low accuracy of temperature compensation.
Целью изобретения является увеличение точности термокомпенсации.The aim of the invention is to increase the accuracy of thermal compensation.
Поставленная цель достигается тем, что в способе настройки тонкопленочного датчика давления, заключающемся во введении в мостовую схему термочувствительного компенсационного резистора, изменении внешней температуры, определении начального выходного сигнала датчика и его изменении от действия температуры, при этом термочувствительный компенсационный резистор последовательно полностью закорачивают и определяют требуемое сопротивление, согласно изобретения перед определением начального выходного сигнала определяют точное значение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) термочувствительного компенсационного резистора, а требуемое сопротивление его определяют из следующего математического выражения:This goal is achieved by the fact that in the method of setting a thin-film pressure sensor, which consists in introducing a temperature-sensitive compensation resistor into the bridge circuit, changing the external temperature, determining the initial output signal of the sensor and changing it from the action of temperature, while the temperature-sensitive compensation resistor is sequentially completely short-circuited and the required resistance, according to the invention, before determining the initial output signal, the exact value of the temperature coefficient of resistance (TCR) of the temperature-sensitive compensation resistor is determined, and its required resistance is determined from the following mathematical expression:
где rβ - сопротивление термочувствительного компенсационного резистора, Ом;where r β is the resistance of the temperature-sensitive compensation resistor, Ohm;
- ТКС термочувствительного компенсационного резистора Rβ, 1/°С; - TCS temperature-sensitive compensation resistor R β , 1/°С;
Uпит - напряжение на ЧЭ, при котором проводились замеры, мВ;U pit - voltage on the SE, at which measurements were taken, mV;
t1, t2 - температуры плюс 22°С и минус 196°С соответственно, при которых проводились замеры начального выходного сигнала;t 1 , t 2 - temperatures plus 22°C and minus 196°C, respectively, at which the initial output signal was measured;
U0t1 - значение начального выходного сигнала при температуре плюс 22°С, мВ;U 0t1 - the value of the initial output signal at a temperature of plus 22°C, mV;
U0t2 - значение начального выходного сигнала при температуре минус 196°С, мВ;U 0t2 - the value of the initial output signal at a temperature of minus 196°C, mV;
r1, r2, r3 - значения сопротивлений соединительных проводов;r 1 , r 2 , r 3 - resistance values of the connecting wires;
RTi - значение сопротивления тензорезистора (если начальный выходной сигнал при изменении температуры от плюс 22°С до минус 196°С увеличивается, то в формулу подставлять значение сопротивления R4, а если уменьшается - R3), Ом.R Ti - resistance value of the strain gauge (if the initial output signal increases when the temperature changes from plus 22°C to minus 196°C, then substitute the resistance value R4 into the formula, and if it decreases - R3), Ohm.
Определение ТКС термочувствительного компенсационного резистора необходимо для точного определения величины сопротивления термокомпенсационного золотого резистора, т.к. определяемое точное значение ТКС напыленного золотого терморезистора (ориентировочно 0,0026 - 0,0028 1/°С) значительно отличается от справочного значения ТКС золота (ориентировочно 0,0039 1/°С), приведенных в известных нормативно-справочных документах для различных расчетов.Determining the TCS of a temperature-sensitive compensation resistor is necessary to accurately determine the resistance value of a temperature-compensation gold resistor, because the determined exact value of the TCR of the sputtered gold thermistor (approximately 0.0026 - 0.0028 1 / ° C) differs significantly from the reference value of the TCR of gold (approximately 0.0039 1 / ° C) given in known regulatory and reference documents for various calculations.
Предложенное математическое выражение позволяет более точно определять сопротивление термокомпенсационного резистора, что обусловлено уточненным значением сопротивления тензорезистора, точного значения ТКС термокомпенсационного резистора, а также соответствием математического выражения принципу работы мостовой измерительной схемы.The proposed mathematical expression allows you to more accurately determine the resistance of the thermal compensation resistor, which is due to the refined value of the resistance of the strain gauge, the exact value of the TCR of the thermal compensation resistor, as well as the correspondence of the mathematical expression to the principle of operation of the bridge measuring circuit.
Данный способ настройки позволяет проводить компенсацию температурной погрешности начального выходного сигнала с повышенной точностью и меньшей трудоемкостью вследствие применения уточненного математического соотношения по определению сопротивления термочувствительного компенсационного резистора, а также вследствие точного расчета его ТКС.This tuning method makes it possible to compensate for the temperature error of the initial output signal with increased accuracy and less laboriousness due to the use of a refined mathematical relationship to determine the resistance of a temperature-sensitive compensation resistor, as well as due to the accurate calculation of its TCR.
На фиг.1 изображена мостовая измерительная схема, разрез, поясняющая изобретение, состоящая из тензорезисторов R1…R4 и термочувствительного компенсационного резистора Rβ.Figure 1 shows a bridge measuring circuit, a section explaining the invention, consisting of strain gauges R1...R4 and temperature-sensitive compensation resistor R β .
Способ настройки реализуется следующим образом.The setting method is implemented as follows.
В датчике давления, содержащем напыленный упругий элемент, на котором расположена мостовая измерительная схема, состоящая из тензорезисторов и термочувствительного компенсационного резистора Rβ, в нормальных климатических условиях замеряют сопротивление термочувствительного компенсационного резистора Rβ, выполненного из золота Зл 999,9, замеряют начальный выходной сигнал датчика при полностью закороченном термочувствительном компенсационном резисторе.In a pressure sensor containing a sprayed elastic element, on which a bridge measuring circuit is located, consisting of strain gauges and a temperature-sensitive compensation resistor R β , under normal climatic conditions, the resistance of the temperature-sensitive compensation resistor R β , made of gold Zl 999.9, is measured, the initial output signal is measured sensor with a fully shorted temperature-sensitive compensation resistor.
Проводят захолаживание датчика до температуры измеряемой среды, например до температуры жидкого азота (минус 196°С). Замеряют сопротивление компенсационного резистора Rβ.The sensor is cooled down to the temperature of the measured medium, for example, to the temperature of liquid nitrogen (minus 196°C). Measure the resistance of the compensation resistor R β .
Замеряют начальный выходной сигнал датчика при закороченном термочувствительном компенсационном резисторе.The initial output signal of the sensor is measured with the temperature-sensitive compensation resistor shorted.
Рассчитывают точное значение ТКС термочувствительного компенсационного резистора в данном диапазоне температур.Calculate the exact value of the TCR temperature-sensitive compensation resistor in a given temperature range.
По формуле (1) определяют значение сопротивления термочувствительного компенсационного резистора rβ.According to the formula (1) determine the resistance value of the temperature-sensitive compensation resistor r β .
где rβ - сопротивление термочувствительного компенсационного резистора, Ом;where r β is the resistance of the temperature-sensitive compensation resistor, Ohm;
- ТКС термочувствительного компенсационного резистора rβ, 1/°С; - TCS thermosensitive compensation resistor r β , 1/°С;
Uпит - напряжение на ЧЭ, при котором проводились замеры, мВ;U pit - voltage on the SE, at which measurements were taken, mV;
t1, t2 - температуры плюс 22°С и минус 196°С соответственно, при которых проводились замеры начального выходного сигнала;t 1 , t 2 - temperatures plus 22°C and minus 196°C, respectively, at which the initial output signal was measured;
U0t1 - значение начального выходного сигнала при температуре плюс 22°С, мВ;U 0t1 - the value of the initial output signal at a temperature of plus 22°C, mV;
U0t2 - значение начального выходного сигнала при температуре минус 196°С, мВ;U 0t2 - the value of the initial output signal at a temperature of minus 196°C, mV;
r1, r2, r3 - значения сопротивлений соединительных проводов;r 1 , r 2 , r 3 - resistance values of the connecting wires;
RTi - значение сопротивления тензорезистора (если начальный выходной сигнал при изменении температуры от плюс 22°С до минус 196°С увеличивается, то в формулу подставлять значение сопротивления R4, а если уменьшается - R3), Ом;R Ti - resistance value of the strain gauge (if the initial output signal increases when the temperature changes from plus 22°C to minus 196°C, then substitute the resistance value R4 into the formula, and if it decreases - R3), Ohm;
Проводят корректировку сопротивления термочувствительного компенсационного резистора до расчетного значения путем закорачивания его части.The resistance of the temperature-sensitive compensation resistor is adjusted to the calculated value by shorting its part.
Совокупность предложенных технических решений позволит повысить точность измерения термокомпенсации.The combination of the proposed technical solutions will improve the accuracy of temperature compensation measurement.
Claims (10)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2801425C1 true RU2801425C1 (en) | 2023-08-08 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4172389A (en) * | 1978-03-13 | 1979-10-30 | American Chain & Cable Company, Inc. | Temperature compensated bridge circuit |
| RU2028584C1 (en) * | 1985-04-01 | 1995-02-09 | Научно-исследовательский институт физических измерений | Method of tuning thin-film pressure transducer |
| RU2307998C1 (en) * | 2006-06-06 | 2007-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of adjusting strain-gages |
| RU2010134298A (en) * | 2010-08-16 | 2012-02-27 | Евгений Михайлович Белозубов (RU) | METHOD FOR ADJUSTING A PRESSURE SENSOR BASED ON A THIN FILM TENSOR RESISTOR NANO- AND MICROELECTROMECHANICAL SYSTEM |
| RU2581454C1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method for adjustment of thermally stable pressure sensor based on thin-film nano- and micro-electromechanical system |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4172389A (en) * | 1978-03-13 | 1979-10-30 | American Chain & Cable Company, Inc. | Temperature compensated bridge circuit |
| RU2028584C1 (en) * | 1985-04-01 | 1995-02-09 | Научно-исследовательский институт физических измерений | Method of tuning thin-film pressure transducer |
| RU2307998C1 (en) * | 2006-06-06 | 2007-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of adjusting strain-gages |
| RU2010134298A (en) * | 2010-08-16 | 2012-02-27 | Евгений Михайлович Белозубов (RU) | METHOD FOR ADJUSTING A PRESSURE SENSOR BASED ON A THIN FILM TENSOR RESISTOR NANO- AND MICROELECTROMECHANICAL SYSTEM |
| RU2581454C1 (en) * | 2014-11-25 | 2016-04-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ПГУ) | Method for adjustment of thermally stable pressure sensor based on thin-film nano- and micro-electromechanical system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0533389B1 (en) | Amplified pressure transducer | |
| 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 | |
| KR102523429B1 (en) | Sensor elements for pressure sensors | |
| US4490803A (en) | Temperature compensation of a resistance bridge circuit | |
| JPS60259922A (en) | Strain sensor | |
| 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 | |
| CN1122631A (en) | Strain gage sensor with integral temperature signal | |
| EP0803054B1 (en) | A temperature compensation method in pressure sensors | |
| US11598686B2 (en) | Temperature compensation of strain gauge output | |
| RU2801425C1 (en) | Method for adjusting a thin-film pressure sensor | |
| 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 | |
| CN117129114A (en) | High-precision pressure sensor with temperature compensation open loop bridge balance structure | |
| RU2307317C1 (en) | Method of adjusting strain gages | |
| RU2302611C1 (en) | Substituded mode of tuning of resistive-strain sensors with a bridge measuring circuit on a multiplicative temperature error | |
| US3490272A (en) | Temperature compensated resistance measurement bridge | |
| 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 | |
| RU2307997C1 (en) | Method of adjusting strain-gages | |
| CN112097632B (en) | Nonlinear correction method for constant-voltage bridge for large strain measurement of three-wire system quarter bridge | |
| US5656938A (en) | Temperature compensation in mass flow sensors employing the hot-wire anemometer principle | |
| JPH0125425B2 (en) | ||
| RU2267756C1 (en) | Method of compensating additive temperature error of strain-gauges | |
| RU2244970C1 (en) | Method for manufacturing temperature-compensated resistive-strain sensor | |
| RU2017060C1 (en) | Method of tuning of semiconductor integrated strain gauges and device for its accomplishment | |
| RU2267755C1 (en) | Method of minimizing additive temperature error of strain gauges |