Интегральный тензометрический мост и способ его настройки

Интегральный тензометрический мост и способ его настройки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к тензометрии и может быть использовано при создании датчиков механических величин на основе термокомпенсированных интегральных тензометрических мостов. Цель изобретения - повьшение точности в условиях действия неравномерного температурного поля за счет уменьшения аддитивной температурной погрешности , что достигается выполнением каждого плеча моста из двух тензорезисторов с разными по знаку температурными коэффициентами сопротивления и соответствующей настройкой

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (SII 1 С 01 В 7/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4101167/25-28 (22) 20,05.86 (46) 23.01.88. Бюл. У 3 (72) Л.Я.Демин, В.А.Тихоненков, В.А.Зиновьев и Е.В.Песков (53) 531.781.2 (088.8) (56) Патент CIIIA В 4172389, кл. G 01 В 7/16, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Р 1174?39, кл. С 01 В 7/18, 1964. (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТЕНЗОМЕТРИЧЕСКИЙ

МОСТ И СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ

I

1 !

I

I8 !

„„SU„„1368621 А 1 (57) Изобретение относится к тензометрии и может быть использовано при создании датчиков механических величин на основе термокомпенсированных интегральных тензометрических мостов.

Цель изобретения — повышение точности в условиях действия неравномерного температурного поля sa счет уменьшения аддитивной температурной погрешности, что достигается выполнением каждого плеча моста из двух тензорезисторов с разными по знаку температурными коэффициентами сопротивления и соответствующей настройкой

1368621 моста при двух разных температурах то которых на время настройки подклюс доработкой одного из тензорезисто- чают переменные резисторы 18 и 19. ров в одном из плеч до получения тем- Каждая пара тензореэисторов 2 и 3, пературной компенсации моста и двух 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9 выполнена иэ мадругих тензорезисторов в смежном пле- териалов с температурными коэффициенче до получения требуемой балансиров- тами сопротивления противоположных ки моста лучом лазера. Интегральный знаков, Интегральный тензометрический тензометрический мост содержит тенэо-. мост и способ его настройки позволяет резисторы 2-9, контактные площадки уменьшить температурную погрешность

10-1.5 к ним, разрываемые и вновь ус- и снизить чувствительность моста к танавливаемые перемычки 16 и 17,вмес- термоудару. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения механических величин электрическими методами.

Целью изобретения является повышение точности в условиях действия неравномерного температурного поля за счет уменьшения аддитивной температурной погрешности, что достигается выполнением каждого плеча моста из двух тензорезисторов из материалов с температурными коэффициентами сопротивления противоположных знаков и соответствующей настройкой моста при двух разных температурах с доработкой одного из тензорезисторов в одном из плеч до получения температурной компенсации моста и двух других тензореэисторов в смежном плече до получения требуемой балансировки моста лучом лазера.

На чертеже представлена электрическая схема интегрального тензометрического моста.

Интегральный тензометрический мост, сформированный на мембране 1, содержит две идентичные цепи иэ четырех последовательно соединенных тензорезисторов 2, 3, 4 и 5 и 6, 7, 8 и 9, шесть контактных площадок 10—

15, расположенные соответственно на концах и в средней точке каждой цепи, и две разрываемые и вновь устанавливаемые в процессе настройки перемычки 16 и 17, каждая из которых соединяет соответствующие свободные концы обеих цепей. Каждая пара тенэореэисторов 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9, включенная между двумя смежными площадками 10 и 11, 11 и 12, 13 и 14.

14 и 15, выполнена из двух различных

5 материалов с температурными коэффициентами сопротивления противоположных знаков. На время настройки моста вместо перемычек 16 и 17 могут подключаться переменные резисторы 18

10 и 19.

Интегральный тензометрический мост работает следующим образом.

При нагружении тензореэисторов, сформированных на мембране 1, механическим параметром и при подключении питания к контактным площадкам

11 и .14 на выходной диагонали при замкнутых перемычках 16 и 17 появляется выходной сигнал, пропорциональный величине механического параметра.

Так как каждая из пар тензореэисторов 2 и 3, 4 и 5, 7 и 8, 8 и 9 выб2б рана таким образом, что приращение сопротивлений от температуры одного равно приращению по абсолютной величине другого и имеет противоположный знак, то это позволяет осуществлять

ЗО самокомпенсацию температурного изменения сопротивлений в плечах тензометрического моста, а следовательно, уменьшать аддитивную температурную погрешность при работе датчика в условиях неравномерного температурного

Зб поля.

Способ настройки интегрального тензометрического моста реализуется следующим образом. з 1368

Определяют сопротивления тензорезисторов 2-9 и их температурные коэффициенты сопротивления. Соединяют контактные площадки 15 и 10, 12 и 13 перемычками 16 и 17. Подают напряжение питания на измерительный мост и фиксируют начальное значение выходного сигнала при определенной температуре, например, в нормальных тем- 10 пературных условиях. Изменяют темпе621 ления уменьшает величину начального выходного сигнала, например пару тензорезисторов 4 и 5.

Разрывают ближаишую к выявленной паре перемычку, например перемычку

f7, и включают вместо нее переменный резистор 19. Изменяют сопротивление переменного резистора 19 до заданного уровня выходного сигнала моста.

Измеряют величину регулировочного резистора 19 и отключают его. Рассчитывают величины сопротивлений каждого тензорезистора 5 и 4 в выявленном плече по формулам

К Ь Кт 01- < xii

41 т

Х<

< \

I где R u R — сопротивления тенХ< Х< зорезисторов в выявленном плече моста;

М; и М вЂ” температурные коэффициенты сопротивления тензорезисторов.

Дорабатывают выявленную пару тенэорезисторов 4 и 5 путем удаления части материала тензорезисторов, например лучом лазера, и восстанавливают перемычку 17.

Предлагаемые тензометрический мост и способ его настройки позволяют повышать точность измерения в широком диапазоне неравномерных температур. Кроме того, такое техническое решение позволяет уменьшить чувствительность интегрального тензометрического моста к термоудару.

35

Х<

rye RÄ вЂ” величина сопротивления, < на которую увеличивают тензореэистор, 6 К„ — величина изменения сопротивления переменного резистора, Т, — начальная температура (нормальные температурные условия);

T — заданная температура, до которой изменяют температуру подложки интегрального тензометрического моста.

Дорабатывают выявленный тензорезистор 2 путем удаления части материала тензорезистора 2, например лучом лазера. Восстанавливают перемычку 16 и измеряют величину и знак выходйого сигнала моста. По знаку выходного сигнала определяют пару тензорезисторов одного из плеч моста, которая при увеличении суммарного сопротив40

Формула изобретения

1. Интегральный тензометрический мост, содержащий две идентичные цепи иэ трех последовательно соединенных тензорезисторов,каждая из которых выполнена с контактными площадками на обоих концах первого тенэорезистора и свободном конце третьего тенэореэистора, о т л и ч а ю щ и и .с я тем, что, с целью повышения точности в условиях действия неравномерного температурного поля за счет уменьшения аддитивной температурной погрешности, он снабжен двумя дополнительными тенэорезисторами, каждый из которых включен последовательно с первым тензореэистором в соответствуюратуру на подложке интегрально тензометрического моста до заданной величины и по знаку изменения начального выходного сигнала моста от температу- 1б ры определяют тензорезистор с температурным коэффициентом сопротивления, который при увеличении сопротивления тензорезистора уменьшает это изменение, например тензорезистор 2. 20

Разрывают ближайшую к выявленному тензорезистору перемычку, например

16, и включают вместо нее в то же плечо моста переменный резистор, например резистор 18. В нормальных тем- 25 пературных условиях изменяют сопротивление переменного резистора 18 до получения выходного сигнала моста, равного начальному выходному сигналу при заданной температуре. Измеряют это сопротивление и отключают переменный резистор. 18. Рассчитывают величину сопротивления дорабатываемого тензорезистора 2 по формуле

5 1 щей цепи между свободным концом этого тензорезистора и его контактной площадкой, а каждая пара тензорезисторов, включенная между двумя смежными контактными площадками,выполнена в виде двух тензорезисторов с температурными коэффициентами сопротивления противоположных знаков.

2. Способ настройки интегрального тензометрического моста, заключающийся в том, что измеряют начальный выходной сигнал моста для двух различных температур и изменяют сопротивление дорабатываемого резистора в одном из плеч моста, о т л и ч аю шийся тем, что перед измерением начального выходного сигнала моста соединяют соответственно между собой крайние точки обеих цепей перемычками, по знаку изменения начального выходного сигнала моста от температуры определяют дорабатываемый тензорезистор с температурным коэффициентом сопротивления, который при увеличении сопротивления тензорезистора уменьшает это изменение, при одной из этих температур разрывают ближайшую к этому тензорезистору перемычку и включают вместо нее

368621

6 в то же плечо моста переменный резистор, изменяют его сопротивление до получения выходного сигнала моста, равного начальному выходному сиг5 налу при второй температуре, измеряют это сопротивление и отключают резистор, рассчитывают величину сопротивления дорабатываемого тензорезистора и увеличивают его сопротивление до расчетной величины путем удалейия части материала тензорезистора,восстанавливают перемычку, измеряют величину и знак выходного сигнала моста и по знаку определяют пару тензорезисторов, которая при увеличении суммарного сопротивления уменьшает эту величину, разрывают ближайшую к этой паре перемычку и включают вместо нее в то же плечо переменный резистор, изменяют его сопротивление до получения заданного уровня выходного сигнала моста, измеряют это .сопротивление и отключают резис25 тор, рассчитывают величины сопротивлений каждого тензореэистора в паре, увеличивают сопротивления этих тенэорезисторов до расчетных величин путем удаления части материала и вновь восстанавливают перемычку.

Составитель Н.Тимошенко

Редактор А.Шандор Техред Л.Олийнык Корректор М.Пожо

Заказ 273/38 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4