Способ балансировки и температурной компенсации мостовых схем тонкопленочных тензорезисторных датчиков Советский патент 1985 года по МПК G01B7/16 

00

ос Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении тонкопленочных тензорезисторных датчиков для преобразования механических величин в электрический сигнал. Целью изобретения является повышение точности балансировки и температурной компенсации мостовых схем тонкопленочных тензорезисторных датчиков. На чертеже показан механизм балан сировки и температурной компенсации. Точка АО является исходной точкой из которой ведется балансировка моета. Отрезок АОВ характеризует изменение параметров мостовой схемы при пропускании через резисторы противолежащих плеч постоянного тока, в 10-15 раз превьшающего номинальный в течение заданного времени. Отрезок ВС характеризует изменение параметро мостовой схемы при пропусканий задан ного числа импульсов тока через ту ж пару противолежащих резисторов. Ломаная СА О определяет последовательность изменения выходного сигнала мостовой схемы при пропускании через резисторы сначала постоянного тока до достижения выходным сигналом точки А , а затем сведением выходног сигнала в ноль пропусканием через резисторы импульсного тока. Ломаная САО определяет ту же последовательность при обратном порядке операций Способ реализуется следукшщм образом. Определяют резисторы мостовой схе мы сопротивления и ТКС, которые подлежат регулировке. Затем регулируют ТКС и сопротивление одной пары проти волежащих резисторов до достижения ими заданных значений сопротивления и ТКС, пропуская через них импульсный ток с амплитудой, равной 10-15 но миналам рабочего тока. Затем регулируют сопротивление второй пары проти волежащих резисторов мостовой схемы до достижения ими заданного значения пропуская через них постоянный ток, равный по величине 10-15 номиналам рабочего тока. На этом регулировку заканчивают. Способ основан на том физическом явлении, что при пропускании через пленочные резисторы постоянного тока более интенсивно изменяется величина сопротивления резистора при срав382нительно малом изменении его ТКС. При пропускании импульсного тока изменение величины сопротивления резисторов происходит медленнее, чем изменение их ТКС. Таким образом, комбинируя воздействия на соответствующие резисторы мостовой схемы постоянным и импульсным током, можно достигнуть балансировки мостовой схемы и ее температурной компенсации. В качестве примера рассмотрим реализацию способа при балансировке и температурной компенсации полной мостовой схемы из тонкопленочных резисторов, выполненных из сплава Х20Н75Ю с Удельным поверхностным сопротивлением 70 Ом/кВ. Маркировка резисторов в схеме принята стандартная. Непосредственно после изготовления методами пленочной технологии мостовая схема может иметь напряжение дебаланса, близкое к 100% номинального выходного напряжения, и значительную зависимость начального напряжения от температуры. Для мостов данного .типа напряжение питания принимают равным 6 В, при этом рабочий сигнал составляет 9 мВ. Для определения резисторов, величину сопротивления и ТКС которых необходимо регулировать, определяют величину сигнала Uj, на выходе мостовой схемы при максимальной рабочей температуре (в данном примере плюс lOOt) и при минимальной рабочей температуре (в данном примере минус ). Затем определяют координаты точки Ад, откладывая на чертеже по оси X величину 4Ui Ut - Uo,a по оси У величину и с (Uo 8,5 мВ, 4и 0,43 мВ) . Через резисторы мостовой схемы R1 пропускают постоянный ток величиной 10 1,, ,где I ном - номинальный ток питания резистора, в течение 5 мин. После этого вновь определяют величину выходного сигнала при максимальной рабочей температуре U, и при минимальной рабочей температуре Ut. В данном примере UOP 9,7 мВ, а „ - Ugn -0,38 мВ. Напряжение иJP откладывают пО оси У, а и.„по оси X и получают точку В на чертеже. Прямая, проходящая через точки Aj и В, характеризует изменение дисбаланса и температурную стабильность мостовой схемы при регулировании резистора R1 при пропускании через него постоянного тока I 10 „. Вычислим угловой коэффициент К, прямой АоВ п - л( Ut) - где dU,n 4Uo - Uon - 1,2 мВ; /|( ли) ли -0,05 мВ. Затем через этот же резистор R 1 пропускают 6000 импульсов тока длительностью 3 мс с амплитудой, равной 15 1ц. Определяют те же параметры мостовой схемы после импульсного воздействия и 10,5 мВ и 41),, -О,22 мВ и вычисляют коэффициент к - . - Дли где л1},„ Uo - и,„ 10,5-9,7 0,8 мВ; д( ) 0,16 МБ. На чертеже строят точку С с координатами X и Y Ujn . По пол ченным данным из точки С проводят дв прямых СА и СА с угловыми коэффициентами соответственно К и К, которые определяют резисторы, регулировку которых следует проводить, пропус кая через них постоянный ток (для рассматриваемого случая это R2 и R4 и импульсный ток (R1 и R3). Для определения длительности возjдействия постоянным током и числа им пульсов, необходимых для балансировки и термркомпенсации моста, необход мо через начало координат провести прямые ОА, и ОА, параллельные прямым соответственно СА и СА . Ломаные САО и САО определяют дальнейший путь регулировки, которую необходимо провести для достижения балансировки и термокомпенсации мостовой схемы. Возможны два варианта. В первом варианте, регулируя сопротивление и ТКС резисторов R1 и R3, переводят состояние мостовой схемы из точки С в точку А. Регулирование импульсным током прекращают, когда выходной сигнал с мостовой схемы достигнет точки А, вычисленные значение координат которой равны Up. 14,64 мВ и Ut 0,61 мВ. После этого регулируют величину сопротивления и ТКС резисторов R2 и R4, пропуская через них ПОСТОЯННЕЙ ток до тех пор, пока напряжение на .выходе мостовой схемы не будет равно нулю, одновременно с этим достигают и температурную компенсацию мостовой схемы. Во втором варианте порядок операций изменяют и, регулируя резисторы R2 и R4 постоянным током, переводят состояние выходного сигнала в точку А, а затем, регулируя R1 и R3 импульсным током, сводят выходной сигнал мостовой схемы в точку 0. Результат достигается тот же. Предложенньй способ балансировки и температурной компенсации мостовых схем из тонкопленочных резисторов позволяет повысить точность температурной компенсации в широком температурном диапазоне. Одновременно возрастает надежность датчика и упрощается его конструкция, так как в мостовую схему не вводят дополнительные элементы в виде термозависимых резисторов и дополнительных резисторов для балансировки.

СПОСОБ БАЛАНСИРОВКИ И ТЕМПЕРАТУРНОЙ КОМПЕНСАЦИИ МОСТОВЫХ СХЕМ тонкошгеночных ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ, заключающийся в регулировании сопротивлений и температурного коэффициента сопротивления (ТКС) соответствующих резисторов мостовой схемы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности балансиров-ки и температурной компенсации, регулирование сопротивления резистора осуществляют пропусканием через него постоянного тока, а регулирование ТКС пропусканием импульсного тока, причем величину как импульсного тока, так и постоянного выбирают в 10-15 раз больше номинального рабочего. €