Интегральный тензометрический мост и способ его настройки Советский патент 1988 года по МПК G01B7/16 

j.L -fcf-.:.-.

моста при двух разных температурах с доработкой одного из тензорезисто- ров в одном из плеч до получения температурной компенсации моста и двух других тензорезисторов в смежном плече до получения требуемой балансировки моста лучом лазера. Интегральный тензометрический мост содержит тензо- резисторы 2-9, контактные площадки 10-1.5 к ним, разрываемые и вновь устанавливаемые перемычки 16 и 17,вместо которых на время настройки подключают переменные резисторы 18 и 19. Каждая пара тензорезисторов 2 и 3, 4и5, 6и7, 8и9 выполнена из материалов с температурными коэффициентами сопротивления противоположных знаков. Интегральный тензометрический мост и способ его настройки позволяет уменьшить температурную погрешность и снизить чувствительность моста к термоудару. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

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 тен- зорезисторов с разными по знаку температурными коэффициентами сопротивления и соответствующей настройкой

1.

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 до- рабо-гкой одного из тензорезисторов в одном из плеч до получения темпера- турной компенсации моста и двух других тензорезисторов в смежном плече до получения требуемой балансиройки моста лучом лазера.

На чертеже представлена электрическая схема интегрального тензомет- рического моста.

Интегральный тензометрический мост, сформированный на мембране 1, содержит две идентичные цепи из четырех последовательно соединенных тензорезисторов 2, 3, 4и5и6, 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 тензорезисторов 2иЗ, 4и5, 6и7, 8и9,

включенная между двумя смежными площадками 10 и 11, 11 и 12, 13 и 14. 14 и 15, выполнена из двух различных материалов с температурными коэффициентами сопротивления противоположных знаков. На время настройки моста вместо пере1 1чек 16 и 17 могут подключаться переменные резисторы 18

и 19.

Интегральный тензометрический мост работает следуннцим образом.

При нагружении тензорезисторов, 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, пропорцио20

нальный величине механического параметра.

Так как каждая из пар тензореэнс- торов 2иЗ, 4и5, 7и8, 8и9 выб25 рана таким образом, что приращение сопротивлений от температуры одного равно приращению по абсолютной величине другого и имеет противоположный знак, то это позволяет осуществлять

30 самокомпенсацию температурного изменения сопротивлений в плечах тензо- метрического моста, а следовательно, уменьшать аддитивную температурную погрешность при работе датчика в условиях неравномерного температурного поля.

Способ настройки интегрального тензометрического моста реализуется следующим образом.

35

Определяют сопротивления тензоре- зисторов 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--|Q го уровня выходного сигнала моста.

пературных условиях. Изменяют температуру на подложке интегрально тензо- метрического моста до заданной величины и по знаку изменения начального выходного сигнала моста от температу- 15 плеч е по формулам ры определяют тензорезистор с температурным коэффициентом сопротивления, который при увеличении сопротивления тензорезистора уменьшает это изменеИзмеряют величину регулировочного резистора 19 и отключают его. Рассч тывают величины сопротивлений каждо го тензорезистора 5 и 4 в выявленно

R.

лКт- о.;

и

- лКт-о;;

вне, например тензорезистор 2.

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 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

R,i ARr

iv ()

где R

Xi

величина сопротивления, на которую увеличивают тензорезисторJ

L R - величина изменения сопротивления переменного резистора i

Т, - начальная температура

(нормальные температурные условия) ,

Т - заданная температура, до которой изменяют температуру подложки интегрального тензометрического моста.

Дорабатывают выявленный тензоре- зистор 2 путем удаления части материала тензорезистора 2, например лучом лазера. Восстанавливают перемычку 16

и измеряют величину и знак вькодйого 55 аддитивной температурной погрешсигнала моста. По знаку вы содноуо сигнала определяют пару тензорезис- торов одного из плеч моста, которая при увеличении суммарного сопротивления уменьшает величину начального выходного сигнала, например пару тен- зорезисторов 4 и 5.

Разрывают ближайшую к выявленной паре перемычку, например перемычку 17, и включают вместо нее переменный резистор 19. Изменяют сопротивление переменного резистора 19 до заданноплеч е по формулам

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

15 плеч е по формулам

R.

лКт- о.;

и

0

R

- лКт-о;;

25

XI

V; -Ы;

5

где и R

Ki

Xi

0

сопротивления тен- зорезисторов в выявленном плече мостаJ oi; и oij - температурные коэффициенты сопротивления тензорезисторов. Дорабатывают выявленную пару тензорезисторов 4 и 5 путем удаления части материала тензорезисторов, например лучом лазера, и восстанавливают перемычку 17.

Предлагаемые тензометрический мост и способ его настройки позво- 5 ляют повьшать точность измерения в широком диапазоне неравномерных температур. Кроме того, такое техническое решение позволяет уменьшить чувствительность интегрального тен- 0 зометрического моста к термоудару.

Формула изобретения

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

10

686216

в то же плечо моста переменный резистор, изменяют его сопротивление до получения выходного сигнала моста, равного начальному выходному сигналу при второй температуре, измеряют это сопротивление и отключают резистор, рассчитывают величину сопротивления дорабатываемого тензорезистора и увеличивают его сопротивление до расчетной величины путем удаления части материала тензорезистора,восстанавливают перемычку, измеряют величину и знак вькодного сигнала мос15 та и по знаку определяют пару тензорезисторов, которая при увеличении суммарного сопротивления уменьшает эту величину, разрывают ближайшую к этой паре перемычку и включают

2Q 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 тензорезистора в паре, увеличивают сопротивления этих тензорезисторов до расчетных величин путем удаления части материала и вновь восстанавливают перемычку.