|
| |
 |
Электронные компоненты Мануалы После соответствующих преобразований получим выражение для определения компенсационного сопротивления чувствительности цепи, работающей с калибровкой: «д-«4 = (1-f/4/г,)(ак--ад) (З-*!) при = г = г ад - «4 Так как в тензорезисторных датчиках часто осуществляется = О, то = 2(аГ-ад) (3.43), т. е. получим выражение, аналогичное (3.28), если сопротивление плеча моста равно входному сопротивлению моста. Но величина компенсационного сопротивления в этом случае получается в два раза меньше, чем в предыдущем. Из выражения (3.41) следует еще одна важная особенность применения измерительной цепи с калибровкой: компенсация возможна при Га = О, необходимо только выполнение равенства ад = = .а4, т. е. температурный коэффициент сопротивления плеча должен быть равен температурному коэффициенту чувствительности датчика. Поэтому при разработке тензорезисторов нет необходимости требовать независимость сопротивления тензорезистора от температуры, и изменение сопротивления тензорезистора от температуры может играть не отрицательную, а положительную роль. Если последовательно с включено сопротивление Гц и оно включено в цепь калибровки, то выражение для определения величины Га, можно получить аналогично предыдущему: «д -«4 «д - (l + Vr) («к-«д) + «к- «д ("- при Г2== и = И а4 = О а\ (0.5а-вх +а (3.45) Кк-Ид Как видно из (3.44), величина сопротивления г в этом случае сильнее влияет на величину Га, чем в случае, когда измерительная цепь работает без калибровки [сравните (3.45) и (3.27)]. Введение в измерительную цепь компенсационных сопротивлений, как это следует из (3.24), при заданной величине ЭДС источника питания может существенно сказаться на чувствительности датчика. Снижение чувствительности датчика за счет введения компен--.сации можно характеризовать следующим образом: (; е=1 (5,/5), (3.46 3 п/р Е. п. Осадчего где Sk - чувствительность датчика с компенсацией; 5 - чувствительность датчика без компенсации. После подстановки в выражение (3.46) величины чувствительности с компенсацией (г„ + 0) и без компенсации (г = 0), полученной по формуле (3.24), и заменяя в соответствии с (3.28), получим = Г. (3-47) "к - Кд т. е. уменьшение чувствительности датчика за счет введения компенсации определяется только отношением температурных коэффициентов чувствительности датчика и компенсационного сопротивления и не зависит от абсолютных значений сопротивлений и чувствительности датчика. Аналогично можно получить выражение, характеризующее снижение чувствительности датчика с измерительной цепью, работающей с калибровкой: Кд - а- е = " * . (3.48) Из ЭТОГО выражения, так же как и из (3.41), видно, что снижение чувствительности равно нулю при «д = а. В тензорезисторных датчиках часто бывают следующие исходные данные для расчета компенсационного сопротивления чувствительности: мост равноплечий с сопротивлением плеча, равным 700 Ом; температурный коэффициент сопротивления тензорезисторов (входного сопротивления) равен нулю; компенсационное сопротивление выполнено из меди = 4% на 10° С и включено в диагональ питания, температурный коэффициент чувствительности датчика ад = 0,5% на 10° С. Для этих условий по формулам (3.28) и (3.43) Га = 700 g = 100 Ом - без калибровки; = 700 (4 Q 5) = 50 Ом-с калибровкой. Снижение чувствительности при этом сост.авит е = 0,5/4 = 12,5%. Компенсационное сопротивление нуля. Для стабилизации нулевого уровня датчика могут быть использованы различные меры в зависимости от типа и конструкции датчика. Однако очень эффективным является компенсация нуля путем введения компенсационного сопротивления в одно из плеч моста. Величину выходного сигнала моста можно определить, как было показано ранее, по формуле где и -- напряжение питания моста; k - коэффициент симметрии моста; г, - суммарное относительное изменение сопротивлений плеч моста. При изменении температуры изменяется сопротивление всех плеч моста. Однако суммарное изменение сопротивления всех плеч можно заменить эквивалентным изменением сопротивления одного плеча. Следовательно, можно записать: fx.x = t/-(8,3, (3.49) где - эквивалентное относительное изменение сопротивле- ния одного плеча измерительной схемы. В результате изменения температуры произойдет изменение всех сопротивлений плеч моста и эквивалентное относительное изменение сопротивления одного плеча моста где А/ - эквивалентное изменение сопротивления одного плеча моста; Агр - изменение компенсационного сопротивления; г - сопротивление одного плеча моста; Гр - компенсационное сопротивление. Выразив Аг и А/р как функции температуры и приравняв (3.50) нулю, найдем Atr + йр Atr = О, где «г - температурный коэффициент сопротивления моста; ар - температурный коэффициент компенсационного сопротивления. Отсюда искомое компенсационное сопротивление гр = -(а,/ар)л (3.51) Выражение (3.51) показывает, что для правильной компенсации необходимо выбирать компенсационное сопротивление, у которого температурный коэффициент сопротивления имеет противоположный знак по сравнению с температурным коэффициентом Сопротивления моста. Но поскольку в мостовой схеме и схеме делителя напряжения близлежащие плечи противоположно влияют на выходной сигнал (если увеличение сопротивления в одном плече ведет к увеличению выходного сигнала, то увеличение сопротивления в соседнем плече ведет к уменьшению выходного сигнала), то для компенсации может быть использовано сопротивление с температурным коэффициентом любого знака. В этом случае включение его производится либо в одно плечо, либо в другое, соседнее, в зависимости от знака изменения выходного сигнала. Следует подчеркнуть, что температурный коэффициент сопро-; тивления моста характеризует изменение сопротивлений от тем- пературы всех плеч измерительной схемы, и поэтому существует I 3* 67 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 |