RU2027142C1 - Method of temperature compensation of resistor strain gauges - Google Patents
Method of temperature compensation of resistor strain gauges Download PDFInfo
- Publication number
- RU2027142C1 RU2027142C1 SU3100898A RU2027142C1 RU 2027142 C1 RU2027142 C1 RU 2027142C1 SU 3100898 A SU3100898 A SU 3100898A RU 2027142 C1 RU2027142 C1 RU 2027142C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- strain gauge
- resistance
- temperature
- bridge circuit
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании и изготовлении тензорезисторных датчиков. The invention relates to measuring equipment and can be used in the design and manufacture of strain gauge sensors.
Известен способ компенсации влияния температуры на тензорезисторы, в котором рабочий и компенсационный тензорезисторы устанавливают в месте измерения и соединяют их в смежные плечи измерительной мостовой схемы, причем компенсационный тензорезистор закрепляют на упругой микробалочке и деформируют так, чтобы деформация компенсационного тензорезистора была адекватна деформации рабочего тензорезистора (а.с. СССР N 305347, 1971). There is a method of compensating the effect of temperature on strain gages, in which the working and compensation strain gages are installed at the measurement site and connected to adjacent shoulders of the measuring bridge circuit, and the compensation strain gage is mounted on an elastic microbarrel and deformed so that the deformation of the compensation strain gage is adequate to deformation of the working strain gage (a .s. USSR N 305347, 1971).
Недостатком этого способа является сложность технической реализации, особенно в современных датчиках, имеющих малые габариты и вес, а также малая точность компенсации из-за невозможности получения одинаковой деформации компенсационного и рабочего тезорезистора. The disadvantage of this method is the complexity of the technical implementation, especially in modern sensors having small dimensions and weight, as well as low accuracy of compensation due to the impossibility of obtaining the same deformation of the compensation and working mesoresistor.
Известен также способ термокомпенсации тензодатчиков сопротивления, при котором компенсационные тензорезисторы наклеивают на компенсационную пластину и включают в смежные плечи моста симметрично с рабочими тензорезисторами, наклеенными на деталь, причем на деталь и компенсационную пластину дополнительно наклеивают одинаковые термозависимые сопротивления, включаемые в зависимости от знаков температурных коэффициентов сопротивления рабочих и компенсационных тензорезисторов в соответствующие плечи измерительного моста (а.с. СССР N 311133, 1971). There is also known a method of thermal compensation of resistance strain gauges, in which compensation strain gages are glued to the compensation plate and included in the adjacent shoulders of the bridge symmetrically with working strain gauges glued to the part, and the same temperature-dependent resistance is additionally glued to the part and compensation plate, depending on the signs of the temperature resistance coefficients working and compensation strain gages in the corresponding shoulders of the measuring bridge (A.S. USSR N 311133, 1971).
Недостатком указанного способа является малая точность компенсации из-за разброса в характеристиках тензорезисторов и термозависимых сопротивлений и влияния клеевых слоев. Кроме того, мала технологичность проведения процесса термокомпенсации из-за наличия большого числа таких трудноконтролируемых операций, как наклейка, изготовление компенсационной пластины с требуемыми тепловыми и упругими характеристиками. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ температурной компенсации тензорезисторных датчиков, заключающийся в том, что датчик нагревают, определяют величину и знак температурной погрешности, по которым рассчитывают величину и расположение термочувствительного резистора и включают его в мостовую схему, при этом термочувствительный резистор помещают в герметичный сосуд, который перед включением термочувствительного резистора в мостовую схему и определением его расположения вакуумируют, а затем повышают давление в сосуде до достижения темпе- ратурной компенсации (а.с. СССР N 805061, 1981). The disadvantage of this method is the low accuracy of compensation due to the spread in the characteristics of strain gauges and thermally dependent resistances and the influence of adhesive layers. In addition, the processability of the process of thermal compensation is small due to the presence of a large number of such difficult to control operations as a sticker, the manufacture of a compensation plate with the required thermal and elastic characteristics. The closest technical solution to this invention is a method of temperature compensation of strain gauge sensors, which consists in the fact that the sensor is heated, the magnitude and sign of the temperature error are determined, which calculate the magnitude and location of the thermosensitive resistor and include it in the bridge circuit, while the thermosensitive resistor is placed in a sealed vessel, which before turning on the thermosensitive resistor in the bridge circuit and determining its location is evacuated, and then yshayut pressure in the vessel until the temperature in a compensation (AS USSR N 805061, 1981).
Недостатками способа являются трудность технической реализации из-за необходимости использования сложного градуировочно-испытательного оборудования, которое требуется для вакуумирования сосуда и поддержания в нем необходимого давления; малая точность термокомпенсации, особенно при достаточно больших скоростях изменения температуры измеряемой среды из-за значительной тепловой инерционности системы термочувствительный резистор - газ - сосуд, так как газ имеет малый коэффициент теплопроводности. The disadvantages of the method are the difficulty of technical implementation due to the need to use sophisticated calibration and testing equipment, which is required to evacuate the vessel and maintain the necessary pressure in it; low accuracy of thermal compensation, especially at sufficiently high rates of temperature change of the medium being measured due to the significant thermal inertia of the temperature-sensitive resistor-gas-vessel system, since gas has a low thermal conductivity.
Целью изобретения является повышение технологичности термокомпенсации. The aim of the invention is to improve the manufacturability of thermal compensation.
Цель достигается тем, что в способе температурной компенсации тензорезисторных датчиков, включающем измерение начальных выходных сигналов при двух значениях рабочего диапазона температур, расчет величины и знака изменения сопротивления термочувствительного резистора, включения его в зависимости от знака изменения сопротивления в одно из плеч мостовой схемы, определяют начальные выходные сигналы датчика по герметизации, после чего изменяют рассчитанное сопротивление термочувствительного резистора на величину, выбранную из соотношения (1)
Δrβ= 0,01465·S (1) где S - чувствительность датчика;
R - сопротивление плеча мостовой схемы датчика;
αβ - температурный коэффициент сопротивления материала термочувствительного резистора, и герметизируют датчик в нормальных климатических условиях.The goal is achieved in that in the method of temperature compensation of strain gauge sensors, including measuring the initial output signals at two values of the operating temperature range, calculating the magnitude and sign of the change in resistance of the heat-sensitive resistor, turning it on depending on the sign of the change in resistance in one of the arms of the bridge circuit, determine the initial sensor output signals for sealing, after which the calculated resistance of the thermosensitive resistor is changed by an amount selected from the ratio shenia (1)
Δr β = 0.01465S (1) where S is the sensitivity of the sensor;
R is the shoulder resistance of the sensor bridge circuit;
α β is the temperature coefficient of resistance of the material of the thermosensitive resistor, and the sensor is sealed under normal climatic conditions.
На чертеже показано подсоединение измерительных приборов к датчику при реализации предлагаемого способа термокомпенсации. The drawing shows the connection of measuring devices to the sensor when implementing the proposed method of thermal compensation.
На чертеже показаны электрические выводные проводники 1-8 датчика, тензорезисторный датчик 9, подвергаемый термокомпенсации, источник 10 питания, измерительный прибор-вольтметр 11. The drawing shows the electrical output conductors 1-8 of the sensor, a
П р и м е р. Выводы 1-8 тензорезисторного датчика в незагерметизированном состоянии подсоединяют к источнику 10 питания и измерительному прибору 11. После пятиминутного прогрева датчика током питания измеряют по измерительному прибору начальный выходной сигнал Uоb1 при нормальных климатических условиях. Далее помещают датчик в термостат с жидким азотом и выдерживают при температуре минус 196оС в течение не менее 40 мин и измеряют при этой температуре начальный выходной сигнал датчика Uob2. После этого рассчитывают величину и знак изменения сопротивления термочувствительного резистора известным образом, например, по формуле
rβ= (2) (Осадчий Е.П. Проектирование датчиков для измерения механических величин/М.: Машиностроение, 1979, с. 67).PRI me R. The terminals 1-8 of the strain gage sensor in an unsealed state are connected to the
r β = (2) (Osadchiy E.P. Design of sensors for measuring mechanical quantities / M.: Mechanical Engineering, 1979, p. 67).
Здесь К - коэффициент, равный отношению сопротивлений близлежащих резисторов мостовой схемы, в нашем случае К = 1;
Uпит - напряжение питания датчика;
t1 - температура - нормальных климатических условий;
t2 = 196оС.Here K is a coefficient equal to the ratio of the resistances of the nearby resistors of the bridge circuit, in our case K = 1;
U pit - sensor supply voltage;
t 1 - temperature - normal climatic conditions;
t 2 = 196 about C.
Далее определяют, на какую величину необходимо изменить рассчитанное сопротивление термочувствительного резистора из соотношения (3):
Δrβ= 0,1465·S (3) где S = S - чувствительность дат- чика;
Uвых - выходное напряжение датчика;
Рн - номинальное измеряемое давление;
R - сопротивление одного плеча мостовой схемы;
αβ - температурный коэффициент сопротивления материала терморезистора.Next, it is determined by what value it is necessary to change the calculated resistance of the thermosensitive resistor from relation (3):
Δr β = 0.1465 (3) where S = S is the sensitivity of the sensor;
U o - the output voltage of the sensor;
P n - nominal measured pressure;
R is the resistance of one shoulder of the bridge circuit;
α β is the temperature coefficient of resistance of the material of the thermistor.
Величины Uвых, Uпит, Рн берут из технологического паспорта на датчик, рассчитывают S, а αβ берут из сертификата на материал термочувствительного резистора в соотношении с (4):
Rβ= rβ+Δrβ (4) и известным способом изготавливают термочувствительный резистор с величиной сопротивления, равной Rβ. После этого подключают резистор в датчик между контактами 7 и 8, разомкнув между ними перемычку. При положительном знаке Δrβ , Rβ включают в плечо тензорезистора R4, а при отрицательном знаке Δrβ , Rβ включают в плечо тензорезистора R3. Окончательно герметизируют датчик в нормальных климатических условиях.The values of U o , U pit , R n are taken from the technological passport to the sensor, S is calculated, and α β is taken from the certificate for the material of the heat-sensitive resistor in relation to (4):
R β = r β + Δr β (4) and a thermally sensitive resistor with a resistance value equal to R β is manufactured in a known manner. After that, connect the resistor to the sensor between
Справедливость соотношения (3) можно показать следующим образом. The validity of relation (3) can be shown as follows.
Изменение давления газа во внутренней полости датчика давления при воздействии температуры аналогично изменению давления измеряемой среды, но имеет противоположную направленность. И, соответственно, так как изменение давления внешней cреды изменяет cопротивление тензорезиcторов, то и изменение давления газа во внутренней полости датчика от температуры приведет к аналогичному изменению сопротивления тензорезистора, но противоположного знака. Таким образом, можно скомпенсировать изменение давления во внутренней полости датчика введением дополнительного компенсационного резистора, сопротивление которого зависит от температуры. А так как в тензорезисторных датчиках есть термочувствительный резистор для компенсации изменения начального выходного сигнала от температуры, то, с целью повышения технологичности термокомпенсации, целесообразно совместить указанные датчики в одном термочувствительном резисторе, величина которого определяется следующим образом: при изменении давления во внутренней полости датчика на ΔРtизменение тензорезисторного датчика давления с мостовой измерительной схемой составит
ΔRt= · ΔRн (5) где ΔРt - изменение давления во внутренней полости датчика от температуры;
Рн - номинальное давление;
Δ Rн - абсолютное изменение сопротивления датчика, приведенное к одному плечу от воздействия давления. Изменение сопротивления термочувствительного резистора от температуры ΔRβt компенсирующего изменение давления во внутренней полости датчика от температуры, будет равно
ΔRβt=ΔrβαβΔt, (6) где Δrβ - величина сопротивления термочувствительного резистора, на которую необходимо изменить термочувствительный резистор для компенсации изменения давления внутренней полости от температуры;
αβ - температурный коэффициент сопротивления материала термочувствительного резистора;
Δt - диапазон рабочих температур. Приняв выражения (5) и (6), получим: Δrβ·αβΔt = (7)
В соответствии с законом Шарля (см. Канкин Н.И., Ширкевич П.Г. Справочник по элементарной физике/M: Наука, 1966, с. 65)
ΔPt= Po· · Δt (8) где Рo - давление газа во внутренней полости датчика при нормальных климатических условиях. Величину ΔRн определим из выражения U = Uпит· · εr= Uпит· ·
(9) Отсюда, учитывая, что у реальных датчиков К = 1, найдем выражение для ΔRн ΔRн= (10) Подставляя выражение (8) и (10) в (7), получим соотношение (3).The change in gas pressure in the internal cavity of the pressure sensor when exposed to temperature is similar to the change in pressure of the measured medium, but has the opposite direction. And, accordingly, since a change in the pressure of the external environment changes the resistance of the strain gauges, then a change in the gas pressure in the internal cavity of the sensor from temperature will lead to a similar change in the resistance of the strain gauge, but of the opposite sign. Thus, it is possible to compensate for the change in pressure in the internal cavity of the sensor by introducing an additional compensation resistor, the resistance of which depends on temperature. And since the strain gauge sensors have a thermosensitive resistor to compensate for changes in the initial output signal from the temperature, it is advisable to combine these sensors in one thermosensitive resistor, the value of which is determined as follows: when the pressure in the internal cavity of the sensor changes by ΔР t the change of the strain gauge pressure sensor with a bridge measuring circuit will be
ΔR t = · ΔR n (5) where ΔР t is the change in pressure in the internal cavity of the sensor from temperature;
P n - nominal pressure;
Δ R n - the absolute change in the resistance of the sensor, reduced to one shoulder from the influence of pressure. The change in the resistance of the thermosensitive resistor to temperature ΔR βt compensating for the change in pressure in the internal cavity of the sensor from temperature will be equal to
ΔR βt = Δr β α β Δt, (6) where Δr β is the resistance value of the heat-sensitive resistor, by which it is necessary to change the heat-sensitive resistor to compensate for changes in the pressure of the internal cavity from temperature;
α β is the temperature coefficient of resistance of the material of the thermosensitive resistor;
Δt is the range of operating temperatures. Having accepted expressions (5) and (6), we obtain: Δr β · α β Δt = (7)
In accordance with Charles's law (see Kankin NI, Shirkevich P.G. Handbook of elementary physics / M: Nauka, 1966, p. 65)
ΔP t = P o · Δt (8) where P o is the gas pressure in the internal cavity of the sensor under normal climatic conditions. The value of ΔR n is determined from the expression U = U pit Ε r = U pit ·
(9) Hence, given that for real sensors K = 1, we find the expression for ΔR n ΔR n = (10) Substituting expressions (8) and (10) in (7), we obtain relation (3).
Использование данного способа температурной компенсации тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной схемой, по сравнению с существующими способами, имеет следующие преимущества: повышается технологичность термокомпенсации за счет обеспечения возможности измерения начальных выходных сигналов датчика при воздействии испытательных температур в негерметичном состоянии: не требуется сложное и громоздкое герметизирующее испытательное оборудование, которое изготавливается в индивидуальном порядке для каждого датчика; уменьшается время измерения и испытания, а также время контактирования датчика с измеряемой средой. Using this method of temperature compensation of strain gauge sensors with a bridge measuring circuit, in comparison with existing methods, has the following advantages: increases the manufacturability of thermal compensation by providing the ability to measure the initial output signals of the sensor when exposed to test temperatures in an unpressurized state: it does not require complex and bulky sealing test equipment , which is made individually for each sensor; the time of measurement and testing is reduced, as well as the time of contact of the sensor with the medium being measured.
Claims (1)
где U1 - выходное напряжение тензорезисторного датчика;
U2 - напряжение питания тензорезисторного датчика;
R - сопротивление плеча мостовой схемы;
P - номинальное измеряемое давление;
α - температурный коэффициент материала термочувствительного резистора,
и затем герметизируют корпус тензорезисторного датчика в нормальных климатических условиях.METHOD FOR TEMPERATURE COMPENSATION OF TENSOR RESISTANCE SENSORS mainly with a bridge circuit, including operations for measuring the output signals of a strain gauge sensor at two temperatures from the operating range, calculating the parameters of a thermosensitive resistor, including it in a circuit of a bridge circuit and sealing the sensor housing, characterized in that, in order to improve manufacturability temperature compensation process, prior to sealing, measure the initial output signals of the strain gauge sensor, according to the results of the change s is corrected calculated value of the resistance temperature sensing resistor by an amount ΔR, defined by the relation
where U 1 is the output voltage of the strain gauge sensor;
U 2 - voltage supply of the strain gauge sensor;
R is the shoulder resistance of the bridge circuit;
P is the nominal measured pressure;
α is the temperature coefficient of the material of the thermosensitive resistor,
and then seal the strain gauge housing under normal climatic conditions.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU3100898 RU2027142C1 (en) | 1984-11-10 | 1984-11-10 | Method of temperature compensation of resistor strain gauges |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU3100898 RU2027142C1 (en) | 1984-11-10 | 1984-11-10 | Method of temperature compensation of resistor strain gauges |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2027142C1 true RU2027142C1 (en) | 1995-01-20 |
Family
ID=20928478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU3100898 RU2027142C1 (en) | 1984-11-10 | 1984-11-10 | Method of temperature compensation of resistor strain gauges |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2027142C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2259537C1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of temperature adjustment of resistive-strain pressure sensor with measuring bridge circuit |
| RU2265189C1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method for minimization of influence of string piece momentum on additive temperature error of resistive-strain pressure sensors with bridge measuring chain |
| RU2265802C1 (en) * | 2004-05-11 | 2005-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of adjusting resistance strain gauges with measuring bridge circuit for additive temperature error |
| RU2266518C1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of minimizing influence of tightening torque on temperature error of resistance strain gauge pressure transducers with bridge measurement circuit |
| RU2330243C2 (en) * | 2006-06-19 | 2008-07-27 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" | Method for temperature compensation of differential transmitters having linear characteristics |
| RU2830522C1 (en) * | 2024-06-05 | 2024-11-21 | Акционерное общество "Орбита" (АО "Орбита") | Method for passive temperature compensation of pressure sensor zero shift (versions) |
-
1984
- 1984-11-10 RU SU3100898 patent/RU2027142C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 311133, кл. G 01B 7/16, 1970. * |
| Авторское свидетельство СССР N 805061, кл. G 01B 7/16, 1980. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2265802C1 (en) * | 2004-05-11 | 2005-12-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of adjusting resistance strain gauges with measuring bridge circuit for additive temperature error |
| RU2259537C1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of temperature adjustment of resistive-strain pressure sensor with measuring bridge circuit |
| RU2265189C1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-11-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method for minimization of influence of string piece momentum on additive temperature error of resistive-strain pressure sensors with bridge measuring chain |
| RU2266518C1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Method of minimizing influence of tightening torque on temperature error of resistance strain gauge pressure transducers with bridge measurement circuit |
| RU2330243C2 (en) * | 2006-06-19 | 2008-07-27 | Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" | Method for temperature compensation of differential transmitters having linear characteristics |
| RU2830522C1 (en) * | 2024-06-05 | 2024-11-21 | Акционерное общество "Орбита" (АО "Орбита") | Method for passive temperature compensation of pressure sensor zero shift (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3665756A (en) | Strain gauge temperature compensation system | |
| US5303167A (en) | Absolute pressure sensor and method | |
| US3130578A (en) | Strain gauge bridge calibration | |
| RU2027142C1 (en) | Method of temperature compensation of resistor strain gauges | |
| US4448078A (en) | Three-wire static strain gage apparatus | |
| US3448607A (en) | Strain gauge temperature compensation system | |
| JPH07151572A (en) | Measuring device and measuring method | |
| US3332285A (en) | Fast precision temperature sensing thermocouple probe | |
| US3534809A (en) | Temperature measuring devices | |
| SU905628A1 (en) | Deformation pickup | |
| US4475392A (en) | Skin friction gage for time-resolved measurements | |
| US3403558A (en) | Piezoresistive thermometer | |
| US2738678A (en) | Liquid manometers | |
| RU2244970C1 (en) | Method for manufacturing temperature-compensated resistive-strain sensor | |
| CN210166258U (en) | A Magnetic Fluid Thermal Expansion Coefficient Measuring System | |
| US3460378A (en) | Strain gauge measuring techniques | |
| SU1138750A1 (en) | Semiconductor strain-gauge converter | |
| RU2024829C1 (en) | Pressure transducer | |
| RU2031393C1 (en) | Method and detector for measuring deformations of constructions at testing under sign-variable temperature stresses | |
| US1274635A (en) | Measuring device. | |
| US3279256A (en) | Thermal measuring apparatus | |
| SU536406A1 (en) | Device for measuring non-electrical quantities | |
| RU2026537C1 (en) | Pressure gauge | |
| SU570767A1 (en) | Method of measuring deformation in condition of non-stationary temperatures | |
| Cappa et al. | Experimental analysis of a new strain-gage signal conditioner based on a constant-current method |