Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ - Патент РФ 2028584
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ
ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ

ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к тензорезисторным датчикам давления и может быть использовано при измерении давления в условиях воздействия на датчик нестационарной температуры измеряемой среды. Сущность изобретения: в датчике давления, содержащем мембрану с изоляционным слоем 2, на котором расположены четыре тензорезистора и два компенсационных резистора 9 и 15, последние расположены в зоне промежуточного по сравнению с максимальным и минимальным изменениями температурного поля и поля температурных деформаций. При этом коэффициент тензочувствительности одного из компенсационных резисторов выполнен больше соответствующего коэффициента тензорезистора, а коэффициент тензочувствительности другого компенсационного резистора выполнен меньше соответствующего коэффициента тензорезистора. Для настройки датчика последовательно полностью закорачивают резисторы 15 и 9 и определяют требуемые сопротивления тензочувствительного и термочувствительного резисторов из определенных соотношений. 2 с.п.ф-лы, 10 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2028584
Класс(ы) патента: G01L9/04
Номер заявки: 3110850/10
Дата подачи заявки: 01.04.1985
Дата публикации: 09.02.1995
Заявитель(и): Научно-исследовательский институт физических измерений
Автор(ы): Белозубов Е.М.; Михайлов П.Г.
Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт физических измерений
Описание изобретения: Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений давлений в условиях воздействия нестационарной температуры измеряемой среды (термоудара).
Известны датчики давления, предназначенные для измерения давления в условиях нестационарной температуры измеряемой среды, содержащие упругий элемент в виде жесткозащемленной металлической мембраны, покрытой изоляционным слоем [1].
На изоляционном слое расположена тензочувствительная схема, а компенсация паразитного выходного сигнала, обусловленного нестационарной температурой измеряемой среды, осуществляется термопарами, расположенными на изоляционном слое. В данной конструкции происходит неполная компенсация температурной погрешности в нестационарном температурном режиме.
Это обусловлено тем, что при воздействии на приемную полость датчика измеряемой среды с нестационарной температурой на поверхности мембраны в зоне установки тензорезисторов возникают неравномерные и изменяющиеся во времени температурные поля и температурные деформации. Поэтому на выходе датчика появляется паразитный сигнал, обусловленный реакцией тензорезисторов на изменяющееся температурное поле и поле температурных деформаций. Главной причиной неравномерности температурных полей является неравномерность тепловых потоков в различных частях упругого элемента тонкой мембраны и массивной заделки. Выравнивание тепловых потоков за счет уменьшения заделки не всегда оправдано в связи с определенным ухудшением характеристик свободно опорной мембраны по сравнению с жесткозащемленной.
Причиной неравномерности температурных деформаций является неравномерность температурных полей самого упругого элемента. Применение термопар, установленных на диэлектрике, уменьшает погрешность, возникающую от неравномерного поля температур, но не компенсирует погрешность, обусловленную неравномерность поля температурных деформаций.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является тонкопленочный датчик давления, содержащий металлический упругий элемент, покрытый изоляционным слоем, на котором расположены мостовая тензочувствительная схема и два включенных в мостовую схему компенсационных резистора из материала с большим по сравнению с материалом тензорезисторов температурным коэффициентом сопротивления.
Наиболее близким к предлагаемому является также способ настройки датчиков, заключающийся в том, что временно вводят в мостовую схему два компенсационных резистора, изменяют температуру мостовой схемы, определяют начальный выходной сигнал и его изменение от температуры, а также сопротивления компенсационных резисторов, при которых изменение начального выходного сигнала от температуры будет близко к нулю, и окончательно вводят их в мостовую схему [2].
Общими признаками изобретения и прототипа является то, что металлический упругий элемент, покрытый изоляционным слоем, на котором расположены мостовая тензочувствительная схема и два, включенных в мостовую схему, компенсационных резистора из материала с большим по сравнению с материалом тензорезисторов температурным коэффициентом сопротивления. Кроме того, временное введение в мостовую схему двух компенсационных резисторов, изменение температуры мостовой схемы, определение начального выходного сигнала и его изменения от температуры, определение сопротивлений компенсационных резисторов, при которых изменение начального выходного сигнала от температуры будет близко к нулю и окончательное введение их в мостовую схему.
Целью изобретения является уменьшение погрешности датчика при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды за счет учета изменения поля температурных деформаций, вызванного изменением температурного поля.
Для этого усовершенствуется известная конструкция датчика давления, содержащего металлический упругий элемент в виде жесткозащемленной мембраны, покрытой изоляционным слоем, на котором расположена мостовая тензочувствительная схема и два, включенных в мостовую схему компенсационных резистора с большим по сравнению с тензорезисторами температурными коэффициентами сопротивления. Кроме того, усовершенствуется известный способ настройки тонкопленочных датчиков давления, заключающийся в том что временно вводят в мостовую схему два компенсационных резистора, изменяют температуру мостовой схемы, определяют начальный выходной сигнал и его изменение от температуры, определяют сопротивления компенсационных резисторов, при которых изменение начального выходного сигнала от температуры будет близко к нулю, и окончательно вводят их в мостовую схему.
Отличительными признаками предлагаемого датчика давления по сравнению с прототипом, является то, что компенсационные резисторы расположены в зоне промежуточного по сравнению с максимальным и минимальным изменением температурного поля и поля температурных деформаций и один из компенсационных резисторов выполнены преимущественно тензочувствительным с большим по сравнению с тензорезисторами коэффициентом тензочувствительности, а другой компенсационный резистор выполнен преимущественно термочувствительным с меньшим по сравнению с тензорезисторами коэффициентом тензочувствительности.
Отличительными признаками предлагаемого способа настройки по сравнению с прототипом, является то, что полностью закорачивают термочувствительный компенсационный резистор, определяют требуемое сопротивление тензочувствительного компенсационного резистора по соотношению
r= , (1) где R - сопротивление плеча мостовой схемы;
Un - напряжение питания мостовой схемы;
ΔUt(K1) - изменение начального выходного сигнала датчика при изменении сопротивления тензочувствительного компенсационного резистора от нуля до его максимального значения при постоянной температуре;
ΔUK1(t) - максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при резком изменении температуры измеряемой среды при постоянном сопротивлении тензочувствительного компенсационного резистора, равном его максиальному значению;
ΔU01(t) - максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при резком изменении температуры измерямой среды при постоянном сопротивлении тензочувствительного компенсационного резистора, равном нулю, закорачивают тензочувствительный компенсационный резистор до требуемого сопротивления, определяют требуемое сопротивление термочувствительного компенсационного резистора по соотношению
r= (2) где ΔUt(K2) - изменение начального выходного сигнала датчика при изменении сопротивления термочувствительного компенсационного резистора от нуля до его максимального значения при постоянной температуре;
ΔUK2(t) - максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при резком изменении температуры измеряемой среды при постоянном сопротивлении термочувствительного компенсационного резистора, равном его максимальному значению;
ΔU02(t) - максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при резком изменении температуры размеряемой среды при постоянном сопротивлении термочувствительного компенсационного резистора, равном нулю, и закорачивают термочувствительный компенсационный резистор до требуемого сопротивления.
На фиг.1 изображен общий вид датчика, разрез; на фиг.2 то же, фиг.3-10 поясняют изобретение, вид сверху.
Датчик давления содержит металлический упругий элемент 1 в виде жесткозащемленной мембраны. покрытой изоляционным слоем 2, на котором расположена мостовая тензочувствительная схема, состоящая из тензорезисторов R1-R4 и контактных площадок 3 - 8. Металлический упругий элемент выполнен, например из сплава 36НХТЮ-Ш. В качестве изоляционного слоя использована моноокись кремния типа А, фракции 2, которая нанесена на поверхность мембраны упругого элемента способом термического испарения в вакууме. Толщина изоляционного слоя 3,0-4,5 мкм. Для согласования термомеханических характеристик моноокиси кремния со сплавом 36НХТЮ и улучшения адгезии на мембрану предварительно напыляют подслой электролитического хрома ЭРХ толщиной 0,2-0,3 мкм (на фиг.1 не показан) способом термического испарения в вакууме. Тензорезисторы формируются способом термического испарения в вакууме через трафарет из сплава Х20Н75Ю. Удельное поверхностное сопротивлений тензорезисторов 70 Ом/□ . Величина сопротивлений тензорезисторов выбрана 700 ± 35 Ом. Коэффициент тензочувствительности после окончательного формирования и термообработки тензорезисторов находится в пределах 2,1-2,3. Температурный коэффициент сопротивления тензорезисторов находится в пределах 1 ˙ 10-6 - 5 ˙ 10-5 оС-1. Контактные площадки выполнены способом термического испарения в вакууме через трафарет из золота 3л999,9. Толщина контактных площадок выбрана в пределах 0,7-1,0 мкм.
В мостовую схему включены два компенсационных резистора. Один из них тензочувствительный компенсационный резистор 9 выполнен с большим по сравнению с тензорезисторами коэффициентом тензочувствительности. Тензочувствительный компенсационный резистор формировался методом ионно-плазменного распыления сплава.
Для удобства закорачивания тензочувствительного резистора 9 на нем выполнены из золота 3 л 999,9 аналогично и в едином цикле с контактными площадками 3-8 дополнительные контактные площадки 10-14, которые разбивают тензочувствительный компенсационный резистор на отдельные части для уменьшения дискретности при включении в мостовую схему, причем сопротивление каждой последующей части в 2 раза меньше предыдущей.
Сопротивление тензочувствительного компенсационного резистора при реальном изготовлении находится в пределах 10-20 Ом. После окончательного формирования и термообработки коэффициент тензочувствительности и температурный коэффициент сопротивления тензочувствительного компенсационного резистора соответственно находятся в пределах 80-130 и 1 ˙ 10-4 - -1 ˙ 10-3 оС-1.
Термочувствительный компенсационный резистор 15 выполнен из золота 3 л 999,9 в едином цикле с изготовлением контактных площадок. После окончательного формирования и термообработке максимальное сопротивление термочувствительного компенсационного резистора находится в пределах 2-8 Ом. Температурный коэффициент сопротивления термочувствительного компенсационного резистора примерно равен 3,9 ˙ 10-3оС-1, его коэффициент тензочувствительности находится в пределах 1,5-1,8, т.е. меньше коэффициента тензочувствительности тензорезисторов.
Датчик работает следующим образом.
При воздействии давления Р на мембрану упругого элемента на ее поверхности появляются деформации, которые приводят к изменению сопротивлений тензорезисторов, преобразуемые мостовой схемой в выходной сигнал. При воздействии нестационарной температуры измеряемой среды, например при резком изменении температуры измеряемой среды (термоударе) наиболее характерном режиме работы ЖРД, на мебране датчика вследствие различия тепловых потоков через мембрану и ее заделку, обусловленного неоптимальным соотношением толщины мембраны и ее заделки, возникают неравномерное температурное поле и неравномерное поле температурных деформаций, вызванное температурным полем. Неравномерное температурное поле приводит к неидентичности среднеинтегральных температур, воспринимаемых тензорезисторами, во время нестационарного процесса. Экспериментально определенные зависимости среднеинтегральных температур tсрi, воспринимаемых тензорезисторами для датчика, изображенного на фиг.1, с мембраной толщиной 0,32 мм и толщиной заделки (цилиндрическая часть) 1,5 мм, приведены на фиг.3.
Из фиг. 3 видно, что скорость изменения среднеинтегральной температуры тензорезисторов R2 и R4, расположенных в центре мембраны, больше по сравнению со среднеинтегральной температурой тензорезисторов R1 и R3, расположенных на периферии мембраны. При этом среднеинтегральная температура компенсационных резисторов RК1, RK2занимает промежуточное положение как по величине), так и по характеру изменения. При воздействии нестационарной температуры компенсационные резисторы воспринимают изменение температурного поля, так как они расположены в зоне промежуточного по сравнению с максимальным и минимальным изменения температурного поля на мембране. Так как температурные коэффициенты сопротивления компенсационных резисторов выбраны больше температурного коэффициента сопротивления тензорезисторов, то изменение сопротивлений тензорезисторов можно скомпенсировать сравнительно небольшими сопротивлениями компенсационных резисторов. Неравномерность поля температурных деформаций при термоударе приводит к неидентичности среднеинтегральных деформаций, воспринимаемых тензорезисторами во время нестационарного температурного процесса и, следовательно, к неидентичности относительных среднеинтегральных сопротивлений тензорезисторов.
Экспериментально определенные зависимости средних деформаций, воспринимаемых тензорезисторами для датчика, изображенного на фиг.1, с мембраной толщиной 0,32 мм и толщиной заделки 1,5 мм, приведены на фиг.4.
Из фиг. 4 видно, что скорость и величина изменения среднеинтегральных деформаций тензорезисторов R2 и R4, расположенных в центре мембраны, больше по сравнению со средними деформациями тензорезисторов R1 и R3, расположенных на периферии мембраны. При этом среднеинтегральные деформации компенсационных резисторов RK1 и RK2занимают промежуточное положение как по величине. так и по характеру изменения. При воздействии нестационарной температуры измеряемой среды компенсационные резисторы воспринимают изменение поля температурных деформаций, так как они расположены в зоне промежуточного по сравнению с максимальным и минимальным изменения поля температурных деформаций на мембране. Так как коэффициент тензочувствительности одного из компенсационных резисторов выбран больше коэффициента тензочувствительности тензорезисторов, то изменение сопротивлений тензорезисторов можно скомпенсировать сравнительно небольшим сопротивлением тензочувствительного компенсационного резистора.
На фиг.3 и 4 видно, что характер изменения среднеинтегральных температур тензорезисторов отличается от характера изменения среднеинтегральных температурных деформаций. В связи с этим необходима комплексная компенсация изменений среднеинтегральных температур и среднеинтегральных температурных деформаций тензорезисторов. Такая компенсация может осуществляться одним резистором, но в связи с тем, что получение резисторов с заранее заданными соотношениями температурного коэффициента сопротивления и коэффициента тензочувствительности практически невозможно, используются два компенсационных резистора. Один из них, преимущественно тензочувствительный, в основном обеспечивает компенсацию изменений температурных деформаций тензорезисторов. Другой, преимуществено термочувствительный, обеспечивает в основном компенсацию изменения среднеинтегральных температур. Причем, включая термочувствительный компенсационный резистор в то или иное плечо мостовой схемы, можно добиться увеличения или уменьшения суммарного температурного коэффициента сопротивления компенсационных резисторов. Если термочувствительный резистор включен в противоположное по сравнению с тензочувствительным резистором плечо, то суммарный температурный коэффициент сопротивления равен разности ТКС термочувствительного и тензочувствительного компенсационных резисторов. Если термочувствительный резистор включен в соседнее с тензочувствительным резистором, то суммарный температурный коэффициент сопртивления равен разности ТКС термочувствительного и тензочувствительного и тензочувситвительного компенсационных резисторов. При воздействии термоудара на приемную полость датчика на выходе датчика (при отсутствии компенсации) появляется паразитный начальный выходной сигнал, форма и максимальное изменение кторого определяются взаимным соотношением среднеинтегральных температур и деформаций тензорезисторов, а также взаимным соотношением температурных коэффициентов сопротивления и коэффициентов тензочувствительности тензорезисторов.
Экспериментально определенная зависимость начального выходного сигнала датчика, изготовленного по прототипу, при воздействии на его приемную полость жидкого азота с температурой (-196)оС приведена на фиг.5.
Из фиг.5 видно, что погрешность датчика в нестационарном температурном режиме в 2-3 раза превышает погрешность датчика в стационарном температурном режиме. Поэтому соотношение между суммарным ТКС и суммарным коэффициентом тензочувствительности компенсационных резисторов предлагается выбрать в зависимости от соотношений ТКС и коэффициентов тензочувствительности тензорезисторов, максимальных среднеинтегральных температур и максимальных относительных среднеинтегральных деформаций на тензорезисторах и компенсационных резисторах. Справедливость выбранного соотношения поясняется следующим. Чем больше разница максимальных среднеинтегральных температур тензорезисторов, т.е. чем больше неравномерность температурного поля и разность ТКС и тензорезисторов, тем больше потребуется ТКС компенсационных резисторов при определенной максимальной среднеинтегральной температуре компенсационных резисторов. С другой стороны, чем больше разница максимальных относительных среднеинтегральных температур деформаций тензорезисторов, т. е. чем больше неравномерность поля температурных деформаций и разность коэффициентов тензочувствительности тензорезисторов, тем больше потребуется коэффициент тензочувствительности компенсационных резисторов при определенной максимальной относительной среднеинтегральной температурной деформации компенсационных резисторов. Таким образом, при воздействии на предлагаемый датчик нестационарной температурой измеряемой среды на выходе датчика появляется скомпенсированный начальный выходной сигнал.
Экспериментально определенная зависимость начального выходного сигнала предлагаемого датчика при воздействии на его приемную полость жидким азотом с температурой (-196)оС приведена на фиг.6.
Из фиг. 6 видно, что погрешность в нестационарном температурном режиме (0-80с) не превышает погрешности в стационарном температурном режиме (80с и далее).
Способ настройки реализуется следующим образом.
Тензорезисторный датчик помещают в технологическое приспособление 16 (см. фиг. 7), обеспечивающее возможность подачи измерямой среды, например, жидкого азота с температурой (-196)оС, только на приемную полость датчика (показано стрелками на фиг.1), что соответствует реальным условиям эксплуатации датчиков в составе ЖРД. Приспособление в простейшем случае может быть выполнено в виде стакана, в дно которого укрепляют датчик давления, контактные плошадки 3 - 8 датчика соединяют с контактами технологической колодки 17, источником напряжения 18 и вольтметром 19 (см.фиг.7). Замыкают переключатель S2, чем полностью закорачивают термочувствительный компенсационный резистор.
Включают напряжение питания. В нормальных климатических условиях замыкают переключатель S1, чем полностью закорачивают тензочувствительный компенсационный резистор, т.е. RK1 = 0. По вольтметру измеряют начальный выходной сигнал Uto датчика при полностью закороченном тензочувствительном компенсационном резисторе и постоянной температуре. Размыкают переключатель S1, включая тем самым в схему моста тензочувствительный компенсационный резистор с его максимальным сопротивлением. По вольтметру измеряют начальный выходной сигнал UtK1датчика при полностью включенном тензочувствительном компенсационном резисторе и постоянной температуре. Вычисляют изменение начального выходного сигнала датчика при изменении сопротивления тензочувствительного компенсационного резистора от нуля до его максимального значения при постоянной температуре по формуле
ΔUt(K1)=Uto-UtK1 ' (3) заливают жидкий азот в приспособление, изменяя тем самым температуру измеряемой среды от температуры нормальных климатических условий 25 ± 10оС до (-196)оС. По вольтметру измеряют максимальное изменение начального выходного сигнала датчика UK1(t) относительно напряжения UtK1.
Экспериментально определенная зависимость начального выходного сигнала датчика при резком изменении температуры измеряемой среды от нормальной до (-196)оС при постоянном сопротивлении тензочувствительного компенсационного резистора, равного его максимальному значению, приведена на фиг.8.
Вычисляют максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при резком изменении температуры измеряемой среды при постоянном сопротивлении тензочувствительного компенсационного резистора, равном его максимальному значению, по формуле
ΔU(t) = U(t)-Ut (4)
Выливают жидкий азот из приспособления. Выдерживают датчик в нормальных климатических условиях до полного восприятия датчиком температуры нормальных климатических условий. Замыкают переключатель S1, уменьшая тем самым сопротивление тензочувствительного компенсационного резистора до нуля. По вольтметру измеряют начальный выходной сигнал Utoдатчика при полностью закороченном тензочувствительном компенсационном резисторе и постоянной температуре.
Заливают жидкий азот в приспособление, изменяя тем самым температуру измеряемой среды от температуры нормальных климатических условий до (-196)оС. По вольтметру измеряют максимальное изменение начального выходного сигнала Uo(t) относительно напряжения Uto. Экспериментально определенная зависимость начального выходного сигнала датчика при резком изменении температуры измеряемой среды от нормальной до (-196)оС при постоянном сопротивлении тензочувствительного компенсационного резистора, равном нулю, приведена на фиг. 5. Выливают жидкий азот из приспособления. Выдерживают датчик в нормальных клитматических условиях до полного восприятия датчиком температуры нормальных климатических условий. Вычисляют максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при резком изменении температуры измеряемой среды при постоянном сопротивлении тензочувствительного компенсационного резистора, равном нулю
ΔU01(t) = U0 (t) - Ut0 (4a)
Определяют требуемое сопротивление тензочувствительного компенсационного резистора по соотношению (1). Закорачивают тензочувствительный компенсационный резистор до требуемого сопротвления перемычкой 20, например сваркой золотой проволоки с контактной площадкой 12 (см.фиг.1).
Если по соотношению (1) получают отрицательный знак сопротивления RK1, то его включают в плечо R3 мостовой схемы. Для этого проводник, идущий с контактной площадки 8, перебрасывают с контакта 9 на контакт 11 технологической колодки 17, а проводник, соединяющий контактную площадку 5 с контактом 11 колодки 17, перекидывают с контакта 11 на контакт 9 технологической колодки 17.
Экспериментально определенная зависимость начального выходного сигнала датчика с включенным тензочувствительным компенсационным резистором, сопротивление которого определено по соотношению (1), приведено на фиг.9.
Из фиг. 9 видно, что аддитивная погрешность датчика при нестационарной температуре (0-80с) не превышает погрешности датчика при стандартной температуре (80с и далее). Размыкают переключатель S1. В нормальных климатических условиях (при замкнутом переключателе S2) по вольтметру измеряют начальный выходной сигнал датчика при полностью закороченном термочувствительном резисторе и постоянной температуре Utо2. Размыкают переключатель S2, включая тем самым в схему моста термочувствительный компенсационный резистор. По вольтметру измеряют начальный выходной сигнал датчика при полностью включенном термочувствительном компенсационном резисторе и постоянной температуре UtK2. Вычисляют изменение начального выходного сигнала датчика при изменении сопротивления термочувствительного компенсационного резистора от нуля до его максимального значения при постоянной температуре по формуле
ΔUt(K2) = Ut02 - Ut (4б) Заливают жидкий азот в приспособление, изменяя тем самым температуру измеряемой среды от температуры нормальных климатических условий до (-196)оС.
По вольтметру измеряют максимальное изменение начального выходного сигнала датчика UK2(t) относительно напряжения UtK2.
Вычисляют максимальное изменение начальнонго выходного сигнала датчика при резком изменении температуры измеряемой среды при постоянном сопротивлении термочувствительного компенсаци- онного резистора, равном его максимальному значению, по формуле
ΔU(t) = U(t) - Ut (4в)
Выливают жидкий азот из приспособления. Выдерживают датчик в нормальных климатических условиях до полного восприятия датчиком температуры нормальных климатических условий. Замыкают переключатель S2, уменьшая тем самым сопротивление термочувствительного компенсационного резистора до нуля. По вольтметру измеряют начальный выходной сигнал датчика при полностью закороченном термочувствительном резисторе и постоянной темпратуре Uto2.
Заливают жидкий азот в приспособление, изменяя тем самым температуру измеряемой среды от температуры нормальных климатических условий до (-196)оС.
По вольтметру измеряют максимальное изменение начального выходного сигнала датчика Uo2(t) относительно напряжения Uto2. Вычисляют максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при резком изменении температуры измеряемой среды при постоянном сопротивлении термочувствительного компенсационного резистора, равном нулю
ΔU02(t) = U02(t) - Ut02 (4г)
Определяют требуемое сопротивление термочувствительного компенсационного резистора по соотношению (3). Закорачивают термочувствительный компенсационный резистор до требуемого сопротивления перемычкой 21, например, сваркой, (см.фиг.1). Если по соотношению (2) получается отрицательный знак сопротивления RK2, то его включают в плечо R1, перебрасывая соответствующие перемычки как для тензочувствительного компенсационного резистора. Экспериментально определенная зависимость начального выходного сигнала датчика, настроенного по предлагаемому способу, при резком изменении температуры измеряемой среды от нормальной до температуры (-196)оС показана на фиг.6.
После окончательной балансировки датчика экспериментально определенная зависимость начального выходного сигнала датчика, настроенного по предлагаемому способу, приведена на фиг.10.
Из фиг. 10 видно, что аддитивная погрешность предлагаемого датчика при нестационарной температуре (0-80с) не превышает погрешности датчика при стационарной температуре (80с и далее) и в 5-10 раз меньше аддитивной погрешности датчика, изготовленного по прототипу.
Таким образом, технико-экономическим преимуществом предлагаемого решения по сравнению с прототипом является уменьшение аддитивной температурной погрешности датчика при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды за счет учета изменения поля температурных деформаций, вызванного изменением температурного поля. Аддитивная температурная погрешность датчиков, изготовленных по прототипу, при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды от 25 ± 10 до (-196)оС в несколько раз превышает аддитивную температурную погрешность при стационарной температуре и достигает 16%.
Аддитивная температурная погрешность датчиков, изготовленных по изобретению, при воздействии нестационарной температуры измеряемой среды от 25 ± 10 до (-196)оС не превышает аддитивной температурной погрешности при стационарной температуре и достигает 2,5%.
Формула изобретения: ТОНКОПЛЕНОЧНЫЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО НАСТРОЙКИ.
1. Тонкопленочный датчик давления, содержащий металлическую жестко защемленную мембрану с изоляционным слоем, на котором расположены тензорезисторы, соединенные в мостовую измерительную схему, и два компенсационных резистора с большим по сравнению с тензорезисторами температурным коэффициентами сопротивления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения аддитивной температурной погрешности измерения при воздействии нестационарной температуры, в нем компенсационные резисторы расположены в зоне промежуточного по сравнению с максимальным и минимальным изменениями температурного поля и поля температурных деформаций, при этом коэффициент тензочувствительности одного из компенсационных резисторов выполнен больше соответствующего коэффициента тензорезистора, а коэффициент тензочувствительности другого компенсационного резистора выполнен меньше соответствующего коэффициента тензорезистора.
2. Способ настройки тонкопленочного датчика давления, заключающийся во временном введении в мостовую схему двух компенсационных резисторов, изменении внешней температуры, определении начального выходного сигнала и его изменении от действия температуры, определении сопротивления этих резисторов при начальном выходном сигнале, близком к нулю, и окончательном введении их в мостовую измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью уменьшения аддитивной погрешности измерения, в нем последовательно полностью закорачивают термочувствительный компенсационный резистор и тензочувствительный компенсационный резистор и определяют требуемые сопротивления тензочувствительного и термочувствительного резисторов из соотношений


где ΔUt(K1); ΔUt(K2) - соответственно изменение начального выходного сигнала при изменении сопротивления тензочувствительного и термочувствительного компенсационного резисторов от нуля до его максимального значения при постоянной температуре;
- соответственно максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при перепаде температуры от комнатной до -196oС при постоянном сопротивлении тензочувствительного и термочувствительного компенсационных резисторов, равном его максимальному значению;
ΔU01(t); ΔU02(t) - соответственно максимальное изменение начального выходного сигнала датчика при перепаде температуры от комнатной до минус 196oС при сопротивлении тензочувствительного и термочувствительного компенсационных резисторов, равном нулю;
R и Uп - соответственно сопротивление плеча и напряжение питания мостовой схемы,
после чего закорачивают термочувствительный компенсационный резистор до требуемого сопротивления.