專利名稱:應(yīng)變式傳感器模擬蠕變補(bǔ)償?shù)姆椒ê碗娐返闹谱鞣椒?br>本發(fā)明涉及一種應(yīng)變式傳感器的蠕變補(bǔ)償方法及電路，特別是應(yīng)變式傳感器用模擬電路進(jìn)行蠕變補(bǔ)償。
應(yīng)變式傳感器有金屬絲式、箔式、體型半導(dǎo)體應(yīng)變片式(簡稱半導(dǎo)體式)、半導(dǎo)體薄膜式以及擴(kuò)散硅式，它們均采用四個相同的應(yīng)變元件組成電阻全橋并固定在負(fù)荷彈性體上，該彈性體受到外界壓力而產(chǎn)生應(yīng)變，同時在全橋上輸出相應(yīng)的電壓值，它廣泛用于測量壓力、拉力重量和加速度等方面，在實(shí)際應(yīng)用中，隨著對應(yīng)變式傳感器的精度要求不斷提高，并要求能長期穩(wěn)定的工作。由于蠕變現(xiàn)象的存在影響了測量精度，蠕變的定義是指在恒定溫度，額定負(fù)荷的作用下傳感器的輸出值隨時間的變化，從定義可知蠕變是由傳感器的內(nèi)在因素影響與外界條件無關(guān)，應(yīng)變式傳感器造成蠕變的內(nèi)在因素比較復(fù)雜，是由于負(fù)荷彈性體、傳感元件以及其結(jié)合部物質(zhì)在受到額定負(fù)荷時其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生的多種變化，目前還不能在事先精確得知，而且隨機(jī)散差較大，所以要求應(yīng)變補(bǔ)償靈活方便，可以調(diào)節(jié)。
為了改善應(yīng)變式傳感器的蠕變性能，西德HB M公司研制一種專用的蠕變可調(diào)金屬箔式應(yīng)變片(參閱《應(yīng)變式傳感器蠕變性能的研究》中國儀器儀表學(xué)會，1984年出版的《傳感器論文集》第三冊第194頁)其方法是通過箔式應(yīng)變片上制作全橋?qū)ΨQ四組可調(diào)的短路環(huán)對彈性的不同蠕變量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以箔式應(yīng)變片的負(fù)蠕變補(bǔ)償彈性體上的正蠕變，這是一種僅限于使用在箔式應(yīng)變片傳感器的元件補(bǔ)償方法，其調(diào)節(jié)范圍有限且不可逆。文中并給出了蠕變現(xiàn)象隨時間的變化曲線。
本發(fā)明的任務(wù)是解決對各種應(yīng)變式傳感器都能進(jìn)行蠕變補(bǔ)償，可調(diào)范圍大，調(diào)節(jié)可逆方便的技術(shù)方案。
應(yīng)變式傳感器的蠕變曲線，開始時變化較大，隨時間的延長逐漸變緩其曲線形狀類似于指數(shù)曲線，蠕變?yōu)樨?fù)時可用下式近似Vo＝Vo-KVo(1-e-at)……(1)(1)式中Vo為蠕變后的傳感器輸出電壓;
Vo為時間t＝0時傳感器的輸出電壓;
KVo(1-e-at)為蠕變隨時間的變化項(xiàng)，K為蠕變量是在恒定溫度額定負(fù)荷的條件下時間延長到30分鐘以上輸出電壓趨于穩(wěn)定時的值對于t＝o時值的變化量相對于滿量程的百分?jǐn)?shù)蠕變補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)方案是優(yōu)選一種積分運(yùn)算放大器電路，能與蠕變指數(shù)曲線反向匹配，以達(dá)到調(diào)整和控制，本方案采用積分式放大器，在普通運(yùn)算放大器的反饋電阻上并聯(lián)一RC串聯(lián)積分電路，其輸入輸出關(guān)系式為V o u t = V iR fR i［1/ (1+R fRe-tR c］……(2)]]>式(2)中Vout為運(yùn)算放大器的輸出電壓Vi為運(yùn)算放大器的輸入電壓Rf為反饋電阻，Ri為輸入電阻R、C為積分電阻和電容將式(1)的蠕變輸出電壓作為式(2)電路的輸入電壓即Vc＝Vi，將式(2)中的Rf/R等于式(1)中的蠕變量k， 1/(Rc) ＝a代入并化簡，可得一近似公式為Vout≈ (Rf)/(Ri) Vo(1-K)……(3)則(3)式為一個與時間無關(guān)的輸出量，蠕變得到補(bǔ)償。
當(dāng)蠕變?yōu)檎龝r，可采用Rc積分電路并聯(lián)于運(yùn)算放大器的輸入電阻Ri上，使得Ri/R等于蠕變量K，其它參數(shù)代換相同，用類似于上式的推導(dǎo)同樣得到一個與時間無關(guān)的表達(dá)式為Vut≈ (Rf)/(Ri) Vo(1+k)，使蠕變量得到補(bǔ)償。
使用本發(fā)明的技術(shù)方案調(diào)節(jié)使用方便，調(diào)節(jié)積分電阻R即可，并且調(diào)節(jié)可逆，對于各種類型的應(yīng)變式傳感器均能適用，蠕變量的控制可以降底到50%～90%?，F(xiàn)給出了在體型半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器上的蠕變補(bǔ)償電路的實(shí)施例并結(jié)合附圖詳細(xì)說明。
圖1為應(yīng)變式傳感器的蠕變補(bǔ)償電路原理圖中A為運(yùn)算放大器，Ri為輸入電阻，R1為放大器正端接地電阻Rf為反饋電阻，RC為蠕變補(bǔ)償?shù)姆e分電路，補(bǔ)償傳感器的負(fù)蠕變時為圖中實(shí)線所繪，RC并聯(lián)于反饋電阻Rf上。
補(bǔ)償正蠕變時如圖中虛線部份，Rc并聯(lián)于R
上。
以25℃為標(biāo)準(zhǔn)溫度進(jìn)行蠕變補(bǔ)償只用電阻R調(diào)節(jié)，可以使蠕變量從0.8%FS降到0.1%FS考慮到使用環(huán)境中溫度的變化，可適當(dāng)調(diào)整電阻值，使得在0～40℃的溫度范圍內(nèi)，由原有的蠕變量在0.6%～1.08%FS，降到≤0.4%FS，現(xiàn)給出BCO2半導(dǎo)體傳感器，負(fù)荷為10Kg，滿量程FS＝5000mv，補(bǔ)償量為0.9%FS(即蠕變量)經(jīng)補(bǔ)償在不同溫度下的蠕變值。
0℃時，K＝+0.4% FS25℃時 k＝-0.26% FS.
40℃時 k＝-0.84% FS.
本發(fā)明實(shí)施例中所使用的運(yùn)算放大器為廉價(jià)的LM324集成電路。
權(quán)利要求
1.應(yīng)變式傳感器的蠕變補(bǔ)償方法已有技術(shù)是在一種箔式應(yīng)變片上制作四組對稱的可調(diào)短路環(huán)，本發(fā)明的特征是其蠕變補(bǔ)償采用模擬電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述應(yīng)變式傳感器的蠕變補(bǔ)償方法，其特征是體型半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器的蠕變補(bǔ)償采用模擬電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的蠕變補(bǔ)償模擬電路，其特征是采用積分運(yùn)算放大器，當(dāng)其蠕變量K為正時，其RC積分電路并聯(lián)于放大器A的輸入電阻Ri上，調(diào)節(jié)Ri使得Ri/R＝K。當(dāng)蠕變量為負(fù)時，則將RC積分電路并聯(lián)于放大器A的反饋電阻Rf上，調(diào)節(jié)R使得Rf/R＝K。
專利摘要
應(yīng)變式傳感器模擬蠕變補(bǔ)償?shù)姆椒ê碗娐肥窃趹?yīng)變片組成四臂電阻全橋的輸出端加一蠕變補(bǔ)償運(yùn)算放大器，當(dāng)蠕變量K為正時，用RC積分電路并聯(lián)于放大器的輸入電阻R
文檔編號G01D3/02GK87102198SQ87102198
公開日1988年8月17日 申請日期1987年3月20日
發(fā)明者梅濤, 何茂彬, 儲智 申請人:中國科學(xué)院合肥智能機(jī)械研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan