10. Висновки:

1). В результаті запропонованої структурної компенсації температурна похибка, яка становила -1,7 % на кожних 30 С зростання оточуючої температури, зменшилась до значень, які не перевищують 0,0003% .

2). Номінальна статична характеристика чутливого елемента разом з схемою спряження зі зростанням оточуючої температури не повинна змінювати своїх значень. Новоутворені номінальні статичні характеристики займатимуть положення номінальних статичних характеристик чутливого елемента.

3). Недоліком приведеної схеми є зменшення її надійності, що викликано ускладненням схеми спряження.

Завдання 3. Розрахувати параметричну компенсацію від впливу атмосферного тиску на реальний тензорезистивний чутливий елемент сенсора маси, номінальна статична характеристика (НСХ при тискові р=760 мм рт. ст.) якого визначається за формулою , якщо за даними експериментальних досліджень отримали наступні значення вихідного сигналу при тискові р=780 мм рт.ст.:

Р, гПа	1000	1200	1400	1600	1800	2000
Uс, мВ	0,163	0,725	2,320	5,970	12,650	24,200

Розв"язування.

1.Знайдемо значення НСХ за заданою в умові задачі формулою; знайдемо похибки на виході чутливого елемента як:

, (1')

оцінемо чутливість як:

, (2')

та знайдемо похибки, приведені до входу чутливого елемента як:

, (3')

Ті та інші розрахункові дані записуватимемо в табл. 1.

Таблиця 1

Р, гПа	1000	1200	1400	1600	1800	2000
Uc, мВ	0,163	0,725	2,320	5,970	12,650	24,200
, мВ	0,2	-4,6	-9,4	-14,2	-19	-23,8
мВ	-0,037	5,325	11,72	20,17	31,65	48
мВ/мг	40	48	56	64	72	80
Р, мг	-0,0009	0,111	0,209	0,315	0,44	0,6
( )сер, мВ	19,471
, мВ	0,123	0,685	2,280	5,930	12,610	24,160
, мВ	-0,04	-0,04	-0,04	-0,04	-0,04	-0,04
, мг	-0,001	-0,0008	-0,0007	-0,0006	-0,0006	-0,0005

2.Визначимо характер зміни вихідного сигналу чутливого елемента при дії атмосферного тиску шляхом рішення системи рівнянь:

, (4')

, (5')

де і - значення вихідних сигналів НСХ чутливого елемента в точках відповідно Р₁ і Р₂ (при тискові р=760 мм рт. ст.);

і - значення вихідних сигналів чутливого елемента в точках відповідно Р₁ і Р₂ (при тискові р=780 мм рт. ст.);

k і U_c0 - відповідно мультиплікативна та адитивна корекції.

Для визначення числових значень корекцій виберемо дві характерні тачки НСХ, наприклад: Р₁=1000 мг і Р₂=2000 мг. За приведеним зразком складемо систему рівнянь:

, (6')

, (7')

Рішаючи систему рівнянь відносно шуканих корекцій, знаходимо:

k=-0,024;

U_c0=24,2 мВ

Оскільки коефіцієнт мультиплікативної корекції є близьким до 1, то в даному випадку обмежуємось тільки адитивною корекцією. Останню порівняємо з середнім значенням похибки на виході чутливого елемента, яка приведена в табл.1. Це значення з протилежним знаком використаємо в якості поправки при адитивній корекції.

3.Подамо геометричну інтерпретацію НСХ та її зміну під дією впливаючого тиску, рис. 4.

Рис. 4. Залежність вихідного сигналу від вимірюваного параметра m

під дією впливаючого тиску.

4.Вибираємо одну з можливих схем адитивної корекції, рис. 5. Для адитивної корекції вибрана мостова схема, де в одному з плечей використаний тензорезистор R_p, чутливий до впливу атмосферного тиску.

Рис. 5. Схема спряження і параметричної компенсації від впливу атмосферного тиску на чутливний елемент давача маси.

5. Напруга на виході мостової схеми виражатиметься як:

, (8')

Зміну цієї напруги під впливом атмосферного тиску знайдемо шляхом диференцювання виразу (8'). Отримаємо:

, (9')

Вказане значення цієї зміни, сумуючись з вихідним сигналом, повинно забезпечувати компенсацію від впливу атмосферного тиску. Знак цієї поправки повинен бути від'ємним, тобто сигнал на виході схеми спряження матиме вигляд::

, (10')

6. Вибиремо значення резисторів мостової схеми: R₁=R₂=R₃=10 Ом, а тензорезистор, що виражається формулою:

, (11')

для якого R_h=760=10 Ом при =0,02 1/мм рт.ст.

Використовуючи формули (9') і (11'), знаходимо напругу живлення мостової схеми:

, (12')

При р=780 мм рт.ст. для повної компенсації впливу тиску необхідною умовою є рівність:

, (13')

В результаті отримаємо:

(мВ) 7. Установивши Е=0,58 мВ, за формулою (10') знаходимо, що:

(мВ)

Отримані результати записуємо в табл.1. Похибки від неповної компенсації знаходимо за формулою (3').

8. Побудуємо новоутворену залежність вихідного сигналу при зміні атмосферного тиску, див. рис.4.

9. Висновок: В результаті запропонованої компенсації найбільша похибка, яка становила -0,001 мг при зростанні атмосферного тиску на 20 мм рт.ст., зменшилась до

-0,0005 мг, тобто в 2 разів.

Приклад 4. Досліджено, що на чутливий елемент давача інтенсивності випромінювання (термобатареї) впливають два фактори: оточуюча температура та вологість середовища, в якому перебуває чутливий елемент. Подати схему параметричної компенсації від впливу цих факторів та результуючий вихідний сигнал схеми спряження, якщо за даними експериментальних досліджень мультиплікативне зменшення вихідного сигналу чутливого елемента під дією температури становить -1,7 % на кожних 30 С зростання оточуючої температури при адитивному температурному збільшенні значення вихідного сигналу на 80 мкВ та при адитивному зменшенні вихідного сигналу на 35 мкВ під незалежною дією зростання вологості на кожних 20 %.

Розв"язування.

1. Мультиплікативне зменшення вихідного сигналу чутливого елемента давача випромінювання (від НСХ - крива 1) при збільшенні оточуючої температури покажемо на графіку у вигляді кривої 2, рис. 6. При адитивному температурному збільшенні значення вихідного сигналу на 80 мкВ матимемо криву 3. При адитивному зменшенні вихідного сигналу на 35 мкВ під незалежною дією зростання вологості на кожних 20 % отримаємо криву 4, що являється результуючою кривою.

U_c, мВ

Х

Рис. 6. Залежність вихідного сигналу від вимірюваного параметра Х чутливого елемента давача випромінювання при сукупній незалежній дії оточуючої температури та вологості.

2. Вибираємо таку схему спряження з чутливим елементом, яка забезпечувала б послідовну зворотну дію вказаних впливаючих факторів на вихідний сигнал. Схема спряження з параметричною компенсацією приведена на рис. 7.

Р ис. 7. Схема спряження і параметричної компенсації від впливу оточуючої температури та вологості чутливного елемента давача випромінювання.

3. Для приведеної схеми спряження вихідний сигнал може бути поданий у вигляді наступної формули:

, (14)

4. Для знаходження елементів схеми спряження та похибок від неповної компенсації використовуватимемо послідовність рішення попередніх задач.

5. Опір на виході мостової схеми виражатиметься як:

(15)

Зміну цього опору під впливом атмосферного тиску знайдемо шляхом диференціювання виразу (15). Отримаємо:

(16)

Підставивши числові значення у формулу (14), отримаємо:

Приклад 5. Для проведення повірки робочого електронного динамометра на діапазон вимірювання (1000-2000) гПа використовується робочий чутливий елемент ДК-20, однотипний зі зразковим чутливим елементом ДК-25 на діапазон вимірювання (1700-2500) гПа. При заданих їх номінальних статичних характеристиках (НСХ) і допустимій похибці 4,0 % знайти розрахункову НСХ робочого чутливого елемента ДК-20 методом екстраполяції до 2500 гПа. НСХ приведені у вигляді таблиці:

Р, гПа	1000	1300	1500	1700	1800	2000	2100	2300	2500
UДК-20, мВ	0,163	0,725	2,320	5,970	12,650	24,200	-	-	-
UДК-25, мВ	-	-	-	0,852	2,095	4,345	7,820	13,410	20,003

Розв"язування.

1. Подамо на графіках задані НСХ, рис. 8:

Рис. 8. Залежність вихідного сигналу чутливого елемента

електронного динамометра від вимірюваного тиску.

2. Вибираємо найдостовірніші точки в діапазоні перекриття для заданих НСХ. Нехай такими точками будуть наступні точки: р₁=1700 гПа і р₂=2000 гПа. Визначимо характер зміни вихідного сигналу робочого чутливого елемента ДК-20, використовуючи адитивну і мультиплікативну корекцію зразкового чутливого елемента ДК-25 шляхом рішення системи рівнянь:

, (15)

, (16)

Рішаючи систему рівнянь відносно шуканих корекцій, знаходимо:

k=5,219;

U_c0=1,523 мВ

3. Розрахункову НСХ робочого чутливого елемента ДК-20 знаходимо методом її екстраполяції до високих значень тисків за формулою:

,(мВ) (17)

Чутливість S визначаємо за НСХ для кожної з точок, в яких знаходиться похибка апроксимації:

, (18)

Відхилення апроксимованих значень від НСХ визначається як:

, (19)

Абсолютна похибка апроксимації визначається в кожній точці як р=U/S, а відносна як =[(U/S)/p]100%.

4. Отримані результати занесемо в табл.2.

Таблиця 2

р, гПа	1000	1300	1500	1700	1800	2000	2200	2400	2500
UДК-20, мВ	0,163	0,725	2,320	5,970	12,650	24,200
UДК-20,апр мВ							42,336	71,510	105,339
UДК-20,пер мВ				5,893	12,268	24,200
U, мВ				-0,077	-0,382	0
S, мВ/гПа				0,036	0,045	0,056
р, гПа				-2,14	-8,49	0
, 				-0,126	-0,472	0

5. Висновок: В результаті проведеної екстраполяції до високих значень вимірювання тиску найбільша похибка при адитивній і мультиплікативній корекції не перевищувала -0,1 %.

Висновок : В результаті виконання розрахункових та контрольних робіт з дисципліни «Сенсори для випробувальних систем» я набув знання теорії і практики використання чутливих елементів і схем уніфікації при вимірюванні, контролі і технічній діагностиці з метою застосування набутих знань при інженерній практиці в різних галузях промисловості.