Моделирование статистических характеристик тензометрических схем и температурная компенсация выходного сигнала

Моделирование статистических характеристик тензометрических схем и температурная компенсация выходного сигнала.

Основной схемой включения  тензорезисторов является  – мост Уинстона (рис. 1):

Рис. 1. Мост Уинстона.

В результате воздействия деформации на тензорезисторы, изменяется выходной сигнал мостовой схемы, который определяется как разность падения напряжения:

Если сопротивления тензорезисторов:

То выходной сигнал мостовой схемы:

Если использовать схему при питании от источника тока то выходной сигнал:

Где

Выходной сигнал моста Уинстона:

При:

При использовании схемы с питанием от источника тока выходной сигнал в зависимости от температуры возрастает, используя питание от генератора напряжений(рис. 1) выходной сигнал с увеличением температуры будет падать, как будет показано далее.

Характеристики используемого дифференциального усилителя:

R1=R2=5 kOm	R5 =3,2kOm	R7 =3,5kOm	V1 = +20V
R3=R4=290 Om	R6 = 8,5kOm	V3 = +1,5…-1,5V	V2 = -20V

 

Рис. 2. Схема дифференциального усилителя смоделированная в MicroCap.

Дифференциальный усилитель -  это схема используемая для усиления разности напряжений двух входных сигналов. В данной работе используется как усилитель выходного сигнала с тензорезистивного моста Уинстона

  коэффициент усиления дифференциального каскада.

Рис. 3. Передаточная характеристика дифференциального каскада.

Из графика получаем коэффициент усиления:

Для того чтобы получить зависимость выходного сигнала от температуры и давления используется следующая зависимость:

Коэффициенты данной зависимости получаются с помощью программы getcoef.exeкоторая на основе рассчитанной табличной зависимости выдает коэффициенты данного полинома:

А₁= 1,7

А₄= -5,82·10^-3

А₈=  6,48·10^-6

Остальные коэффициенты равны 0.

На основе данного полинома и дифференциального усилительного каскада можно получить усиленную температурную зависимость выходного сигнала тензорезистивного моста Уинстона(рис. 5.)

Рис. 4. Схема усиления тензорезистивного моста.

Рис. 5. Усиленная температурная зависимость выходного сигнала тензорезистивного моста Уинстона.

Значение выходного сигнала в зависимости от температуры
Т,  К	Uout, В
200	12,22
300	8,2
400	6,180

На выход с дифференциального усилителя ставится резистор номиналом 10кОм, для того чтобы определить внутренне сопротивление источника:

Рис. 6. Схема для определения внутреннего сопротивления источника.

Рис. 7. Выходной сигнал нагруженной схемы.

Внутренне сопротивление источника:

Для того чтобы получить терм компенсацию выходного сигнала, используется управляемый источник тока:

Зная что примерный скомпенсированый выходной сигнал будет равен 4В, можно определить проводимости и на основе проводимостей найти константы A.

Значение проводимости в зависимости от температуры
Т,  К	G, 1/Ом
200	2,045E-4
300	1.04875E-4
400	5.507E-5

Получаем СЛАУ:

Решив систему уравнений, получаем следующие коэффициенты

А₁=1.047Е-04

А₂=-7.4715Е-07

А₃=2.491Е-09

Рис. 8. Схема компенсации температурной зависимости.

В результате моделирования получаем температурный скомпенсированный выходной сигнал(рис. 9)

Рис. 9. Скомпенсированый выходной сигнал.