Файл: Эрлер, В. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами.pdf

58 4. Мост Уитстона

следует удвоить. На фиг. 4.5—4.8 представлены эксперименталь­ ные результаты; они показывают хороший компенсационный эф­ фект при использовании идентичных полупроводниковых тензорезисторов и мостов с одним активным ППТ из р-кремния.

Емакс = 7- ^ " 3

С макс~ 0,6'10

Фиг. 4.8. Экспериментальная функция погрешностей в приближении первого порядка при двух активных полупроводниковых тензорезисторах типа WDH111 и WDHIIl/re, работающих на растяжение.

Условия измерения те же, что и на фиг. 4.5.

Следует заметить, что результаты, представленные на фиг. 4.8, нельзя получить простым сложением или вычитанием значений, приведенных на фиг. 4.6 и 4.7.

4.3. Температурный дрейф нуля

При измерениях с помощью тензорезисторов большую роль играет температурный дрейф нуля мостовой схемы. Если ра­ боты, как обычно бывает, производятся не в кондиционирован­ ных помещениях, нельзя провести точного измерения без приня­ тия особых мер. Это справедливо как для проволочных, так и для полупроводниковых тензорезисторов. Для стабилизации ну­ левой точки моста в особых случаях применяется такой способ компенсации, при котором температурное изменение сопротив­ ления наклеенного тензорезистора компенсируется изменением этого сопротивления вследствие различий в температурном коэф­ фициенте линейного расширения тензорезистора и объекта из­ мерения (так называемые самокомпенсированные тензорезисторы). Однако наиболее эффективный и чаще употребляемый вид компенсации заключается в размещении минимум двух идентичных тензорезисторов в полумостовой схеме. При этом оба тензорезистора размещают как можно ближе друг к другу с тем, чтобы они находились в одинаковых температурных условиях и

в одинаковых условиях теплового расширения объекта изме­ рения.

Для расчета результирующего изменения сопротивления ис­ ходят из сопротивления наклеенного ППТ. Начальное напряже­

ние, возникающее в результате приклеивания, учитывается вве­ дением продольной деформации ео. Это начальное напряжение играет значительную роль прежде всего при наклеивании клеями горячего отверждения. При наклеивании на сталь возникает начальное напряжение сжатия, в результате которого у р-крем- ния уменьшается сопротивление. После наклеивания и отвер­ ждения имеем

Согласно (4.33) и (4.34), можно полагать, что изменение сопро­ тивления полупроводникового тензорезистора в наклеенном со­ стоянии образуется из температурного изменения сопротивления неприклеенного тензорезистора (уь), из изменений, обусловлен­ ных температурной зависимостью коэффициента К, что прояв­ ляется в продольной деформации ео, и из температурного изме­ нения продольной деформации ео. Что касается изменения про­ дольной деформации, то следует учитывать только ту ее часть,

ного понимания уравнения (4.33) следует еще особо подчерк­ нуть зависимость R0 = До(0, К, еМех); при этом К и еМех также зависят от температуры. Индекс у еМех указывает на то, что не­ зависимыми параметрами считаются только такие продольные деформации, которые возникают под воздействием механиче­ ского напряжения; следовательно, при одинаковом тепловом расширении объекта измерения и тензорезистора емех будет равно нулю.

Положив

имеем:

60 4. Мост Уитстона

aR— разность коэффициентов линейного теплового расширения объекта измерения и ППТ;

0отнесенное к начальному сопротивлению в наклеенном состоянии.

Изменению сопротивления одного тензорезистора dR0/dQ соответствует дрейф нуля бUmo, отнесенный к номинальному выходному напряжению HmJV (номинальное выходное напряже­ ние соответствует деформации, которая возникает при номи­ нальной нагрузке первичного преобразователя на основе полу­ проводникового тензорезистора):

висимого сопротивления моста получим следующий дрейф нуля:

шению к выходному диапазону. Этот дрейф вызывает недопу­ стимо большую погрешность измерения. Если установить на объекте измерения в непосредственной близости один от другого

два максимально идентичных ППТ, дрейф нуля значительно уменьшится:

где Ауь — разность температурных коэффициентов тензорезисторов 1 и 2; AKi — разность коэффициентов /С; ARi2— изменение разности сопротивлений обоих ППТ в результате наклейки. Зна­ чения ая были выбраны одинаковыми для обоих ППТ; также одинаковыми были выбраны и значения щ.

Для ППТ-полумоста с одним активным плечом в численном выражении получается следующее соотношение:

—— = 20 [± 0,5 • 10-5 ± 0,5 • 10-5 ± 2 • 10-5] град-1,

или

Эта погрешность уменьшается еще наполовину, если имеются два одинаковых активных тензорезистора. При этом предпола­ гается, что

AYi = 0,5. 10- 5 град-1; АТС = 1; - ^ = 1 0 -2.

АО

Следовательно, благодаря второму компенсационному ППТ до­ стигается уменьшение дрейфа нуля на два порядка. Дрейф ме­ нее 0,2% на 10 град у чистого полумоста считается небольшим. Это одна из причин, по которым при статических измерениях практически работают только с полными или полумостами, а также с компенсационным ППТ, установленным в тех же усло­ виях, что и активный тензорезистор. Правда, компенсация на два порядка повышает требования к идентичности тензорезисторов.

приведенное в примере, предполагает идентичность на уровне ±0,5% !) Изменение разности сопротивлений в результате на­ клеивания не должно превышать 1%. Идентичность парамет­ ров yL и коэффициентов К на уровне ±0,5% должна быть обес­ печена при изготовлении.

Для полноты изложения можно еще привести температурные коэффициенты ППТ, изготовляемых заводом «Mefielektronik» в