Компенсация температурной погрешности

В принципе следует различать температурный коэффициент смещения нуля и температурный коэф­фициент чувствительности и каждую отдельную по­грешность компенсировать индивидуально.

Температурный коэффициент смещения нуля (при­мерно —2∙10^-4 К^-1) представляет собой температур­ную погрешность сигнала в нулевой точке шкалы. Он примерно в 10 раз меньше температурного коэффи­циента чувствительности (около —2∙10^-3 К^-1). Про­стейший способ температурной компенсации состоит в так называемой пассивной компенсации с помощью резисторов и датчиков температуры, как показано на рис. 3, а и б. Правильным подбором шунтирую­щих резисторов (R/Ro), а также датчика темпера­туры (например, типа KTY 10) можно оказывать влияние как на смещение нуля, так и на изменение чувствительности. Однако лучше осуществлять активную компенсацию с помощью операционных усилителей (см. рис. 3, в и г), которая почти полностью устраняет температурную погрешность. На рис. 3, в показана полная схема кремниевого датчика давле­ния с активной компенсацией изменения чувствительности и смещения нуля. Два операционных усилителя ОР1 и ОР2 включены как неинвертируюшие усили­тели, причем коэффициент усиления ОР1 управляется датчиком температуры KTY 10. Поскольку с повыше­нием температуры чувствительность датчика давле­ния падает, при соответствующем подборе параметр ров KTY 10 и R коэффициент усиления ОР1 может, быть увеличен настолько, что потеря чувствительно­сти окажется скомпенсированной. С помощью усилителя ОР4 нулевую точку можно установить произ­вольно. Если схема в точке А заменена схемой по рис. 3.1.3, г, то смещение нуля регулируется независимо от компенсации чувствительности. При этом ре­зистор Rv включен как активный элемент в изме­рительном мосте, выходное напряжение которого со­гласовывается с усилителем ОР4.

a — пассивная компенсация чувствительности моста; б—установка нуля шкалы и пассивная компенсация температурного смещения нуля с помощью дополнительного резистора Ro; в — активная компенсация чувствительности моста и смещения нуля шкалы; г — дополнительная возможность активной компенсации температурного смещения нуля шкалы (к схеме а).

Рис.3. Схемы компенсации для кремниевого датчика давления

Давление - это всенаправленное равномерное воздействие, сила, приложенная к единице площади; оно измеряется, как сила на единицу площади, приложенная в данной точке.

Датчик давления состоит из кремниевого мембранного чувствительного элемента, на котором сформирована п/п мостовая резистивная структура так, что одно из плеч моста находится в зоне наибольшей деформации мембраны. Сигнал разбаланса моста, который пропорционален приложенному давлению, поступает или на внешние выводы или на схему обработки и нормализации.

Рис. 4. Эквивалентная схема и общий вид датчика.

Рис. 5. Физическое строение датчика.

Рис. 6. Экспериментальная схема

1 – кремниевый датчик давления; 2 - внутренняя активная компенсация температуры; 3 - операционный усилитель DA1 с резисторами R3, R4, R7 предназначен для смещения нуля; 4 - операционные усилители DA2 и DA3 с резисторами R5, R6, R8, R9, R10, R11, R12 предназначены для подбора температурного коэффициента чувствительности.

Работа схемы.

При из­менении давления мембрана прогибается, и под дей­ствием пьезоэлектрического эффекта происходит из­менение сопротивления резистивных элементов датчика давления. Сигнал разбаланса моста, который пропорционален приложенному давлению, поступает на схему обработки и нормализации.

Назначение элементов.

Датчик давления имеет внутреннюю активную температурную компенсацию, которая уменьшает температурную погрешность в 10 раз. Для ее реализации используется электронная схема, состоящая из транзистора VT1 и резисторов R1 и R2. Сигнал разбаланса моста поступает на схему обработки и нормализации. Поскольку максимальное выходное напряжение составляет лишь 0,1 В, для дальнейшей обработки сигнала требуется его усиление до 1 В, осуществляемое с помощь операционных усилителей DA2 и DA3. С помощью этих операционных усилителей и переменных резисторов R5 и R10 также реализуется ручная подстройка температурного коэффициента чувствительности. Смещение нуля реализуется путем изменения сопротивления переменного резистора R3. Резисторы R13 и R14 предназначены для ограничения тока с выходов операционных усилителей DA1 и DA3.