Описание схемы МТ11-4Ч (Раздаточный материал к курсовому проекту), страница 3

таблицы алгоритма 1) максимальная нелинейность характеристики. На рис.7 представлен график, иллюстрирующий результаты настройки одного из термокорректоров.0,4Нелинейность Ud1(t), %0,30,20,10-50,0-0,1-0,2-0,3-0,40,050,0100,0150,0Откл.%шк.ГрадиентЛин.градиентdVt1/dtЛин.dVt1/dt-0,5Рис. 7.Сокращения и пояснения по рис. 7:Откл.%шк. - отклонение от линейности характеристики мультипликативной коррекции в процентах шкалы датчика. Видно, что закономерности по температуре нет и причина - погрешности эксперимента по терморезистору.Градиент - относительный температурный градиент характеристики мультипликативной коррекции в процентах на градус Цельсия. Видно, что градиент составляет около0,2% на градус (20% на сто градусов) и не зависит от температуры.

Причина разброса погрешности эксперимента по терморезистору.Лин.градиент - результат линейной аппроксимации относительного градиента характеристики мультипликативной коррекции в процентах на градус Цельсия.DVt1/dt - относительный температурный градиент напряжения на активном плечетермомоста (в %/гр.Ц).Лин.DVt1/dt - результат линейной аппроксимации относительного температурногоградиента напряжения на активном плече термомоста (в %/гр.Ц).113. Источники питания тензомостаСущественным признаком схемы является наличие двух источников питания тензомоста, по одному на каждое из его плеч (рис. 8).Рис. 8. Управляемые источники питания тензомоста.Управляемые источники питания плеча тензомоста выполнены на операционных усилителях DA1.2 и DA1.3.

К измерительному выводу каждого плеча тензомоста подключен инверсный вход операционного усилителя управляемого источника питания плеча (DA1.2 для плеча1 и DA1.3 для плеча 2). Выход этого усилителя подключен к точке входа питания Vpi плечатензомоста, а на прямой вход подается опорное напряжение Vdi с термокорректора ТК. Управляемый источник питания плеч тензомоста на операционном усилителе со сходным образомподключенным прямым и инверсным входом используется и в прототипе (патент России N2086940 от 10.08.1997, приоритет изобретения 10.08.1995), однако он один и питает весь мост,а не отдельное плечо моста.

Здесь их два, по одному на каждое плечо тензомоста, именно поэтому необходим тензомост с раздельными входами питания плеч.При таком включении управляемые источники питания плеча тензомоста DA1.2 и DA1.3совмещают функции источника питания и усилителя сигнала измерительного выхода плеча.Напряжение на его выходе в соответствии с обозначениями на рис. 3 будет равно:pr1 + pr 3 + R102 pr0 + R102 + ρ10Vo1 = Vd 1= Vd 1= Vd 1,pr1pr0 + ∆pr1+ δ rpr 2 + pr 42 pr02Vo 2 = Vd 2= Vd 2= Vd 2,pr 2pr0 − ∆pr1−δ rздесь: pro – номинальное значение тензорезистора тензомоста; ∆pr – изменение сопротивления тензорезистора при приложении перепада давлений к мембране; ρ1 - относительноезначение балансировочного резистора R10, ρ10=R10/pro;δ r = ∆pr pr ≅ β 0 (1 − γτ ) P + ε ⋅ γτ - относительное приращение сопротивления тензоре0зистора, зависящее от температуры, βо – чувствительность тензорезистора, реально составляющая около 1…2% на полную шкалу давлений Р, γ - коэффициент потери чувствительности, составляющий около 20% на 100 градусов приращения температуры, ε -- температурныйкоэффициент асимметрии резисторов тензомоста (подробнее см.

1.2.).Резистор R11 введен в схему для исправления ошибок балансировки. Номинально онзашунтирован перемычкой, которая вскрывается, если значение R10 при лазерной пригонкестало чрезмерно большим.124. Усилитель сигнала датчикаВыходы управляемых источников питания плеча пьезомоста DA1.2 и DA1.3, кроме входов питания плеч пьезомоста, подключены также ко входам дифференциального усилителясигнала датчика, построенного по известной схеме на операционном усилителе DA1.4 с резисторами R12 и R13 на входах и резистором R14 в обратной связи (рис. 9).Рис.

9. Усилитель сигнала датчика.Резистор R15 ограничивает выходной ток усилителя при коротких замыканиях на выходе до 50 мА, что допустимо для выбранных усилителей. Резистор R16 подтягивает выходнойсигнал к питанию. Конденсатор С2 служит фильтром для выходного сигнала и не позволяетэлектромагнитным наводкам на выходную линию воздействовать на схему.Резистор R13 в этом случае компенсирует влияние входных токов операционного усилителя и при использовании усилителя с малыми входными токами также может отсутствовать (иметь бесконечно малое сопротивление).Усилитель усиливает разность сигналов Vo1 и Vo 2 и формирует выходной сигнал V p :V p = Vo 2 +R14(Vo 2 − Vo1 )R12ρ10R14[(1 + α 2τ )(1 + δ r ) − (1 + α1τ )(1 − δ r )(1 +)].R122Производя дальнейшие преобразования и отбрасывая члены высшего порядка малости,получим:R14ρ10V p = 2V0 (1 + α 2τ )(1 + δ r ) + 2V0{α 2τ + (1 + α 2τ )δ r − α1τ + (1 + α1τ )δ r + (1 + α1τ )}=R122(α + α 2 )ρ10R14τ ]δ r − (α1 − α 2 ) ⋅ τ − (1 + α1τ )= 2V0 (1 + α 2τ )(1 + δ r ) + 2V0{2[1 + 1}=R1222ρ 10R14= 2V0 (1 + α 2τ ) + 2V0 (1 + α 2τ )δ r + 2V0}.{2 ⋅ [1 + ατ ] ⋅ δ r − δ α ⋅ τ − (1 + α1τ )2R12Подставив вместо δr выражение, полученное в разделе 1.3 и упростив, найдем:VP = 2V0 (1 + α 2τ ) + 2V0 (1 + α 2τ ){β 0 (1 − γτ ) P} +R14ρ10 ..………………….(1)+2V0{2 ⋅ β 0 P(1 + ατ ) ⋅ (1 − γτ ) + 2ε ⋅ γ ⋅ τ − δ ατ − (1 + α1τ )}R122≅ 2V0 (1 + α 2 ⋅ τ ) ⋅ (1 + δ r ) + 2V013Формула (1) описывает выходной сигнал схемы и состоит трех слагаемых.

Первое слагаемое 2V0 (1 + α 2τ ) описывает независимую от давления часть сигнала. Этот сигнал зависит оттемпературы и возрастает на примерно 20% на каждые 100 градусов. Значение этого сигналапри комнатной температуре составляет 2.8 В. Но аддитивной погрешности этот сигнал не вносит, поскольку этот рост будет компенсирован другими слагаемыми выхода.Второе слагаемое формулы (1) 2V0 (1 + α 2τ ){β 0 (1 − γτ ) P} описывает рост сигнала на выходе второго источника питания тензомоста. Этот сигнал может составлять при атмосферномдавлении до 2.8*0.02=56мВ и не зависит от давления при выборе α 2 ≅ γ = 2 ⋅ 10−3 °C −1 .Третье слагаемое формулы (1)R14ρ102V0{2 ⋅ β 0 P(1 + ατ ) ⋅ (1 − γτ ) + 2ε ⋅ γτ − δ ατ − (1 + α1τ )} описывает усиливаемую частьR122сигнала. Коэффициент усиления пропорционален отношению резисторов R14 и R12.

Как указывалось раньше, если полусумма температурных градиентов термокорректора окажется равной γ, то мультипликативная погрешность тензомоста будет компенсирована, поскольку произведение (1 + ατ ) ⋅ (1 − γτ ) будет близко к нулю.Аддитивная температурная погрешность выхода (не зависящая от величины давления)равна:R14ρ10(2ε ⋅ γτ − δ ατ − (1 + α1τ )).∆add = 2V0ατ + 2V0R122Исследуем, при каких условиях эта погрешность обратится в нуль.

Условие обнуления:R14R14ρ10 R142V0α + 2V0εγ = δ α 2V0;+ 2V0α1⋅R12R122 R12R14R14ρ10 R14α+εγ = δ α.+ α1⋅2 R12R12R12Здесь настройка осуществляется соответствующим выбором значения разности градиентов выходов термокорректора:R12ρ10.δ α = α1 − α 2 =α 2 + εγ − α1R142Оценочное значение δα составляет около 2·10-5. Иногда для оценки берется отношениене к опорному напряжению тензомоста, а к шкале его выхода. В этом случае будем иметь величину, в двадцать - тридцать раз большую δα"=5·10-3.Оценки настройки аддитивной погрешности достаточно приблизительны, поскольку неучтен еще ряд факторов.

Исходя из опыта в данной схеме принята δα"=2·10-3.Мультипликативная и аддитивная составляющие погрешности сигнала чувствительногоэлемента компенсируются соответственно подбором значения полусуммы градиентов опорных напряжений термокорректора α и подбором значения полуразности δα .Благодаря симметрии входной части схемы обеспечивается взаимная компенсациясмещения и температурного дрейфа усилителей DA1.2 и DA1.3. Кроме того, симметричноевключение плеч пьезомоста, как по цепям питания, так и по измерительным цепям, минимизирует квадратичные погрешности при обработке сигналов тензорезисторов.5.

Прочие элементы схемы и функции схемы.5.1. Обеспечение электромагнитной совместимости.Для обеспечения электромагнитной совместимости и защиты от импульсных помех отсистемы зажигания автомобиля введен конденсатор емкостью 1мкФ, шунтирующий цепь питания (см. МТ11-4Ч.00.000Э3). Кроме того, для тех же целей введен специальный, адаптированный к автомобильной электронике варистор CT/CN 1206 AUTO на 23.5 вольта. Для предотвращения попадания помех по выходным цепям введен конденсатор емкостью 0.047 мкФ.145.2. Защита от повышения напряжения и питания обратной полярностью.Используемый в схеме операционный усилитель адаптирован к применению в автомобильной электронике и выдерживает требуемое напряжение в 16В.

Для защиты от питания напряжением обратной полярностью в течении 2…3 минут в схеме применен самовосстанавливающийся предохранитель MF-MSMD 014 0.14A, разрывающий цепь питания при токе более140 мА. Именно такие и большие токи возникают в схеме операционного усилителя при питании его напряжением обратной полярности.6. Порядок настройки схемы.Главной особенностью схемы является независимость всех регулировок. Отдельно и независимо настраивается термокорректор на компенсацию мультипликативной и аддитивнойсоставляющей погрешности, причем настраивать его можно будет при комнатной температуре.

Отдельно настраивается смещение сигнала (балансировка), отдельно усиление без смещения точки балансировки. Достигается это благодаря наличию двух сбалансированных мостов,тензо и термомосты. Для настройки необходимы:1. Установка лазерной пригонки тонкоопленочных резисторов.2. Система задания давления от 100 Па до 100 кПа с точностью измерения давления нехуже 0.25% шкалы и стабилизации в течение минуты в установленных пределах.3. Система питания датчика +5В, 10мА.4. Система измерения минимум с двумя цифровыми вольтметрами, для фиксации сигналов в контрольных точках и на выходе схемы.6.1. Проверка работоспособности схемы.По каждой плате должны быть рассчитаны Rs слоя, чтобы можно было рассчитыватьзначения сопротивлений.6.1.1.

Установить датчик на предметный столик установки. Присоединить шланг к штуцеру и подключить разъем датчика. Установить зонд 1 на точку Vt1, зонд 2 на точку Vd1. Условие работоспособности датчика:1,35B<Vt1<1,45B; 1,2B<Vd1<1,7B; Vp>3B.6.1.2. Проверка реакции на давление.

Снижать давление в системе до минимума, придавлении Р в диапазоне 200…700 Торр выходной сигнал должен уменьшаться вместе с давлением. В случае невыполнения пп.1.1 или 1.2 датчик забраковать, указав причину.6.2. Настройка и балансировка термокорректора.6.2.1. Настройка шунтов терморезистора в соответствии а Алгоритмом 5 раздела.

Начальные значения R8=2000, R9=8000. Корректируем их по формуле R8=Rt(30)*0.5,R9=R(t)*1.5. Поскольку резисторы в схеме шунтированы, измерять их значения придется косвенно по значениям напряжения на них. По каждой плате должны быть рассчитаны Rs паст,чтобы можно было рассчитывать значения сопротивлений по напряжениям в контрольныхточках.6.2.2.

Балансировка термомоста. Значения Vt2 и Vd1подстраиваем резистором R7 сточностью(Vt 2 − Vd 1) < ±1мВ .6.3. Балансировка пьезомоста.6.3.1. Определение давления балансировки. Установить зонд 1 на точку Vо2, зонд 2должен быть снят. Зафиксировать значения Vо2 при атмосферном (Р=1) и минимальном(Р=0,1) давлении. Значение давления балансировки рассчитывается согласно совместным решением по давлению стандартной характеристики датчика и сигнала Vо2(Р). Это можно будетлегко автоматизировать или построить номограммы.6.3.2.

Установить давление балансировки с погрешностью не более 1 Торр. Занести в яч.[Pb.факт] установленное давление, в яч. [Vp,рас.] появится расчетное значение выхода датчикаVp.156.3.3. Подрезать резистор R10, наблюдая при при этом выходное напряжение датчикаVp.набл. Добиться , чтобы (Vp.набл. - Vp.рас.)<0…-10 мВ. При ошибке подрезать резисторR11, чтобы выход Vp.набл. стал больше Vp.рас. и повторить все, начиная с п.5.3.1. Занести вТ. значение [Vр.набл.].Т.1.N датчика39PVpl.112,8870,1Pb,Kpa28,4Pb,Торр.212,9Pb,фактVp.б.рас.-0,6Vp.б.набл.6.4. Установка усиления6.4.1.