Обозначение и последовательность выбора компенсационных резисторов

Высокоточные преобразователи должны быть не только оснащены правильно подобранными тензорезисторами, но также должны пройти процедуры последовательной компенсации и настройки. Компенсационный резистор серии R представляет собой подсоединяемый настраиваемый компенсационный резистор. Он может использоваться для регулирования чувствительности (Рабочего коэффициента передачи — РКП) преобразователя, температурных изменений чувствительности, начального разбаланса нуля (начального коэффициента передачи), температурных изменений нуля и других параметров. Более того, данный тип тензорезисторов обладает рядом преимуществ, а именно: простота установки, удобная процедура настройки, термокомпенсация в соответствии с материалом упругого элемента, высокая точность реализуемой функции компенсации и т.д.

Система обозначений компенсационных резисторов

Последовательность выбора компенсационного резистора

При производстве высокоточных преобразователей для улучшения их рабочих характеристик проводятся последовательные компенсационные процедуры. Главным образом, это направлено на настройку чувствительности, коэффициента температурной чувствительности, начального разбаланса нуля, температурных уходов ноля. Далее представлено описание каждого метода компенсации и соответствующего метода выбора компенсационного резистора:

Компенсация температурной чувствительности (компенсация модуля упругости): это функция представлена в сериях компенсационных стационарных или комбинированных резисторов RNF, RBF. При изменении температуры среды преобразователя модуль упругости упругого элемента и чувствительность тензорезисторов изменятся соответственно, а полученные как следствие изменения чувствительности преобразователя могут привести к погрешностям измерения. Устранение подобных погрешностей является необходимым условием корректной работы высокоточных преобразователей. Данный метод состоит в следующем: необходимо подсоединить компенсационные резисторы последовательно в цепь возбуждения (питания), принимая во внимание, что сопротивление меняется при изменении температуры и направление изменения должно быть противоположным направлению изменения чувствительности преобразователя, — т. е. изменение напряжения питания должно быть направлено таким образом, чтобы противодействовать уходам чувствительности, вызванным температурными изменениями. Таким способом и достигается основная цель — термокомпенсация. Величина компенсационного сопротивления может быть вычислена по формуле:

Rm ≈ [(S1-S2) • Rin] / {[1 + αc (T1-T2)]  * S1-S2} , где

Rm — сопротивление компенсационного резистора, S1, S2 — чувствительность преобразователя, соответственно, при значениях температур T1, и T2 (крайние точки диапазона термокомпенсации), Rin-входное сопротивление моста при значении температуры — T1; αc — температурный коэффициент сопротивления компенсационного резистора (значение коэффициента для тензорезистора серии RNF составляет 5.5 x 10-3/0C, для тензорезистора серии RBF — 4.3 x 10-3/0C).

Чувствительность S=Eo / V (Eo -выходное напряжение моста, V — напряжение возбуждения питания). В основном для стальных преобразователей может быть выбран 20 Ω-ный компенсационный резистор серии RNF, для алюминиевых преобразователей — серии RNF 32. Полученное в ходе расчетов значение компенсационного сопротивления должно быть подтверждено опытным путем и, при необходимости, скорректировано в соответствии с точностью преобразователя.

Компенсация чувствительности: для этих целей применимы компенсационные резисторы серии RCF или просто тонкие провода с малым коэффициентом температурного сопротивления. На разброс чувствительности преобразователя влияют такие факторы, как различия в материале упругого элемента, разброс чувствительности тензорезисторов (≤1%), неточность разположения тензорезисторов на упругом элементе. При разработке преобразователей намеренно закладывается чувствительность немного выше стандартной величины, затем во время настройки устанавливается стандартная величина согласно результату испытаний. Данный метод состоит в следующем: компенсационный резистор с малым коэффициентом температурного сопротивления подсоединяется в цепь возбуждения (питания) для понижения реального напряжения питания преобразователей и, как следствие, уменьшения чувствительности преобразователя. Величина компенсационного сопротивления может быть вычислена по формуле:

Rc≈ (S1-S2)/ S1 * R, где

Rc -величина сопротивления компенсационного резистора, S1, S2 — реальная чувствительность до нормирования и стандартная чувствительностью после нормирования, соответственно, R -входное сопротивление моста.

Компенсация разбаланса нуля: Обычно используется компенсационный резистор серии RCF или применяется покрытый лаком провод с низким коэффициентом температурного сопротивления в одном из участков моста. Основная задача компенсации в данном случае состоит в том, чтобы значение выходного сигнала тензорезисторного моста ненагруженного преобразователя стало близким нулю для уменьшения погрешности измерения и облегчения процедуры настройки нуля на индикаторе. Обычно для этих целей применяются компенсационные резисторы, регулируемые методом шлифовки или подрезки, а также резисторы, регулируемые методом замыкания, которые позволяют обеспечить точную и простую настройку нуля моста. Величина сопротивления компенсационного резистора, регулируемого методом шлифовки, может быть настроена путем шлифовки его решетки абразивом. Величина сопротивления резистора, регулируемого методом подрезки, может настраиваться методом размыкания петель решетки. Величина сопротивления резистора, регулируемого методом замыкания, настраивается шунтированием петель решетки. Например, предположим (см. Резистор Ra на рис. 5), что тензорезисторы R1, R3 испытывают деформацию сжатия (отрицательная деформация), R2, R4 испытывают деформацию растяжения (положительная деформация). Если нулевой сигнал положителен, сопротивление элемента a-b должно увеличиться (величина сопротивления возрастает при шлифовке). Во время настройки (шлифовки) постоянно контролируем нулевой сигнал на выходе моста и продолжаем настройку, пока не будет получо значение выходного сигнала равное нулю. Если нулевой сигнал отрицательный, тогда мы должны увеличить величину сопротивления элемента a-c, и так же, как было показано выше, продолжать настройку, пока выходной сигнал моста не достигнет нулевого значения. Для регулировки начального разбаланса нуля мы рекомендуем к применению фрикционный резистор модели RCF5-AZ04. На схеме Рис. 5 данный компенсационный резистор обозначен как Rа.

Термокомпенсация нуля: Обычно для уменьшения влияния температурного эффекта на нулевой сигнал выполняется подключение к одному из плеч моста компенсационного резистора серии RNF или медного либо никелевого провода в лаковой изоляции с большим значением температурного коэффициента сопротивления. Выходной сигнал ненагруженного преобразователя должен быть нулевым, но при изменениях температуры упругий элемент, клеящий состав и тензорезистор расширяются или сжимаются в разной степени, что приводит к изменению сопротивления тензорезистора. Кроме того температурный коэффициент сопротивления материала чувствительной решетки тензорезистора не может абсолютно точно соответствовать коэффициенту линейного расширения упругого элемента, что также вызывает изменение сопротивления тензорезистора. Все эти факторы влияют на нулевой сигнал преобразователя, даже если применены термокомпенсированные тензорезисторы и полномостовое соединение. По причине разброса температурных характеристик тензорезисторов нулевой сигнал на выходе преобразователя может изменяться в большей или меньшей степени. Все эти факты и обусловливают необходимость термокомпенсации ноля. Данный метод состоит в следующем: сначала необходимо проверить температурные характеристики преобразователей, после того, как станут известны величины сопротивления компенсационного тензорезистора и температурного ухода ноля преобразователя, необходимо отрегулировать величину сопротивления соответствующего плеча моста в соответствии с величиной температурного ухода нуля преобразователя. Величина сопротивления компенсационного резистора может быть вычислена по формуле:

RT=IR (U2-U1) l / l250αcUin (T2-T1) l

где Rt- величина сопротивления компенсационного резистора; R — сопротивление моста; Uin — напряжение питания; αc — температурный коэффициент сопротивления компенсационного резистора; U2, U1 — нулевой сигнал, соответственно, при значениях температур T2, T1. Для термокомпенсации ноля часто используется медный провод в лаковой изоляции и компенсационные резисторы, регулируемые методом шлифовки или подрезки, а также резисторы, регулируемые методом замыкания.

По своему принципу термокомпенсация нуля сходна с компенсацией начального разбаланса нуля, но должна производиться в имитационном температурном поле (термокамере). Например (см. Резистор Rt на рис. 6), предположим, что датчики R1, R3 получают испытывают деформацию сжатия (отрицательная деформация), R2, R4 испытывают деформацию растяжения (положительная деформация). Если нулевой сигнал на выходе преобразователя с ростом температуры возрастает, то необходимо увеличить сопротивление в f-g элементе (например, методом шлифовки). Необходимо постоянно контролировать нулевой сигнал на выходе преобразователя и регулировать его до момента, пока он не совпадает с начальной величиной. Если нулевой сигнал на выходе преобразователя с ростом температуры уменьшается, то необходимо увеличить сопротивление в f-e элементе. Необходимо постоянно контролировать нулевой сигнал на выходе преобразователя и регулировать его до момента, пока он не совпадает с начальной величиной. Для термокомпенсации нулевого сигнала рекомендуется применение компенсационного резистора, регулируемого методом шлифовки, типа RNF1-AT02, как продемонстрировано на рис.10. . На рис. 6 Rt обозначает компенсационный резистор для регулировки температурного ноля.

Общий вид компенсационной мостовой схемы тензорезисторного измерительного преобразователя

R1  ~ R4 ————-  Тензорезисторы

Rt         ————- Термочувствительные компенсационные резисторы для регулировки температурного ноля

Ra         ————-  Компенсационные резисторы для регулировки начального разбаланса ноля

Rm        ————- Термочувствительные компенсационные резисторы для регулировки температурной чувствительности (или резисторы для компенсации модуля упругости)

RС        ————- Компенсационные резисторы для регулировки чувствительности

V          ————-   Напряжение возбуждения

Eo         ————-   Выход моста (или выходной сигнал)

Технические характеристики компенсационных резисторов

Оформить заказ