[其他]應變式傳感器模擬蠕變補償的方法和電路

無效

• 申請號: 87102198
• 申請日: 1987-03-20
• 公開（公告）號: CN87102198A
• 公開（公告）日: 1988-08-17
• 發明（設計）人: 梅濤;何茂彬;儲智
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥智能機械研究所
• 主分類號: G01D3/02
• 分類號: G01D3/02
• 代理公司: 中國科學院合肥專利事務所
• 代理人: 李貫

本發明涉及一種應變式傳感器的蠕變補償方法及電路，特別是應變式傳感器用模擬電路進行蠕變補償。

應變式傳感器有金屬絲式、箔式、體型半導體應變片式（簡稱半導體式）、半導體薄膜式以及擴散硅式，它們均采用四個相同的應變元件組成電阻全橋并固定在負荷彈性體上，該彈性體受到外界壓力而產生應變，同時在全橋上輸出相應的電壓值，它廣泛用于測量壓力、拉力重量和加速度等方面，在實際應用中，隨著對應變式傳感器的精度要求不斷提高，并要求能長期穩定的工作。由于蠕變現象的存在影響了測量精度，蠕變的定義是指在恒定溫度，額定負荷的作用下傳感器的輸出值隨時間的變化，從定義可知蠕變是由傳感器的內在因素影響與外界條件無關，應變式傳感器造成蠕變的內在因素比較復雜，是由于負荷彈性體、傳感元件以及其結合部物質在受到額定負荷時其內部結構發生的多種變化，目前還不能在事先精確得知，而且隨機散差較大，所以要求應變補償靈活方便，可以調節。

為了改善應變式傳感器的蠕變性能，西德HB????M公司研制一種專用的蠕變可調金屬箔式應變片（參閱《應變式傳感器蠕變性能的研究》中國儀器儀表學會，1984年出版的《傳感器論文集》第三冊第194頁）其方法是通過箔式應變片上制作全橋對稱四組可調的短路環對彈性的不同蠕變量進行相應的調整，以箔式應變片的負蠕變補償彈性體上的正蠕變，這是一種僅限于使用在箔式應變片傳感器的元件補償方法，其調節范圍有限且不可逆。文中并給出了蠕變現象隨時間的變化曲線。

本發明的任務是解決對各種應變式傳感器都能進行蠕變補償，可調范圍大，調節可逆方便的技術方案。

應變式傳感器的蠕變曲線，開始時變化較大，隨時間的延長逐漸變緩其曲線形狀類似于指數曲線，蠕變為負時可用下式近似：

V_o＝V_o-KV_o（1-e^-at）……（1）

（1）式中V_o為蠕變后的傳感器輸出電壓;

Vo為時間t＝0時傳感器的輸出電壓;

KV_o（1-e^-at）為蠕變隨時間的變化項，

K為蠕變量是在恒定溫度額定負荷的條件下時間延長到30分鐘以上輸出電壓趨于穩定時的值對于t＝o時值的變化量相對于滿量程的百分數

蠕變補償的技術方案是優選一種積分運算放大器電路，能與蠕變指數曲線反向匹配，以達到調整和控制，本方案采用積分式放大器，在普通運算放大器的反饋電阻上并聯一RC串聯積分電路，其輸入輸出關系式為：

V o u t = V i R fR i ［1/ (1+R fR e -tR c］……(2)]]>

式（2）中Vout為運算放大器的輸出電壓

Vi為運算放大器的輸入電壓

Rf為反饋電阻，Ri為輸入電阻

R、C為積分電阻和電容

將式（1）的蠕變輸出電壓作為式（2）電路的輸入電壓即Vc＝Vi，將式（2）中的Rf/R等于式（1）中的蠕變量k， 1/(Rc) ＝a代入并化簡，可得一近似公式為：

Vout≈ (Rf)/(Ri) Vo（1-K）……（3）

則（3）式為一個與時間無關的輸出量，蠕變得到補償。

當蠕變為正時，可采用Rc積分電路并聯于運算放大器的輸入電阻Ri上，使得Ri/R等于蠕變量K，其它參數代換相同，用類似于上式的推導同樣得到一個與時間無關的表達式為：Vut≈ (Rf)/(Ri) Vo（1+k），使蠕變量得到補償。

使用本發明的技術方案調節使用方便，調節積分電阻R即可，并且調節可逆，對于各種類型的應變式傳感器均能適用，蠕變量的控制可以降底到50%～90%。現給出了在體型半導體應變式傳感器上的蠕變補償電路的實施例并結合附圖詳細說明。

圖1為應變式傳感器的蠕變補償電路原理