Цифровые вторичные преобразователи для ёмкостных датчиков давления

• Автор: Горбунов, Сергей Фёдорович
• Шифр специальности: 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Пенза
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 Анализ способов коррекции погрешностей ёмкостных датчиков

1.1 Измерительные цепи ёмкостных датчиков

1.2 Систематизация способов коррекции погрешностей

1.3 Сравнительный анализ аналоговых и цифровых способов коррек- 28 ции погрешностей датчиков

1.4 Основные результаты и выводы по главе 1

2 Анализ экспериментальных градуировочных характеристик ём- 32 костных датчиков давления
2.1 Анализ влияния нелинейности характеристики чувствительного 32 элемента датчика на погрешность измерения давления.
2.2 Дополнительные аддитивная и мультипликативная погрешности 42 измерения давления при изменении температуры окружающей среды.
2.3 Анализ влияния изменения температуры окружающей среды на 49 линейность характеристики чувствительного элемента датчика.

2.4 Основные результаты и выводы по главе

3 Разработка способов цифровой коррекции погрешностей ёмко- 57 стных датчиков давления
3.1 Способ коррекции нелинейности функции преобразования датчика
3.2 Способ коррекции дополнительной температурной аддитивной и 73 мультипликативной погрешностей датчика
3.3 Методика расчёта поправочных коэффициентов для цифровой кор- 80 рекщш погрешностей ёмкостного датчика
3.4 Основные результаты и выводы по главе 3

4 Практическая реализация и внедрение цифровых вторичных
преобразователей для ёмкостных датчиков давления
4.1 Макетные образцы ёмкостного датчика давления
4.2 Опытные образцы ёмкостного датчика давления
4.3 Опытные образцы унифицированного модуля для преобразования 97 сигналов ёмкостных датчиков
4.4 Экспериментальные образцы высокотемпературного ёмкостного 99 датчика давления
4.5 Основные результаты и выводы по главе 4
Основные результаты и выводы по работе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перечень принятых сокращений
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Программы, методики и протоколы испытаний
цифровых ёмкостных датчиков давления.
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Листинг подпрограммы цифровой коррекции по-
грешностей ёмкостного датчика давления на языке Си для микроконтроллеров типа С8051Е0хх (ф. БШсоп ЬаЬз, США) семейства МСБ-51.
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акты внедрения результатов работы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Актуальной задачей при отработке новых типов изделий ракетно-космической и военной техники, создании систем автоматики и контроля технологических процессов в металлургии, химической промышленности и других областях народного хозяйства является измерение давления [23].
Необходимость поддержания высокой надежности и безаварийности сложных высокотехнологичных объектов жизнедеятельности человека вынуждает разработчиков увеличивать число контролируемых параметров и, как следствие, применять большое количество разнообразных датчиков физических величин. Роль датчиков является определяющей в любой измерительной системе, от их характеристик все в большей мере зависят работоспособность, надежность и боевая эффективность различных видов оружия и современной техники [39].
Особое место в общей номенклатуре первичных преобразователей датчиков давления занимают ёмкостные чувствительные элементы [25].
Одной из важнейших проблем датчиковой аппаратуры является её временная стабильность. Со временем, в результате неизбежных процессов старения материалов, датчики изменяют свои характеристики, в частности, искажается градуировочная характеристика датчика и появляется дополнительная погрешность, обусловленная нестабильностью чувствительного элемента (ЧЭ).
Подобные процессы старения характерны для тонкоплёночных тензо-резистивных датчиков и в особенности полупроводниковых. Практически лишены этих недостатков ёмкостные датчики. Вторым достоинством датчиков с ёмкостными ЧЭ является малое потребление энергии. Для небольших и мелкосерийных партий датчиков именно датчики, изготовленные по плёноч-

1 Х„„(Р,) = кР,+Ь
где Рс = 0 МПа - атмосферное давление;
Рв = 49,03 МПа - номинально измеряемое давление.
Из (2.1) имеем: Ь=500 (ед.),
, ^{Рв)-Ь 3500-500 ^,00, Л;ГГГ,
к = —р—^—-— = —— = 61,183 (ед/МПа).
Таблица 2.
Номер датчика
№090034 №090040 №090
і, № п/п Р, МПа АСМ пФ
2,47 4,91 7,
Nнорм > ед.
0 0,00 500 500
1 4,90 695 673
2 9,81 905 863
3 14,71 1134 1072
4 19,61 1386 1304 1
5 24,52 1662 1563 1
6 29,42 1964 1855 1
7 34,32 2297 2183 1
8 39,23 2659 2560 2
9 44,13 3058 2994 2
10 49,03 3500 3500 3