Исследование и разработка прецизионных математических моделей преобразования и алгоритмов вычислений значений давления

• Автор: Удод, Евгений Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 225 с. : ил.

1 ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СТРУКТУРЫ ПРОЦЕССОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ.

1.1 Функциональная структура процесса преобразования давления в

тензорезистивных аналоговых датчиках.

1.2. Особенности функциональной структуры процессов преобразования и

измерения давления в интеллектуальном датчике давления.

1.3 Анализ возможности снижения погрешности вычислений значений

давления при микропроцессорной обработке сигналов

Выводы.

2 ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ВЫЧИСЛЕНИЙ ЗНАЧЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ

2.1 Анализ возможности вычислений значений давления без компенсации температурной погрешности
2.2 Разработка моделей вычислений значений давления с компенсацией воздействия температуры
2.3 Оценка влияния разбиения по давлению при построении моделей пространственной функции преобразования на результаты компенсации температурной погрешности
2.4 Оценка зависимости температурной погрешности вычислений значений давления от размеров областей разбиения пространственной функции преобразования по температуре при построении аппроксимирующих моделей .
2.5 Оценка влияния погрешности исходных данных на точность вычислений значений давления с использованием разработанных моделей с компенсацией
температурной погрешности
Выводы.
3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ АЛГОРИТМОВ, ПОСТРОЕННЫХ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ ВЫЧИСЛЕНИЙ
ЗНАЧЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТИ.
3.1 Разработка микропроцессорного алгоритма вычислений значений давления с компенсацией температурной погрешности на основе модели, построенной при использовании линейных пространственных элементов
3.2 Разработка микропроцессорного алгоритма вычислений значений давления с компенсацией температурной погрешности на основе модели, построенной при применении параболических пространственных элементов
3.3 Оценка влияния ограничений современных микроконтроллеров на погрешность определения давления на основе моделей вычислений значений
давления с компенсацией влияния температуры.
4 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОМ МИКРОПРОЦЕССОРНОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ.
4.1 Особенности построения структуры лабораторного исследовательского стенда
4.2 Разработка программы для вычислений значений и масштабирования коэффициентов аппроксимации
4.4 Компенсация фазовой задержки на время съма и обработки информации для своевременного обнаружения предаварийных ситуаций
4.5 Проверка работоспособности модели вычислений значений давления на основе применения параболических пространственных элементов в
интеллектуальном микропроцессорном преобразователе.
Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Так же желательно, чтобы собственная погрешность модуля 8емодуля была значительно меньше погрешности чувствительного элемента 5еЧэ Согласно со схемой, приведнной на рис. Приведм в табл. Таблица 1. Серия датчиков давления. ТЖИУ 6. ДАВ 8 0,6 . Примечание различные значения погрешностей в одной ячейке принадлежат разным моделям датчиков, входящих в одну серию. Существенным недостатком тензометрического моста является, снижение чувствительности измерительного преобразователя при повышении температуры, вызванное в основном уменьшением сопротивлений полупроводниковых резисторов, образующих тензомост. Изменение температуры от минимального до максимального значения рабочего диапазона датчика давления может привести к изменению выходного напряжения ЧЭ на . Различают квазистатическое и динамическое воздействие температуры. Динамическое воздействие чаще всего оказывается со стороны измеряемой среды. В результате этих воздействий возникает температурная погрешность, состоящая из аддитивной и мультипликативной составляющей. Аддитивная составляющая температурный дрейф начального сигнала, определяемая разностью температурных коэффициентов сопротивления тензорезисторов в смежных плечах моста, в тензопреобразователе на основе кремния на сапфире в основном связана с температурными напряжениями сапфировой подложки, возникающими изза разности коэффициентов температурного расширения сапфира и титана. Эта составляющая по абсолютной величине не зависит от выходного сигнала тензопреобразователя, так что се вклад тем больше, чем меньше чувствительность тензопреобразователя к измеряемому давлению . Мультипликативная составляющая температурный дрейф чувствительности связана с температурной зависимостью коэффициента тензочувствительности тензопреобразователя и упругих параметров титана и сапфира ее относительная величина не зависит от выходного сигнала тензопреобразователя . Аддитивная составляющая температурной погрешности превосходит мультипликативную составляющую более чем в два раза . Следующим после ЧЭ идт модуль ПАП. При построении данного модуля, а также самого ЧЭ возможно применение методов компенсации температурной зависимости характеристики тензометрического моста. В аналоговом датчике давления можно выделить три основных группы методов уменьшения температурной погрешности, применяемых при построении электронного блока или тензорезистивного чувствительного элемента конструктивную, схемную и конструктивносхемную ,. Снижение влияния термоудара на выходной сигнал датчика достигается путем определенного размещения тензорезисторов на мембране ,. К схемным методам можно отнести метод, основанный на применении управляемого регулятора сигнала, на который поступает управляющий сигнал, полученный сравнением показателей тензорезисторов, которые испытывают продольную деформацию с показателями тензорезисторов, испытывающие поперечную деформацию и находящихся в различных температурных условиях изза наличия градиента температур ,,, . Конструктивносхемные методы основаны на применении возможностей конструктивных и схемных методов. Метод по принципу дополнительности. Конструктивная составляющая данного метода состоит из изготовления в корпусе датчика двух продольных полусферических пазов, выполненных с торцевой стороны, образованы каналы для охлаждающей жидкости, и мембрана охлаждается со стороны ее основания, вместе с тем используется и эффект определнного расположения тензорезисторов. Вместе с тем тензорезисторы, образующие мостовую измерительную цепь, расположены на мембране определенным образом. Схемотехническая составляющая данного метода состоит из аналогового делителя напряжения, на который поступает усиленное значение с тензомоста и сигнал пропорциональный изменению чувствительности моста, полученный с точки соединения мостовой измерительной цепи с постоянным резистором, подключнным к стабилизатору напряжения. Метод по принципу единого целого. С целью уменьшения температурной погрешности на мембране сформированы терморезистивный мост и тензорезистивный мост, имеющие одинаковую топологию и размещенные друг над другом.