Массовый расходомер воздуха

 

б) периферийных

                                                                                             (4.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение относительного изменения сопротивления тензорезисторов.

Относительные изменения сопротивлений центрального и периферийного тензорезисторов находятся соответственно по фомулам  и  .

а) центрального

                                                                                                                (4.13)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) периферийного

                                                                                                                  (4.14)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученные значения внесем в таблицу 4.3.

Табл. 4.3

Qo , л/с	Qм, г/с	ΔP, Па	, Ом	, Ом
1	1.1839	13.08	0.63969	-0.59178	0.005815	-0.00538
2	2.3678	26.16	1.279381	-1.18356	0.011631	-0.01076
3	3.5517	39.24	1.919071	-1.77534	0.017446	-0.01614
4	4.7356	52.32	2.558762	-2.36711	0.023261	-0.02152
5	5.9195	65.4	3.198452	-2.95889	0.029077	-0.0269
6	7.1034	78.48	3.838143	-3.55067	0.034892	-0.03228
7	8.2873	91.56	4.477833	-4.14245	0.040708	-0.03766
8	9.4712	104.64	5.117524	-4.73423	0.046523	-0.04304
9	10.6551	117.72	5.757214	-5.32601	0.052338	-0.04842
10	11.839	130.8	6.396905	-5.91778	0.058154	-0.0538
11	13.0229	143.88	7.036595	-6.50956	0.063969	-0.05918
12	14.2068	156.96	7.676286	-7.10134	0.069784	-0.06456

Расчет мостовой схемы с двумя тензорезисторами

Выходное напряжение при  включении двух активных тензорезисторов по мостовой схеме имеет вид:

                                                                                        (4.15)

Нужно отметить, что в  формуле (4.15) уже учтены знаки относительных  изменений сопротивлений тензорезисторов.

Напряжение питания выбирается - , где – допустимы ток, протекающий через тензорезистор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График зависимости выходного  напряжения моста от массового расхода  показан ниже (рис 4.2).

          Рис 4.2 Зависимость выходного напряжения моста от массового расхода.

 

По полученным значениям  выходного напряжения моста и  заданным значениям выходного напряжения устройства можем найти коэффициент  усиления дифференциального усилителя.

Согласно ТЗ,   , поэтому имеем:

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

Полученные данные внесем в таблицу 4.4.

График выходного сигнала моста и заданного напряжения показан на рис4.3.

        Рис 4.3 График зависимости выходного напряжения моста и график заданного напряжения.

Номиналы резисторов R3 и R4 берем из ряда Е24, и равными 110 Ом.

Для усиления сигнала с  выходного моста будем использовать дифференциальный усилитель. Найдем его  коэффициент усиления:

                                                                                                     (4.16)

 

Перемножив значения на , получим усиленный выходной сигнал. На выходе получим однополярный сигнал, и для компенсации нелинейности умножим на =0,710803, сигнал становится двухполярным . Коэффициент усиления дифференциального усилителя численно равен 19.26.

Все полученные значения внесем в таблицу 4.4.

Qo , л/с	Qм, г/с	ΔP, Па	,В	* ,В	,В
1	1.1839	13.08	0.11839	0.118674	0.118596
2	2.3678	26.16	0.23678	0.237295	0.237141
3	3.5517	39.24	0.35517	0.355866	0.355634
4	4.7356	52.32	0.47356	0.474384	0.474075
5	5.9195	65.4	0.59195	0.592851	0.592465
6	7.1034	78.48	0.71034	0.711267	0.710803
7	8.2873	91.56	0.82873	0.829631	0.82909
8	9.4712	104.64	0.94712	0.947944	0.947326
9	10.6551	117.72	1.06551	1.066205	1.06551
10	11.839	130.8	1.1839	1.184415	1.183642
11	13.0229	143.88	1.30229	1.302573	1.301724
12	14.2068	156.96	1.42068	1.42068	1.419754

Табл. 4.4.

 

Расчет дифференциального усилителя

Дифференциальный усилитель  INA116 имеет следующий вид:

где R_G – подстроечный резистор, для выставления нужного коэффициента усиления.

Для нахождения номинала подстроечного резистора воспользуемся формулой (3.6):

                                                                                                       

 

 

 

Резистор  берем из ряда Е24, равным 2,7 кОм.

 

Итак, на основании  выполненных расчетов имеем следующие  элементы:

RT1,RT2 – тензорезисторы Ю8-А1, 110 Ом;

R3,R4 – резисторы МЛТ-0,5, 110 Ом;

R_G – резистор МЛТ-0,5, 110 Ом

INA116 – дифференциальный усилитель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет погрешностей массового расходомера

Согласно техническому заданию, возникает погрешность от температурного коэффициента тензочувствительности  - .

Разброс погрешности будем  искать для значения Qм=10,6551 г/с.  Именно в этой точке выходное напряжение равно заданному.

Для выходного сигнала схемы с учетом влияния параметра γ получаем выражение:

 

 

                                  полезный сигнал                мультиплик. погр

 

Для вычисления погрешности  воспользуемся формулой:

 

где -изменение температуры; -температурный коэффициент тензочувствительности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

График погрешностей показан  на рис 5.1

Рис 5.1 График температурной погрешности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конструктивное  исполнение устройства

Для получения заданных функциональных свойств конструкция датчика должна быть обеспечена достаточно высокой герметичностью.

   Рассмотрим обеспечение  герметичности:

– Соединение корпуса с основанием, а также штуцера с корпусом осуществляется с помощью клея.

– Заливка выводов стеклом. Спай металл – стекло изготавливают  из материалов хорошо согласующихся по значениям коэффициента температурного расширения. Надёжное соединение со стеклом выводов обеспечивается применением сплава ковар, так как коэффициент температурного расширения вывода из него согласован с коэффициентом температурного расширения стекла благодаря добавке в сплав никеля.

– Крепление мембраны производить  на клей. При этом клеющий слой должен быть достаточно пластичным. Применять клей Q3-70-98.

1. Для создания тензорезисторов применить р-диффузию.
2. После р-диффузии провести металлизацию мембраны.
3. Для изготовления межсоединений и контактных площадок применить фотолитографию.
4. Для вскрытия окон с обратной стороны пластины применить локальное травление.
5. Формирование мембраны производить анизотропным травлением.

Процесс травления представляет собой поэтапное удаление атомных  слоёв с поверхности кристалла. Особенностью анизотропного травления является то, что в разных кристаллографических направлениях скорость удаления атомных слоёв с поверхности травления, то есть скорость травления, имеет разное значение.