автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.01, диссертация на тему:Исследование и разработка способов минимизации температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков механических величин

На правах рукописи

ТИХОНЕНКОВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ МИНИМИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ МЕТАЛЛОПЛЕНОЧНЫХ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ ДАТЧИКОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Специальность 05.11.01 - Приборы и методы измерений по видам измерений (электрические измерения)

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ульяновск 2006

Работа выполнена на кафедре «Измерительно-вычислительные комплексы» Ульяновского государственного технического университета.

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор МИШИН Валерий Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

СМИРНОВ Виталий Иванович кандидат технических наук, профессор ТИХОНОВ Анатолий Иванович

Ведущая организация: Пензенский «Научно-исследовательский

институт физических измерений» НИИФИ

Защита диссертации состоится 24 мая 2006 г. в 12.00 на заседании диссертационного Совета Д 212.277.01 в Ульяновском государственном техническом университете по адресу 432027 г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32, ауд. 211.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » q/f/W.i?^ 2006 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук, профессор КАЗАКОВ М К

¿006 Л

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из наиболее мощных дестабилизирующих факторов в процессе эксплуатации датчиковой аппаратуры является температура. В зависимости от объекта измерения диапазон изменения температуры может меняться в очень широких пределах: от нескольких градусов Цельсия при лабораторных исследованиях до нескольких сотен и даже тысяч градусов на двигателях внутреннего сгорания и силовых установках ракетной техники При этом скорости изменения температуры имеют также очень широкий диапазон: от квазистатического (медленноменяющегося) до скачкообразного (термоудар). Поэтому вопрос уменьшения погрешностей от воздействия температуры при разработке датчиковой аппаратуры является наиболее актуальным.

Причины возникновения температурных погрешностей тензорезисторных датчиков в стационарных температурных условиях эксплуатации и методы их уменьшения достаточно изучены и при изготовлении удается скомпенсировать эти погрешности до приемлемых величин. Широко известны работы в данной области Новицкого П. В., Осадчего Е. П., Рузги 3., Хорны О., Клоковой Н. П., Сгибова А. П., Черняева В. Н., Майселла Р., Гленга В., Тихоненкова В. А., Тихонова А. И. и др., в которых рассматриваются различные аспекты минимизации температурных погрешностей тензорезисторных датчиков.

Однако в относительных величинах в настоящее время эти погрешности достигают до 60% и более общей дополнительной погрешности от всех воздействующих факторов в процессе эксплуатации датчиковой аппаратуры Кроме того, существующие в настоящее время способы компенсации не обеспечивают требуемой точности и, как результат, в процессе изготовления датчиковой аппаратуры по температурным характеристикам используется либо метод постепенного приближения (многократное проведение испытаний), либо селективная подборка по температурным характеристикам, что значительно усложняет технологию изготовления и удорожает продукцию. Поэтому компенсация температурных погрешностей является актуальной задачей, решение которой не только позволит расширить область применения тензорезисторных датчиков, но и значительно упростить технологию их изготовления и уменьшить их стоимость.

Еще менее изученным является вопрос минимизации температурных погрешностей при работе датчиковой аппаратуры в нестационарных тепловых режимах эксплуатации (в двигателях внутреннего сгорания, дизельных и компрессорных установках, реактивных двигателях летательных аппаратов, силовых установках ракетных двигателей и т.д.). Известно, что практически все датчики, разработанные на любом принципе преобразования, не исключая и тензорезисторный метод, обладают значительными (в некоторых случаях более 100%) температурными погрешностями при работе в нестационарных тепловых режимах. Поэтому вопрос выявления причин возникновения и разработка методов минимизации этих погрешностей является еще более актуальной задачей, чем решение этих вопросов для стационарного температурного режима эксплуатации датчиковой аппаратуры.

Целью диссертационной работы является повышение точности минимизации температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков (МТД) механических величин, как для стационарных, так и нестационарных температурных

[я датчи-

ИО|| ь

1ИОТ! 14

1. Проведение анализа механизма возникновения температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации в зависимости от конструктивных и технологических особенностей, а также особенностей изготовления, настройки и эксплуатации.

2. Проведение анализа существующих способов компенсации температурных погрешностей МТД (схемных, конструктивных и технологических) с целью определения направления дальнейших исследований по их минимизации при стационарных температурных режимах эксплуатации.

3 Разработка общих принципов повышения точности существующих способов компенсации температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации.

4. Разработка способов компенсации темперагурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации с целью повышения технологичности в процессе их изготовления и настройки.

5. Разработка косвенных способов компенсации температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации, в том числе с учетом взаимной корреляции компенсационных элементов для минимизации аддитивной (АТП) и мультипликативной температурных погрешностей (МТП).

6. Проведение анализа механизма возникновения температурных погрешностей МТД и существующих способов их компенсации в нестационарном температурном режиме эксплуатации.

7. Разработка методики экспериментального выявления механизма возникновения температурных погрешностей МТД в нестационарном температурном режиме эксплуатации.

8. Разработка способов минимизации температурных погрешностей МТД в нестационарном температурном режиме эксплуатации с целью использования при конструировании существующих типовых конструкций упругих элементов (УЭ).

Методы выполнения исследований. Работа выполнена с использованием методов математического моделирования, расчетов электрических цепей и обработки результатов измерений. Достоверность разработанных научных положений и выводов подтверждена результатами вычислительных экспериментов методами математического моделирования и опытных испытаний на макетах.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что:

- разработаны общие принципы повышения точности существующих способов компенсации температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации.

- разработаны способы компенсации температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации с целью повышения технологичности в процессе их изготовления и настройки.

- разработаны косвенные способы компенсации температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации, в том числе с учетом взаимной корреляции компенсационных элементов для минимизации АТП и МТП.

- разработана методика экспериментального выявления механизма возникновения температурных погрешностей МТД в нестационарном температурном режиме эксплуатации.

- разработаны способы минимизации температурных погрешностей МТД в нестационарном хемпературном режиме эксплуатации с целью использования при конструктивной реализации датчиков существующих типовых конструкций УЭ.

Новизна разработанных способов минимизации температурных погрешностей МТД как в стационарном, так и в нестационарном температурных режимах эксплуатации подтверждена 11 патентами на изобретение.

Практическая ценность работы состоит в следующем.

1. Использование разработанных способов минимизации температурных погрешностей в процессе разработки и настройки МТД, предназначенных для эксплуатации в стационарных тепловых режимах, позволит обеспечить требуемые точности в процессе измерения.

2. Разработанные косвенные способы минимизации температурных погрешностей МТД обеспечивают не только требуемые точности измерения, но и значительно повышают технологичность изготовления датчиков в процессе производства.

3 Использование разработанной методики выявления механизма образования температурных погрешностей при эксплуатации датчика в нестационарных температурных условиях позволяет не только оценить его работоспособность в данных условиях, но и выбрать способы доработки с целью минимизации температурных погрешностей.

4. Разработанные способы минимизации температурных погрешностей при эксплуатации датчика в нестационарных температурных режимах позволяют значительно расширить номенклатуру типовых конструкций УЭ, пригодных для использования в микроэлектронном производстве, при разработке датчиковой аппаратуры.

Реализация результатов работы. Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР, проводимой кафедрой «Измерительно-вычислительные комплексы» Ульяновского государственного технического университета под руководством профессора Мишина В. А. Разработанные способы минимизации температурных погрешностей тензорезисторных датчиков будут использоваться в НИИФИ г. Пенза, при разработке датчиков давления в Ульяновском конструкторском бюро приборостроения и внедрены в учебный процесс на кафедре «Измерительно-вычислительные комплексы» УлГТУ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на XXXIX региональной научно-технической конференции УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях», г. Ульяновск, январь 2005 г.; на международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке, технике и экономике», г. Ульяновск май 2005 г. и на ежегодных НТК преподавательского состава УлГТУ в период 2003 - 2006 г.г.

Основные положения, выносимые на защиту являются:

- способы схемной компенсации АТП на основе введения операции предварительной балансировки в стационарном температурном режиме эксплуатации МТД позволяют обеспечить требуемую точность и технологичность их изготовления в одном цикле настройки;

- способы схемной компенсации температурной погрешности позволяют снизить погрешности в зависимости от конструктивного исполнения МТД;

- косвенные способы схемной компенсации температурной погрешности МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации позволяют уменьшить АТП и МТП и учитывают взаимную корреляцию элементов, предназначенных для компенсации АТП и МТП;

- предложенная методика позволяет выявить механизмы возникновения температурных погрешностей МТД в нестационарном температурном режиме эксплуатации;

- способы компенсации температурных погрешностей МТД в нестационарном температурном режиме эксплуатации позволяют применить существующие типовые УЭ при конструкгивной реализации датчиков

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 работ, в том числе получено 12 патентов на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 86 наименований, 22 приложения, содержит 186 страниц машинописного текста, 20 рисунков и 3 таблицы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, определены цели и задачи работы, приведено краткое содержание работы и основные положения выносимые на защиту.

В первой главе проводились исследования по выявлению механизма возникновения АТТТ и МТП и анализ существующих способов их минимизации. По механизмам возникновения температурных погрешностей известно следующее

1 Аддитивная температурная погрешность сбалансированной мостовой измерительной цепи, составленной из тензорезисторов, установленных на УЭ, определяется технологическим разбросом температурных коэффициентов сопротивления (ТКС) тензорезисторов с учетом влияния температурных деформаций УЭ.

2. Мультипликативная температурная погрешность тензорезисторов, установленных на УЭ, и собранной из них мостовой измерительной цепи, определяется несоответствием температурных коэффициентов тензочувствительности (ТКЧ) тензорезисторов и температурным коэффициенгом модуля упругости материала УЭ.

3 Влияние формы УЭ на температурные по!решности определяется неравномерностью температурных полей и полей температурных деформаций в зоне установки тензорезисторов.

4. Влияние корпусных элементов на температурпые погрешности сказывается в четырех случаях, когда корпусные элементы: искажают температурное поле на поверхности УЭ за счет перераспределения тепловых потоков; ограничивают свободное температурное расширение УЭ за счет жестких связей; имеют герметичное исполнение; оказывают влияние на чувствительность и начальный уровень выходного сигнала при установке датчика на изделии (датчик чувствителен к моменту затяжки)

5. Влияние технологии изготовления на температурные пшрешности определяется технологическими разбросами физических параметров тензорезисторов и выражается- в разбросе номиналов тензорезисторов, их ТКС и температурных коэффициентов линейного расширения материалов тензорезисторов и УЭ; в разбросе ТКЧ тензорезисторов мостовой измерительной цепи и температурного коэффициента модуля упругости УЭ при изготовлении исходного материала.

По существующим схемным методам минимизации температурных погрешностей известно следующее

1. При компенсации АТП в МТД наибольшее распространение получили два метода: с помощью термозависимого (с большим ТКС) резистора и с помощью термонезависимого резистора Яш. Оба метода основаны на изменении ТКС плеча мостовой цепи, в которое подключается компенсационный резистор, с целью обеспечения равенства нулю ТКС мостовой цепи аг = (ах + а4) - (а2 + «з) - 0. где аь а2, аз, О) - ТКС соответствующих плеч мостовой цепи.

госйа^

Я, Д,

-Л

Ж ^

0

-0и„ит 0-

и„„

0

Рис.1

Недостатком существсующих аналитических выражений для расчета компенсационных резисторов является недостаточная точностью при минимизации температурной погрешности. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что используемые способы компенсации температурной погрешности позволяют уменьшить эту погрешность в пределах до 810"4 1/°С. Однако, для обеспечения допустимого значения аддитивной температурной чувствительности Я,,, = МО"4 1/°С необходимо использовать метод поэтапного приближения.

2. При компенсации МТП в МТД наибольшее распространение получили два метода' с помощью термозависимого (с большим ТКС) резистора Яа, включаемого в цепь питания мостовой схемы; с помощью термозависимого резистора Яа, с последующим шунтированием его термонезависимым резистором Яд. Оба метода основаны на уменьшении напряжения питания мостовой цепи с ростом температуры, за счет увеличения падения напряжения на возрастающем от температуры компенсационном резисторе что позволяет скомпенсировать увеличение выходного сигнала вследствие роста от температуры тензочувствительности датчика.

а б

Ж

Ж

Яа

и,ж 0

Рис.2

Теоретическая и экспериментальная апробация обоих методов показала их недоста-точную точность при компенсации МТП. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о том, что используемые методы компенсации МТП уменьшают эту погрешность в пределах до 3,0-Ю"4 1/°С. Однако, для обеспечения допустимого значения мультипликативной температурной чувствительности - 110" 41/°С необходимо использовать метод поэтапного приближения. По существующим конструктивным методам минимизации температурных погрешностей известно следующее.

1. С целью минимизации температурных погрешностей МТД существуют способы, связанные с выбором материалов основных элементов датчика (тензорезисторы, УЭ, корпусные элементы).

2. Существуют способы, связанные с выбором конфигурации (формы) У') при работе датчика в нестационарном температурном режиме. Они основаны на обеспечении равномерности температурных полей и полей температурных деформаций в зоне установки тензорезисторов. Однако, в зависимости от конструктивного исполнения датчика, рекомендации по выбору конфигурации элементов конструкции отсутствуют Анализ существующей датчиковой аппаратуры показал полное отсутствие конструкций, выполненных по планарно-пленочной технологии.

3. Минимизация температурных погрешностей от конструктивного исполнения корпусных элементов, влияющих на температурные погрешности датчика, как правило, осуществляется схемными методами Поэтому недостатки схемной минимизации температурной погрешности однозначно переносятся и на минимизацию температурных погрешностей от конструктивного исполнения корпусных элементов

По существующим технологическим методам минимизации температурных погрешностей известно следующее.

1 Существую I методы минимизации размерной нестабильности, модуля упругости и температурного коэффициента модуля упругости материалов механических элементов датчика и пластических деформаций УЭ.

2. Известны механизмы временной и температурной нестабильности по номиналу и ТКС тензорезисторов, которые являются определяющими факторами возникновения АТП. Разработаны топологические, структурные способы и технолш ическис приемы минимизации этих нестабильностей в процессе изготовления тонкопленочной структуры Кроме того, разработаны методы как технологической подгонки номиналов и ТКС отдельных тензорезисторов, так и компенсации АТП мостовой цепи с одновременной ее балансировкой.

Имеется исчерпывающий арсенал технологических способов минимизации температурных погрешностей МТД, которые позволяют устранить практически все причины возникновения температурных погрешностей, связанных с процессами микроэлектронного изготовления тензорезисторов.

Таким образом, существующие способы минимизации температурных погрешностей имеют следующие недостатки:

- недостаточная точность и низкая технологичность схемной компенсации температурных погрешностей;

- недостаточная точность и низкая 1ехнологичность схемной компенсации температурных похрешпостей от конструктивного исполнения корпусных элементов;

- полное отсутствие конструкций, выполненных по планарно-пленочной технологии, работоспособных в нестационарных температурных условиях эксплуатации;

На основании полученных выводов были определены направления дальнейших исследований:

1. Повышение точности и технологичности методов схемной компенсации температурной погрешности для МТД, работющих в стационарном температурном режиме.

2. Разработка способов конструктивной минимизации температурных погрешностей, связанных с исключением погрешностей от неравномерности температурных нолей и полей температурных деформаций УЭ.

3. Исследование температурных погрешностей и методов их минимизации при рабоге МТД в нестационарном тепловом режиме эксплуатации.

Во второй главе работы проводились в трех направлениях:

- выявление недостатков существующих способов компенсации АТП и разработка способов схемной компенсации с целью повышения точности;

- разработка способов компенсации АТП в зависимости от конструктивного исполнения датчика - в части компенсации влияния момента затяжки и герметизации внутренней полости датчика;

- разработка способов компенсации аддитивной температурной погрешности с целью расширения технологических возможностей в процессе настройки с учетом выявленных недостатков существующих способов минимизации.

По первому направлению в результате исследований было выявлено, что существующие способы компенсации не учитывают три основные причины возникновения АТП:

- влияние предварительной несбалансированности мостовой измерительной цепи датчика, которая может привести к искажению аддитивной температурной погрешности вплоть до смены знака;

- влияние разбросов ТКС всех четырех тензорезисторов мостовой цепи на номинал компенсационного резистора;

- влияние ТКС балансировочного резистора на АТП, в связи с искажением ТКС плеча, в которое он подключается.

На основании выявленных недостатков были разработаны способы минимизации АТП, как для компенсации этой погрешности с помощью термозависимого компенсационного резистора Яр с последующей балансировкой мостовой цепи, так и с помощью термонезависимого компенсационного резистора Кш с последующей балансировкой мостовой цепи (патенты №2265802, №2231752). Способы минимизации состоят в следующем.

1. Производится предварительная балансировка мостовой цепи термонезависимым балансировочным резистором из условия обеспечения предварительной несбалансированности в пределах ±0,5% номинального выходного сигнала. Допуск на предварительную несбалансированность выбран из условия возможности пренебрежения ее влиянием на АТП как величины более высокого порядка малости, чем технологические разбросы ТКС тензорезисторов.

2. Производится выбор плеча установки компенсационного резистора из условия температурного баланса мостовой цепи аг = (щ + (ц)-(а2 + аз) = 0.

3. Производится за мер номиналов и ТКС всех плеч мостовой цепи с учетом предварительной балансировки.

4. Производится расчет компенсационного резистора, исходя из условия, что АТП сбалансированной мостовой цепи зависит только от разброса ТКС ее плеч:

- при компенсации термозависимым резистором Яд

= --&--т

" ±ас1±ас2*апТар'

- при компенсации термонезависимым резистором Яш

(а1с+а2с-ап)-(1 + ак-^) ^ £)

' аг

где Я, - номинал сопротивления тензорезистора плеча, к которому подключается компенсационный резистор; ар - ТКС компенсационного резистора Яр,

асЬа,-),ап - 1е\тературные коэффициенты сопротивления тензорсзистпров смежных и противолежаще1 о плеч схемы относительно плеча, к которому подключают термозависимый компенсационный резистор; ак - ПСС тензорезистора, к которому подключается резистор Я,„.

5. Производиться установка компенсационного элемента с расчетным номиналом в ранее выбранное плечо и окончательная балансировка мостовой цепи балансировочным резистором с ТКС, равным ТКС балансируемого плеча мостовой цепи, что позволяет исключить его влияние на ТКС балансируемого плеча.

По второму направлению были разработаны схемные способы компенсации влияния конструктивного исполнения датчика на АТП. Способы позволяют компенсировать АТП ш влияния момента затяжки и герметизации внутренней полости датчика двумя методами с помощью термозависимого компенсационного резистора Яр и термонезависимого компенсационного резистора Яш

При компенсации АТП от влияния момента затяжки (патент №2265189, №2266518) производагся все операции в соответствии со способами по первому направлению работ. Дополнительно определяют значение номинального выходного сигнала 1]иом при номинальном значении момента затяжки Мк, и начальные уровни выходного сигнала 11отт и ишпах для минимально Мкт„ и максимально Мктах допустимымых значений момента затяжки соответственно, по которым определяют имитационное, приведенное к одному из плеч мостовой цепи, ТКС от момента загяжки по формуле

4

Ро шах шш

) мК да • У ¿п

и,юм С-Ктах -Мкшп)\Гр-ТмУ ^ ^

I де б и Д£>, - усилие, развиваемое в резьбовой части датчика, при установке его с номинальным значением момента затяжки и изменение осевого усилия в резьбовой части датчика при изменении температуры соответственно;

^с„ - суммарное относительное изменение сопротивлений мостовой цепи от но/1

минального значения измеряемого параметра.

Из условия соотношения и знаков ТКС мостовой цепи аг и имитационного ТКС мостовой цепи от момента затяжки аги производят выбор плеча установки компенсаци-онного резистора и расчет его номинала для одновременной компенсации АТП от технологического разброса ТКС тензорезистров и влияния момента затяжки:

- при компенсации с помощью термозависимого резистора Яр по формуле

Я в=--аг + аг»—--» (4)

±аЛ±ас1*ап±ар

- при компенсации с помощью термонезависимого резистора Вш по формуле

= (5)

+ (аг+агм)

При компенсации ЛТП от влияния герметизации внутренней полости датчика (патент №2267755, №2267756) производятся все операции в соответствии со способами по первому направлению работ (см. стр. 7). Дополнительно определяют имитационное, приведенное к одному из плеч мостовой цепи, ТКС от расширения I аза, загерметизированного во внутренней полости датчика по формуле :

í>,/ Po

' 273 P„

где P0 - давление, загерметизированное во внутренней полости датчика,

Р„ - номинальное значение измеряемого давления.

Из условия соотношения и знаков ТКС мостовой цепи аг и имитационного ТКС мостовой цепи от расширени газа а,, производят выбор плеча установки компенсацион-ного резистора и расчет его номинала для одновременной компенсации АТП от техноло-гического разброса ТКС тензорезистров и влияния расширения газа в загерметизирован-ной внутренней полости датчика:

- при компенсации с помощью термозависимого резистора R¡j по формуле

--(7)

ар +ап+аэ-ас1 -ас1

- при компенсации с помощью термонезависимого резистора Rm по формуле

ал+ае2-ая±а, ±аг*а3

По третьему направлению были разработаны схемные способы для компенсации АТП с целью повышения технологичности в процессе настройки датчиков. Необходимость разработки данных способов возникла в связи с тем, что окончательная балансировка по предыдущим способам требует использования балансировочного резистора с ТКС, равным ТКС балансируемого плеча. Данное требование приводит: либо к селективной подборке балансировочных резисторов по номиналу и ТКС, что значительно усложняет и удорожает технологию настройки; либо к балансировке с помощью элеюроэррозионной или лазерной подгонки рабочих тензорезисторов, что значительно увеличивает временную нестабильность и уменьшает надежность. В связи с изложенным, были разработаны два способа компенсации АТП с помощью компенсационных резисторов Я/, и Кш с последующей балансировкой мостовой цепи балансировочным резистором с заданным ТКС. При этом ТКС балансировочного резистора не должен превышать ТКС плеч мостовой цепи, так как в противном случае эффективность компенсации резко снижается.

При компенсации АТП предлагаемыми способами производятся все операции в соответствии со способами по первому направлению работ (см. стр. 7). Дополнительно производят выбор места установки в датчике компенсационного и балансировочного резисторов, которое определяется величиной их ТКС.

Расчет компенсационного резистора для компенсации АТП производят следующим образом.

При компенсации с помощью термозависимого резистора R» по формуле

R = } Rcl-Re2 '("el Л, •(«* +«n -gci ~аб) (9)

При компенсации с помощью термонезависимого резистора Яш по формулам:

- при установке термонезависимого балансировочного резистора в противоположное плечо установки компенсационного резистора

«elRcA"k -<*л -acl)±RKRna„]+RvtRK{±Rc]Rcl[a„ -(2+акмХас] +acl)]i

, (Ю)

+ RKR„an(\ + Rc]Rí2RÍ{1 + ак + ас2)=0;

- при установке термонсзависимого балансировочного резистора в плечо установки компенсационного резистора

-к-+ RciRc 2

ай+ас2-а„

-(2 + <хкЫ)- RlRc)Rc2(l + «ЛЛ/) = 0, (1))

где RK и R„ - номинал сопротивления тензорезистора плеча, к которому подключается компенсационный резистор и противолежащего плеча соответственно;

Rc] и Rci номинал сопротивления тензорезистора к которому подключается балансировочный резистор смежного относительно тензорезистора, к которому подключается компенсационный резистор и второго смежного плеча соответственно;

ас 1 и ал - ТКС тензорезисторов соответственно Rci и Ra, смежных плеч схемы относительно плеча, к которому подключают компенсационный резистор;

ак и а„ - ТКС тензорезистора плеча подключения компенсационный резистор и противолежащего плеча соответственно;

щ и а6 - температурные коэффициенты сопротивлений термозависимого компенсационного Rß и балансировочного Rr, резисторов соответственно;

Аt - диапазон изменения температуры.

Анализ разработанных способов компенсации показало увеличение точности компенсации температурной погрешности на два порядка относительно существующих способов. При этом точность полностью определяется технологическими возможностями изготовления компенсационных элементов и точностью определения номинала и ТКС рабочих тензорезисторов. Разработанные способы компенсации с учетом ТКС балансировочного резистора кроме указанного преимущества позволяют значительно повысить технологичность изготовления датчиков в процессе настройки за счет исключения селективной подборки балансировочного резистора по ТКС.

В третьей главе отражены результаты исследований и разработки косвенных способов минимизации температурной погрешности как в процессе изготовления и настройки, так и в процессе эксплуатации датчиковой аппаратуры. Необходимость разработки косвенных способов минимизации температурной погрешности объясняется как чисто конструктивными и технологическими трудностями при определении физических характеристик элементов измерительной цепи в процессе настройки, так и недостаточной точностью их определения при прямых методах измерения этих характеристик. Более точным и менее трудоемким способом определения физических характеристик элементов измерительной цепи является косвенный способ их оценки через выходные сигналы самого датчика. Кроме того, косвенные способы компенсации температурных погрешностей позволяют учесть одновременно все возможные факторы, влияющие на их образование непосредственно в настраиваемой конструкции. К ним относятся- неравномерности температурных полей и полей температурных деформаций в местах установки элементов измерительной цепи, влияние момента затяжки, влияние герметизации внутренней полости и др. Работы проводились по трем направлениям.

По первому направлению разработаны косвенные способы схемной компенсации АТП и МТП.

Косвенные способы схемной компенсации АТП состоят в следующем.

и

1 Производят предварительную сборку датчика с учетом герметизации и установки в технологический штуцер с номинальным моментом затяжки, предварительную балансировку моствой цепи с точностью ±0,5% номинального выходного сигнала и определение начального выходного сигнала датчика при температурах Т0 и Т- 1!а

и и„,.

2 Производят выбор плеча установки компенсационного резистора из условия температурного баланса мостовой цепи и выбор плеча установки балансировочного термонезависимого резистора из условия баланса мостовой цепи.

3 Производят установку технологического компенсационного резистора (Яр,,, или /?„„„) величиной, заведомо обеспечивающей компенсацию АТП, максимально допустимой но технологии изготовления датчика, с последующей балансировкой мостовой цепи с точностью +0,5% номинального выходного сигнала.

4 Производят определение начального выходного сигнала датчика при температурах Т0 и Т: при компенсации с помощью термозависимого резистора Яр - 110р и II 0р„ при компенсации с помощью термонезависимого резистора Яш 11иш и иаш1.

5. Производят расчет компенсационного резистора для компенсации АТП, принимая значения начальных выходных сигналов при температуре Т0 равными нулю вследст-вие предварительной балансировки мостовой цепи.

При компенсации с помощью термозависимого резистора Яр по формуле

Я = ± Кс1 ■ Дс1 • ас1 + Кп ■ («к + «п - <*е2 ) >

гпс„ + Крт )• (± Уф Т и0,) _(Як+Яр„,)-иф~Як Ца где агс1 - ----—--, ар + ап- ас2----

(0,02ДК - 0,9%Ярт )•[/„•- ;^-(Т-Т0) К и у Т0)

(к + \у

(12)

«к+ап~ас2--

±0,02(j?K + Rpm)-U0pt Т Rpm ■ Vm

(0,02 RK -0,98 Rpm).Un-rK ,-{T-T0) (к + If

"MJ2

При компенсации с помощью термонезависимого резистора Яш и балансировке термонезависимым резистором, путем его установки в плечо установки резистора Яш, расчет компенсационного резистора производится решением системы из трех уравне-

нии.

КI

Я„Я„

+аг +ак

(1 + акДГ)-0 (13)

{

{RK+Rmm)a2KAT +

и,

' Ы Y

а*

\

(K + lf

6. Производят установку компенсационного резистора в выбранное плечо, путем частичного задействования технологического компенсационного резистора, и балансировку мостовой цепи термонезависимым балансировочным резистором в выбранном плече.

Косвенные способы схемной минимизации МТП состоят в следующем.

1. Производят предварительную сборку датчика с учетом установки в технологический штуцер с номинальным моментом затяжки и определение выходных сигналов от номинального измеряемого параметра при температурах Т0 и Т— £/„мд„ и ивых,.

2. Производят установку технологического компенсационного резистора Лот величиной, заведомо обеспечивающей компенсацию мультипликативной погрешности максимально допустимой по технологии изготовления датчика, в цепь питания мостовой измерительной схемы и определение выходных сигналов от номинального измеряемого параметра при температурах Т0 и Т- ивыха и ивыха1.

3 Производят расчет компенсационного резистора для компенсации МТП.

При компенсации МТП термозависимым резистором Яа по формуле

^__^вх ^сап ' ~ Увыхо)' Увыхса___(14)

^ат '№выха ~~^вьшя )' ^вьис/ + -^вд '&выха '^вых/ ~^выхш '^выхо)

где Rвx - входное сопротивление мостовой измерительной цепи при температуре Т0

При компенсации МТП термозависимым резистора Яа с последующим шунтированием термонезависимым резистором Яд путем решения квадратного уравнения относительно резистора Яд.

+ ак ■ Д/)-(1 + аа • Л/Х1 + «« ' + ам ■ А')"«а '

-ЗДЛД«(1 + «л< Аф ~ (1 + а, • Д/) а<) - Л/ - (1 + аа ■ Д/)] + Яа (1 т ак ■ Д/)х (15) х[1-0 + ад 40(1 +«л, ■^}-фвх(1 + сск -Л/)(1 + ам ■ А/)-аа ■ А(-0,

иеыха ' В-втЛ • ^еых! О^ех + &ат ) ~ ^выхо ' ^еьаШ ' ^ех ' (&ех1 + ) .

где ак =

6Х СРП

я

&ат " ^выхо ' U«bua! '

____ Д Т " Rex-bT

Rai - входное сопротивление мостовой измерительной цепи при температуре Т

4 Производят установку компенсатшонного резистора: для первой схемы компенсации путем частичного задействования технологического резистора Rm; для второй схемы компенсации путем установки термонезависимого резистора Rd в определенном месте конструкции датчика.

Анализ разработанных способов компенсации показало увеличение точности компенсации температурной погрешности на порядок относительно существующих способов и повышение технологичности изготовления Кроме того, в процессе косвенной настройки происходит компенсация дополнительных температурных погрешностей, как от влияния момента затяжки, так и от температурного расширения газа, загерметизированного во внутренней полости.

По второму направлению проводились исследования взаимного влияния компенсационных элементов для компенсации АТП и МТП друг на друга и разрабатывались способы компенсации с учетом взаимной корреляции.

Влияние элементов компенсации АТП (Rp, Rm, Re) на Mill происходит за счет изменения относительного изменения сопротивления плеча, в которое подключается компенсационный элемент, в том числе при изменении температуры. Влияние элементов компенсации МТП (Ra и на АТП происходит за счет изменения напряжения питания мостовой цепи при изменении температуры.

Способ одновременной компенсации обеих составляющих температурной погрешности с учетом взаимной корреляции компенсационных элементов для случая компенсации АТП с помощью термозависимого компенсационного резистора Rp с последующей балансировкой мостовой цепи балансировочным резистором с заданным

ТКС и компенсации МТП с помощью термозависимого резистора R,„ состоит в решении системы.

Г а - R«* +а«А<) № + акА<) z-('+Z11 (Ш

e (1 + аиМ) (1 + 7}3At)-Z, - (1 + aMAl) (l + akAt)-Z ( '

[±(ä, +Rß]R„+(Rc6+R6)Rc\ [Rj\+aMAl)>-Ra(l + aaAt)] {a + b) + acAt)+R„{l + anAt)] -

= t«e, + RaУ К + Rc6 + Rß+R6) (*c + ) [± •«■■ (1 + «,,A/)+ • b ■ (l + acA/)]- (1 + a„,\t)

{RK+Rß)Rn~Rc6Rc

К--

rae Z,=±sm R* Ze,,;- Rc* -t srn + erc;

KK + Kß c6 + K6

2 = ±£ ___x^e R_+ __±e T£ .

RÄ + a^+R^ + apÄj) r6 Rj\ + areAt)+R6(\ + afiAt) r" rc"

a = R„-(RK+Rß) l«,(l + aKAt) + Rß{1 + apAi)J;

& = (RK+Rß)-{l + a6At)+Ri0-Rc (acS-a6\At\;

a„ a„, Ocg, ac - ТКСы плеч мостовой цепи соответственно ?„ R„, RcS, Rc. егь Егб, £m> £к ~ относительное изменение сопротивления плеча мостовой цепи плеча RK, к которому подключается компенсационный резистор Rß, плеча R„-„ к которому подключается балансировочный резистор R6; плеча R„, противоположного Ш1ечу с подключенным компенсационным резистором; плеча Rc, смежного плеча с плечом подключения компенсационного резистора соответственно.

Количественная оценка предлагаемого способа одновременной компенсации АТП и МТП показала, что данный способ обеспечивает одновременную их компенсацию с высокой степенью точности и имеет только технологические ограничения изготовления компенсационных элементов.

По третьему направлению проводились исследования и разрабатывались методики с целью исключения факторов, влияющих на температурные погрешности в процессе изготовления, настройки, аттестации и эксплуатации датчиков (патент №2259537). Для исключения этих недостатков в процессе настройки необходимо выполнение следующих требований.

1. С целью уменьшения МТП необходимо производить выбор материалов УЭ и рабочих тензорезисторов с максимально приближенными значениями ТКЧ тензорези-стора и температурного коэффициента модуля упругости УЭ.

2. Для исключения влияния изменения напряжения питания на точность настройки необходимо ужесточить требования по изменению напряжения питания в процессе настройки и эксплуатации в пределах ±0,1 % UmT.

3. Для исключения дополнительных температурных погрешностей от места установки термозависимого компенсационного резистора необходимо уменьшить температурный градиент между измерительной схемой и термозависимым резистором.

4. Для исключения влияния метода подвода тепла на температурные погрешности датчиков давления необходимым условием при настройке является разработка специальных приспособлений для подачи теплоносителя в приемную полость датчика давления при проведении настройки и аттестации для случая, когда основным теплоносителем в процессе эксплуатации датчика является измеряемая среда. Если при эксплуатации датчика основным теплоносителем является окружающая среда, то в процессе настройки и аттестации достаточно помещать датчик в термокамеру.

5. Выявленная жесткая взаимная корреляция между компенсационными элементами приводит к возникновению дополнительных погрешностей одного порядка с допустимым значением температурной погрешности. Для исключения указанных по-фешностей был разработан способ одновременной компенсации АТП и МТП При этом расчет компенсационных элементов производится через физические параметры элементов датчика, поэтому данный метод обладает всеми недостатками присущими методам компенсации температурных погрешностей через физические параметры элементов.

Для возможности использования раздельной компенсации температурных гю-фешностей через выходные сигналы датчика разработан способ, состоящий в следующем:

- с целью исключения влияния компенсационных элементов для компенсации МТП на АТП необходимо ужесточить допуск на начальный уровень выходного сигнала в процессе настройки в пределах ±1% номинального выходного сигнала датчика, тогда рассматриваемым влиянием можно пренебречь;

- с целью исключения влияния компенсационных элементов для компенсации АШ на МТП необходимо ужесточить допуск на элементы компенсации (Ир 2 1 %Л„

> 5 Л,' и Ле < 5%Л,), а настройку датчика по МТП проводить на настроенном датчике по АТП.

В четвертой главе проведены исследования влияния нестационарных температурных режимов эксплуатации на температурные погрешности МТД, разработан способ выявления механизма возникновения температурных погрешностей, разработаны способы компенсации температурных потрешностей при работе датчика в нестационарных температурных режимах с целью использования в процессе разработан типовых конструкций УЭ.

Экспериментальное исследование влияния нестационарных температур (термоудар) на АТП тензорезисторных датчиков давления показало возникновение недопустимо больших температурных погрешностей, которые для отдельных конструкций могут превышать 100%.

Теоретические исследования температурных полей и полей температурных деформаций по поверхности УЭ показали, что тензорезисторы, установленные на УЭ, при воздействии нестационарных температурных режимов находятся в неравномерных температурных полях и полях температурных деформаций как по амплитуде, так и во времени. На основании изложенного были получены аналитические выражения для оценки аддитивной и мультипликативной температурных чувствительностей тензорезисторных датчиков с мостовой цепью в нестационарном темперагурном режиме * эксплуатации:

["общ!№ср\ ~'о0 + а0бщЛтХ'срЛ - Wj- k,6u,2(rXy ~ 'о2> + ао6щъШсрЪ ~'03>j

(18)

4

^пСср, ''од

1=1

Cr1 Ccpl - lol) - er2 (*ср2 -*ог)- £гЪ СсрЗ ~ <оз) + Бг>Мср^ ~ W)

' ('<?>< 'от)

'Де ao6líl{T) = a,{T) + kt{T)

Г J

'■<>-пт: Iff"-'

Ы

а,(т) — функция зависимости TKC тензорезистора от времени;

/с,(г) - функция зависимости ТКЧ тензорезисюра от времени;

а„(т) - функция зависимости ТКЛР материала тензорезистора от времени;

1„ и /„ - соответственно начало и конец сечений УЭ в месте установки тензорезистора.

o-об,,„{т) - функция ТКС 1-то тензорезистора от времени; tol и tcp, - средне интегральное значение температуры г-го тензорезистора в исходных температурных условиях и в каждый момент времени соответственно, £>, - относительное изменение сопротивления /-го тензорезистора при воздействии измеряемого параметра; ак(т) - функция ТКЧ тензорезистора, установленного на УЭ, от времени, r¡j(z) - функция зависимости температурного коэффициента модуля упругости материала УЭ от времени.

Существующие методы оценки температурных погрешностей, связанные с определением начальных уровней и самого выходного сигнала в процессе воздействия, например, термоудара, хотя и дают количественную оценку этих погрешностей, но не позволяют выявить причины их появления. С целью оценки степени влияния неравномерности температурных полей и полей температурных деформаций в местах установки тензорезисторов при эксплуатации датчиков в нестационарных тепловых режимах был разработан способ выявления механизма образования этих погрешностей (патент №2253087). Он заключается в следующем.

1. На датчик воздействуют термоударом (например, проливают жидкий азот).

2. В течение всего времени термостатирования датчика производят съем изменения падения напряжений на всех четырех тензорезисторах.

3. Производят оценку изменений падений напряжений на всех тензорезисторах по амплитуде и времени относительно друг друга.

4. По наличию несовпадения падений напряжений на тензорезисторах по амплитуде и сдви1 а во времени делают вывод о неравномерности температурных полей и нолей температурных деформаций в зоне установки тензорезисторов и намечают меры по их выравниванию.

5. Для количественной оценки АТП производят сложение падений напряжений на противолежащих тензорезисшрах мостовой цепи и полученные суммы вычитают, определяя тем самым изменение начального уровня выходного сигнала мосювой цепи в течение всего времени воздействия термоудара.

6. По полученным значениям изменения начального выходного сигнала производят оценку АТП в любой момент времени воздействия термоудара.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет не только дать количественную оценку АТП в любой момент времени воздействия термоудара, но и определить причины ее возникновения и наметть иути компенсации этой погрешности

На рис. 1, 2, 3 приведен пример реализации данного способа при оценке температурных полей и полей температурных деформаций конструкции датчика ВТ206.

Рис.2

На рис. 1 представлена осциллограмма изменения начального уровня при воздействии жидкого азота на приемную полость датчика ВТ206 с УЭ в виде жесткозащем-ленной мембраны, с установленными по два тензорезистора в центре и у заделки мембраны. На рис. 2 представлены осциллограммы падений напряжений на каждом из четырех тензорезисторов мостовой цепи в процессе воздействия на приемную полость датчика жидкого азота. Из рис 2 видно, что среднеинтегральные температуры при за-холаживании датчика для центральных тензорезисторов (Я2 и значительно ближе к температуре измеряемой среды, чем для краевых (и Лэ), а температурные деформации растяжения также у центральных значительнее, чем у краевых. Оба эти эффекта и дают в результате разброс по номиналам сопротивлений тензорезисторов, расположенных в центре мембраны, относительно тензорезисторов, расположенных по краям при воздействии температурного скачка, как по амплитуде, так и во времени. На рис. 3 дано графическое решение с целью получения начального сигнала датчика при воздействии термоудара.

Рис.3

По полученным значениям изменения начального выходного сигнала в каждый момент времени рассчитывают АТП датчика при воздействии нестационарных темпе-ра!урных полей (см рис 3) Если сравнить характеристику изменения начального уровня выходного сигнала мостовой измерительной цепи, полученной графически на рис 3, и характеристику изменения выходного сигнала с того же датчика при воздействии температурного скачка (см. рис 1), то видна идентичность в характере обеих кривых, что подтверждает правильность последнего вывода

Существующие способы компенсации АТП связаны с разработкой конструкций УЭ из условия установки тензорезисторов в равномерных температурных полях и полях температурных деформаций. Это привело к созданию сложных и громоздких конструкций, эксплуатация которых в реальных условиях значительно затруднена. Кроме того, попытки разработки безтермоударных конструкций УЭ, пользуясь только критерием создания равномерных температурных полей и полей температурных деформаций в зоне установки тензорезисторов, в конструкциях мсталлоплеиочной технологии не позволили обеспечить требуемые уровни погрешностей.

В процессе проведения настоящей работы было разработано три способа конструктивной минимизации АТП при нестационарных температурных режимах эксплуатации, позволяющие использовать практически все типы УЭ, пригодные для использования в металлопленочной технологии.

Первый способ (патент №2231022) заключается в том. что при отсутствии на УЭ одновременно двух зон с разными знаками деформации от измеряемого параметра, в каждой из которых имеются места для двух тензорезисторов с равномерными температурными условиями, достаточно определить только одну зопу с любым знаком деформации и вторую зону нечувствительную к измеряемому параметру При этом все чешре тензорезистора должны находиться в равномерных температурных условиях и только два тензорезистора будут воспринимать деформацию от измеряемого параметра Два же других тензорезистора будут играть роль компенсационных резисторов Примером конструктивной реализации данного способа может являться колпачковый тип УЭ (патент на конструкцию №2240520).

Второй способ (патент №2231023) заключается в том, что при невозможности выполнения одного из двух ранее оговоренных требований, достаточно определить только две зоны с разными знаками деформации, в которых температура и температурные деформации в течение всего времени воздействия термоудара имеют одинаковый характер изменения по выбранным направлениям установки тензорезисторов как по амплитуде, так и по знаку (равномерные среднеинтегральные температурные условия) для всех четырех тензорезисторов (по два тензорезистора в каждой зоне) Как результат, будет происходить компенсация от неравномерности температурных полей и полей температурных деформаций. Конструктивной реализацией данного способа является УЭ в виде консольной балки, тензорезисторы на которой устанавливаются на разных сторонах, но на одинаковом расстоянии 01 заделки при обеспечении распространения тепловых потоков только вдоль балки.

Третий способ (патент №2231021) заключается в том, что при невозможности выполнения одного из трех ранее оговоренных требований, достаточно определить две зоны с разными знаками деформации от измеряемого параметра, в которых можно было бы разместить по два тензорезистора таким образом, чтобы они попарно находи-

лись в равномерных среднеинтегральных температурных условиях. Если собрать соответствующим образом эти тензорезисторы в мостовую схему, разместив тензорези-сторы, находящиеся в равномерных среднеинтегральных температурных условиях в смежные плечи, то получим чувствительный элемент, у которого тензорезисторы, воспринимающие деформацию одного знака, будут находиться в противолежащих плечах, и по одному тензорезистору из каждой пары будет одинаково изменять свое сопротивление при воздействии нестационарных температур Конструктивной реализацией данного способа является УЭ в виде балки защемленной по концам и нагруженной в центре моментом.

Предложенные способы минимизации температурных погрешностей тензорези-сторных датчиков будут использоваться при конструировании датчиковой аппаратуры в НИИФИ I. Пенза и Ульяновском конструкторском бюро приборостроения и внедрены в учебный процесс на кафедре «Информационно-измерительные комплексы» Ул-ГТУ по дисциплинам «Проектирование датчиков информационно вычислительных комплексов» и «Технологическое обеспечение производства ИВ К».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В соответствии с целями и задачами представленной диссертационной работы были получены следующие результаты.

1. Проведен анализ механизма возникновения температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации.

2. Проведен анализ существующих способов минимизации температурных погрешностей МТД.

3. Разработаны общие принципы повышения точности существующих способов компенсации температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации.

4. Разработаны способы компенсации температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации с целью повышения технологичности в процессе их изготовления и настройки.

5. Разработаны косвенные способы компенсации температурных погрешностей МТД в стационарном температурном режиме эксплуатации, в том числе с учетом взаимной корреляции компенсационных элементов.

6. Проведен анализ механизма возникновения температурных погрешностей МТД и существующих способов их компенсации в нестационарном температурном режиме эксплуатации.

7. Разработан способ выявления механизма возникновения температурных погрешностей МТД в нестационарном температурном режиме эксплуатации.

8. Разработаны способы минимизации температурных погрешностей МТД в нестационарном температурном режиме эксплуатации с целью использования при конструктивной реализации датчиков существующих типовых конструкций УЭ.

На основании полученных результатов можно привести обобщенную информацию по эффективности и применяемости способов (см. таблицу 1).

_____Таблица 1.

<!) Е X 5 3 « 1 8 I | С 35 Способы компенсации и их количественная оценка

1 " и 5 о, к Предлагаемые

и 8 Существующие Основные характеристики Применение

X и о. « 3 3 о о о о в АТП 801> 8 • 10"4 'ГС МТП вй > 3 • 10"4 '/°С 1ри настройке требуют использования метода последовательного приближения Способ повышения точности 80, < 1 • 10"3 '/°С Ограничивается классом точности измерительной аппаратуры и юч-ностью изготовления компенсационных элементов. Требуют использования селективной подборки балансировочного элемента, либо олектроэррозионной или лазерной подгонки резисторов Единичное производство при наличии высококлассного измерительного оборудования

X & ж о н и и Я и и Способ повышения технологичности Бм < 1 • 10"5 '/°С Ограничивается только классом ючности измерительной аппаратуры и точности изготовления компенсационных элементов Единичное и мелкосерийное производство при наличии высококлассного измерительного оборудования

Косвенные способы в« <0.3-КГ4 '/°С; Бьа < 1 • 10'5 '/°С Мелкосерийное и серийное производство

, Нестационарные Конструктивные Большие габариты, нет возможности использовать пла-нарно-пленочную технологию Возможность использования типовых конструкций УЭ, обеспечивающие возможность использования планарно-пленочную технологию Мелкосерийное и серийное производство

Список публикаций по диссертации

1. Тихонеиков Е.В. Компенсация аддитивной температурной погрешности от влияния герметизации внутренней полости тензорезисторного датчика давления. / Е. В. Тихоненков, В. А Мишин. // Тезисы докладов XXXIX научно-технической конференции УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях», г. Ульяновск, 21 января -6 февраля 2005 г. с 79.

2. Тихоненков Е.В. Способ выявления механизма образования аддитивной температурной погрешности тензорезисторного датчика при работе в нестационарных температурных режимах. / Е. В Тихоненков, В. А. Мишин // Труды международной

конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформа-тика в науке, технике и экономике»,том 3, г. Ульяновск 17-19 мая 2005 г. с 151 - 154.

3 Тихоненков Е.В. Схемная минимизация аддитивной температурной погрешности тензорезисторных датчиков давления от влияния момента затяжки. / Е. В Тихоненков, В. А. Мишин // Сборник «Вестник», г. Ульяновск 1/2005 г с 40 - 43.

4 Тихоненков Е.В. Схемная минимизация аддитивной температурной погрешности тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью. / Е И. Тихоненков, В. А Мишин // Датчики и системы. 2006 г.

5. Тихоненков Е В. Патент на изобретение RU 2 231 752 CI G 01 В 7/16. Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 27.06.2004 г.

6. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 231 021 CI G 01 В 7/16. Способ изготовления тензорезисторных чувствительных элементов. / Тихоненков В. В , Тихоненков В. А. 20.06.2004 г.

7. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 231 022 CI. G 01 В 7/16 Способ изготовления тензорезисторных чувствительных элементов. / Тихоненков Е В., Тихоненков В. А. 20.06.2004 г.

8. Тихоненков Е В. Патент на изобретение RU 2 231 023 CI. G 01 В 7/16. Способ изготовления тензорезисторный чувствительных элементов / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 20.06.2004 г.

9. Тихоненков Е. В. Патент на изобретете RU 2 240 520 CI. G 01 В 7/16. Чувствительный элемент металлопленочного тензорезисторного датчика давления / Тихоненков Е. В., Новиков А. А., Тихоненков В. А. 20.11.2004 г.

10. Тихоненков Е В. Патент на изобретение RU 2 253 087 CI. G 01 В7/16. Способ выявления механизма образования аддитивной температурной погрешности тензорезисторных датчиков давления с мостовой измерительной цепью. / Тихоненков Е. В., Сорокин М. Ю., Тихоненков В. А 27.05.2005 г.

11. Тихоненков Е В Патент на изобретение RU 2 265 802 CI. G 01 В 7/16. Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности /Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 10.12.2005 г.

12. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 259 537 CI. G 01 В 7/16. Способ температурной настройки тензорезисторного датчика давления с мостовой измерительной цепью. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 27.08.2005г.

13. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 265 189 CI. G 01 В 7/16. Способ минимизации влияния момента затяжки на аддитивную температурную погрешность тензорезисторных датчиков давления с мостовой измерительной цепью. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 27/11/ 2005 г.

14. Тихоненков Е В. Патент на изобретение RU 2 267 756 CI. G OIL 9/04 Способ минимизации аддитивной температурной погрешности тензорезисторных датчиков относительного давления с герметичной внутренней полостью и мостовой измерительной цепью. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 10.01.2006 г.

15. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 267 755 CI. G OIL 9/04 Способ минимизации аддитивной температурной погрешности тензорезисторных датчиков относительного давления с герметичной внутренней полостью и мостовой измерительной цепью. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 10 01.2006 г.

16. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 266 518 CI. G 01 В 7/16.Спо-соб минимизации момента затяжки на аддитивную температурную погрешность тензорезисторных датчиков давления с мостовой измерительной цепью. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В А. 20.12.2005 г.

Подписано в печать 17.04.2006. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ 413.

Типография УлГТУ. 432027, г. Ульяновск, ул. Сев. Венец, 32

<fS

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ МИНИМИЗАЦИИ

• ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОГРЕШНОСТЕЙ МЕТАЛЛОПЛЕНОЧНЫХ ДАТЧИКОВ В СТАЦИОНАРНОМ ТЕМПЕРАТУРНОМ РЕЖИМЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Исследование механизма возникновения температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков.

1.2. Схемные методы минимизации температурных погрешностей.

1.3. Конструктивные методы минимизации температурных погрешностей. • 1.4. Технологические методы минимизации температурных погрешностей.

1.5. Выводы и выбор направления исследования.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ СХЕМНОЙ КОМПЕНСАЦИИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ НА* СТРОЙКИ МЕТАЛЛОПЛЕНОЧНЫХ ДАТЧИКОВ.

2.1. Разработка способов повышения точности существующих методов схемной компенсации при минимизации аддитивной

• температурной погрешности.

2.2. Разработка способов схемной компенсации аддитивной температурной погрешности от влияния чувствительности датчика к моменту затяжки при установке на изделии.

2.3. Разработка способов схемной компенсации аддитивной ф температурной погрешности от влияния температурного расширения газа, загерметизированного во внутренней полости датчика относительного давления.

2.4. Расширение технологических возможностей разработанных способов схемной компенсации при минимизации аддитивной температурной погрешности.

Одним из наиболее мощных дестабилизирующих факторов в процессе эксплуатации датчиковой аппаратуры является температура. Диапазон изменения температуры может меняться в очень широких пределах в зависимости от объекта измерения: от нескольких градусов Цельсия при лабораторных исследованиях до нескольких сотен и даже тысяч градусов на двигателях внутреннего сгорания и силовых установках ракетной техники. При этом скорости изменения температуры имеют также очень широкий диапазон: от квазистатического (медленноменяющегося - суточное колебание температуры окружающей среды) до скачкообразного (термоудар при работе двигательных установок - до нескольких сотен градусов в секунду). Поэтому вопрос уменьшения погрешностей от воздействия температуры при разработке датчиковой аппаратуры является наиболее актуальным.

С развитием микроэлектроники все большее распространение получают в датчиках для измерения неэлектрических величин современные методы планарно-пленочной технологии изготовления. Это в частности касается и тензорезисторных датчиков, получивших в последнее время широкое распространение. По сравнению с наклеиваемыми проволочными, фольговыми или натянутыми тензорезисторами они имеют ряд существенных преимуществ. Это, прежде всего, относится к метрологическим и габаритно весовым характеристикам. В связи с тем, что в основную погрешность при передаче деформации от упругого элемента (УЭ) к тензорезистору вносит свою составляющую метод крепления последнего на УЭ, то любое механическое или клеевое крепление вносит значительные погрешности (достигающие 6070 % от основной погрешности датчика) в передачу деформации.

Переход к металлопленочным технологиям изготовления измерительных схем датчиков позволяет исключить данные погрешности в связи с тем, что сцепление тензорезистора с УЭ в данном случае происходит на уровне атомарных связей и тем самым исключается механический или клеевой контакт между ними. Это позволяет в 3-5 раз увеличить точность измерения, значительно расширить для металлопленочных датчиков, по сравнению с наклеиваемыми тензорезисторами, температурный диапазон работы (от криогенных температур до 250-300 °С) и на порядок уменьшить временную нестабильность характеристик датчика. Однако переход к микроэлектронному изготовлению датчиков накладывает новые требования не только к разработке специальных технологических процессов по изготовлению и формированию измерительных схем, но и требует новых подходов к остальным конструктивным и технологическим решениям по изготовлению датчика, и, в частности, по минимизации его температурных погрешностей.

Причины возникновения температурных погрешностей тензорезистор-ных датчиков в стационарных температурных условиях эксплуатации и методы их уменьшения достаточно изучены и при изготовлении удается скомпенсировать эти погрешности до приемлемых величин. Широко известны работы в данной области Новицкого П. В., Осадчего Е. П., Рузги 3., Хорны О., Клоковой Н. П., Сгибов А. П., Черняева В. Н., Майселла Р., Гленга В., Ти-хоненкова В. А., Тихонова А. И. и др., в которых рассматриваются различные аспекты минимизации температурных погрешностей тензорезисторных датчиков.

Однако в относительных величинах в настоящее время эти погрешности достигают до 60% и более общей дополнительной погрешности от всех воздействующих факторов в процессе эксплуатации датчиковой аппаратуры. Кроме того, существующие в настоящее время способы компенсации не обеспечивают требуемой точности и, как результат, в процессе изготовления датчиковой аппаратуры по температурным характеристикам используется либо метод постепенного приближения (многократное проведение испытаний), либо селективная подборка по температурным характеристикам, что значительно усложняет технологию изготовления и удорожает продукцию. Поэтому минимизация температурных погрешностей является актуальной задачей, решение которой не только позволит расширить область применения тензорезисторных датчиков, но и значительно упростить технологию их изготовления и уменьшить их стоимость.

Еще менее изученным является вопрос минимизации температурных погрешностей при работе датчиковой аппаратуры в нестационарных тепловых режимах эксплуатации (в двигателях внутреннего сгорания, дизельных и компрессорных установках, реактивных двигателях летательных аппаратов, силовых установках ракетных двигателей и т.д.). Известно, что практически все датчики, разработанные на любом принципе преобразования, не исключая и тензорезисторный метод, обладают значительными (в некоторых случаях более 100%) температурными погрешностями при работе в нестационарных тепловых режимах. Поэтому вопрос выявления причин возникновения и разработка методов минимизации этих погрешностей является еще более актуальной задачей, чем решение этих вопросов для стационарного температурного режима эксплуатации датчиковой аппаратуры. Наиболее остро эта задача стоит при разработке датчиков давления, на которые кроме температуры окружающей среды действует и скачкообразно изменяющаяся во времени температура измеряемой среды (термоудар). Решение данного вопроса позволит исключить, используемые в настоящее время на изделиях, различные методы пассивной защиты датчиков (например, импульсные трубки, применяемые для защиты от термоудара), которые увеличивают габариты и веса датчиковой аппаратуры, снижают частотный диапазон измеряемого параметра, значительно увеличивают погрешность измерения, ограничивают диапазон механических воздействующих факторов и резко снижают надежность как датчиковой аппаратуры, так и всего изделия в целом.

Целью диссертационной работы является разработка способов минимизации температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков механических величин, как для стационарных, так и нестационарных температурных режимов эксплуатации. Эта цель достигается решением следующих основных задач.

1. Анализ механизмов возникновения температурных погрешностей ме-таллопленочных тензорезисторных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации в зависимости от конструктивных, технологических и особенностей изготовления, настройки и эксплуатации.

2. Анализ существующих способов минимизации температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков (схемных, конструктивных и технологических) с целью определения направления дальнейших исследований по их минимизации при стационарных температурных режимах эксплуатации.

3. Разработка общих принципов повышения точности существующих способов компенсации температурных погрешностей тензорезисторных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации.

4. Разработка способов компенсации температурных погрешностей тензорезисторных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации с целью повышения технологичности в процессе их изготовления и настройки.

5. Разработка косвенных способов компенсации температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации, в том числе с учетом взаимной корреляции компенсационных элементов для компенсации аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности.

6. Анализ механизмов возникновения температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков и существующих способов их компенсации в нестационарном температурном режиме эксплуатации.

7. Разработка экспериментального способа выявления механизма возникновения температурных погрешностей тензорезисторных датчиков в нестационарном температурном режиме эксплуатации.

8. Разработка способов минимизации температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков в нестационарном температурном режиме эксплуатации с целью использования при конструктивной реализации датчиков существующих типовых конструкций упругих элементов.

Исходя из изложенного, основными положениями, выносимыми на защиту являются:

- способы схемной компенсации аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности в стационарном температурном режиме эксплуатации металлопленочных тензорезисторных датчиков с целью обеспечения требуемой точности;

- способы схемной компенсации аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности в стационарном температурном режиме эксплуатации в зависимости от конструктивного исполнения металлопленочных тензорезисторных датчиков;:

- косвенные способы схемной компенсации температурной погрешности металлопленочных тензорезисторных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации с учетом взаимной корреляции компенсационных элементов для компенсации аддитивной и мультипликативной составляющих температурной погрешности;

- способ выявления механизма возникновения температурных погрешностей тензорезисторных датчиков в нестационарном температурном режиме эксплуатации;

- способы минимизации температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков в нестационарном температурном режиме эксплуатации с целью использования при конструктивной реализации датчиков существующих типовых конструкций упругих элементов.

Решение поставленных задач позволит не только обеспечить требуемые точности в процессе измерения, но и значительно упростить как сам процесс конструирования металлопленочных тензорезисторных датчиков, так и технологию их изготовления и настройки в процессе производства. ю

Основные результаты работы можно сформулировать следующим образом.

1. Проведены исследования и анализ механизмов возникновения температурных погрешностей металлопленочных тензорезисторных датчиков (МТД) в стационарном температурном режиме эксплуатации и проанализированы существующие методы минимизации их температурных погрешностей. Проведенный анализ позволил произвести выбор направления дальнейшего исследования:

- повышение точности и технологичности методов схемной компенсации температурной погрешности для МТД, работающих в стационарном температурном режиме. разработка конструкций МТД с использованием методов конструктивной минимизации температурных погрешностей связанных с исключением погрешностей от неравномерности температурных полей и полей температурных деформаций.

- исследование температурных погрешностей и методов их минимизации при работе МТД в нестационарном тепловом режиме эксплуатации.

2. Проведены исследования и анализ существующих способов схемной минимизации аддитивной температурной погрешности МТД с точки зрения точности компенсации и технологичности проведения настройки. На основании проведенного анализа, с целью исключения недостатков существующих способов, был разработан ряд новых способов схемной компенсации аддитивной температурной погрешности (АТП):

- два способа схемной компенсации АТП, которые разработаны с использованием физических параметров элементов, с окончательной балансировкой мостовой цепи балансировочным резистором с ТКС равным ТКС балансируемого плеча;

- два способа схемной компенсации АТП, которые разработаны с использованием физических параметров элементов, входящих в состав датчика, с окончательной балансировкой мостовой цепи балансировочным резистором с расчетным значением ТКС;

- два способа компенсации дополнительной АТП от чувствительности датчика к моменту затяжки с использованием физических параметров элементов, входящих в состав датчика;

- два способа компенсации дополнительной АТП от чувствительности датчика к расширению газа, загерметизированного во внутренней полости, с использованием физических параметров элементов.

Проведенный анализ точности и технологичности в процессе настройки разработанных способов минимизации АТП показывает как эффективность их с точки зрения обеспечения требуемой точности компенсации, так и повышение технологичности в процессе температурной настройки датчиков по сравнению с существующими способами.

3. Проведены исследования и анализ существующих и разработанных способов схемной минимизации температурных погрешностей МТД с точки зрения точности компенсации и технологичности проведения настройки. С целью исключения недостатков существующих способов, был разработан ряд новых косвенных способов схемной компенсации аддитивной и мультипликативной температурных погрешностей:

- два способа для компенсации АТП с одновременной компенсацией дополнительных АТП от чувствительности датчика к моменту затяжки и расширению газа, загерметизированного во внутренней полости, которые разработаны с использованием косвенных способов оценки через выходные сигналы датчика, снятые при различных значениях температур;

- два метода для компенсации мультипликативной температурной погрешности (МТП) с одновременной компенсацией дополнительной МТП от чувствительности датчика к моменту затяжки, которые разработаны с использованием косвенных способов оценки через выходные сигналы датчика, снятые при различных значениях температур;

Одновременно были разработаны косвенные способы минимизации дополнительных температурных погрешностей датчиков, возникающих в процессе настройки и эксплуатации.

Проведенный количественный анализ точности компенсации температурной погрешности позволяет сделать вывод, что предлагаемые способы компенсации обеспечивают требуемую точность компенсации. Кроме того, данные методы позволяют одновременно с компенсацией ТКЧ и технологического разброса ТКС датчика скомпенсировать температурную погрешность датчика от момента затяжки.

Кроме того выявлена жесткая взаимная корреляция между компенсационными элементами для компенсации одной из составляющих температурной погрешности на другую, что приводит к возникновению дополнительных погрешностей одного порядка с допустимым значением температурной погрешности. Для исключения указанных погрешностей предлагается два способа решения данного вопроса:

- разработан способ одновременной компенсации АТП и МТП с расчетом компенсационных элементов через физические параметры элементов, при котором учитывается взаимное влияние компенсационных элементов;

- разработан способ раздельной компенсации АТП и МТП, основанный на: ограничении номиналов компенсационных элементов, проведении компенсации МТП на датчике со скомпенсированной АТП и ограничении начального уровня выходного сигнала в пределах ±1% номинального выходного сигнала от измеряемого параметра. Перечисленные ограничения обеспечивают исключение влияния элементов для компенсации АТП на МТП и наоборот.

4. Проведены исследования и теоретическое обоснование причин возникновения АТП при работе металлопленочных тензорезисторных датчиков в нестационарных температурных режимах эксплуатации. На основании проведенных исследований разработан способ выявления механизма образования АТП в нестационарных температурных режимах эксплуатации.

5. Проведен анализ существующих способов минимизации АТП в нестационарных температурных режимах эксплуатации и разработаны три способа изготовления чувствительного элемента МТД работоспособных в нестационарных температурных режимах эксплуатации.

Разработанные способы изготовления чувствительных элементов, при конструировании датчиков, работоспособных в нестационарных температурных условиях эксплуатации, позволяют использовать практически любой тип УЭ, пригодный для микроэлектронного исполнения датчиков. На основании одного из предложенных способов компенсации АТП в нестационарном температурном режиме эксплуатации разработана конструкция МТД давления на колпачковом УЭ.

По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе получено 12 патентов на изобретения.

Обобщенная информация представлена на таблице 3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Осадчего Е.П. М.: Машиностроение, 1979.

2. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. В 2 частях. / Я.Б. Фридман М : Машиностроение, 1974.

3. Рузга 3. Электрические тензометры сопротивлений. / 3. Рузга М : Мир, 1964.

4. Тихоненков В.А. Теория расчет и конструирование даьчиков механических величин: Учебное пособие для ВУЗов / В.А. Тихоненков, А.И. Тихонов. Ульяновск : УлГТУ, 2000.

5. Сгибов А.П. Температурная компенсация ухода нуля мостового преобразователя. / А.П. Сгибов М : Приборы и системы управления №11, 1975.

6. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. / В.Н. Черняев М : Высшая школа, 1987.

7. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. / В.В. Нащекин М : Высшая школа 1969.

8. А.С. 599170 СССР, М КИ2 G 01 L 9/04. Датчик давления / В.А. Тихоненков, Л.Н. Букин, А.И. Тихонов. Заявл. 17.05.76, Опубл. 25.03.78, Бюл. №11.

9. Добровольский В.А. и др. Детали машин. / В.А. Добровольский М : Машино-строение, 1972.

10. Ю.Тихоненков В.А. Влияние конструкции упругого элемента на температурные погрешности тензорезисторного датчика давления. / В.А. Тихоненков, А.И. Жучков, А.Д. Клопов М : Приборы и системы управления №6, 1991.

11. Патент на изобретение №2240520. Чувствительный элемент метал-лопленочного тензорезисторного датчика давления. / Тихоненков В.А., Новиков А.А., Тихоненков Е.В. Опубл. 20.11.2004 г.

12. Патент на изобретение №2235981: Тензорезисторный датчик давления. / Тихоненков В.А., Новиков А.А., Эйстрих JI.JI. Опубл. 10.09.2004 г.

13. Патент на изобретение №2231752; Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью. / Тихоненков В.А., Тихоненков Е.В. Опубл. 27.06.2004 г.

14. Чопра К.П. Электрические явления в тонких пленках. / К.П. Чопра -М: Мир, 1972.

15. Лейбфрид JI.E. Микроскопическая теория механических и тепловых процессов кристаллов. / JI.E. Лейбфрид М : Государственное издательство физико-математи-ческой литературы, 1963.

16. Кошкин П.И. Справочник по элементарной физике. / П.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич М : Наука, 1966.

17. Филин Л.П. Прикладная механика твердого деформируемого тела. Т.1. / Л.П. Филин М : Наука, 1975.

18. Коваленко А.Д. Термоупругость пластин и оболочек. / А.Д. Коваленко-Киев : КГУ, 1971.

19. Нуберт Г.П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин. / Г.П. Нуберт Л ; Энергия, 1970.

20. Карслоу Г. Теплопроводность твердых тел. / Г. Карслоу, Д. Егер М: Наука, 1964.

21. Исаченко В.П. Тепло-передача. / В,П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел М : Энергоиздат, 1981.

22. Гордов А.Н. Основы пирометрии. / А.Н. Гордов М : Металлургия, 1971.

23. Михеев М.А. Краткий курс тепло-передачи. / М.А. Михеев, И.М. Михеева-М: Госэнергоиздат, 1969.

24. Паркус Г. Неустановившиеся температурные напряжения. / Г. Паркус М : Физматгиз, 1963.

25. Лихачев Ю.И., Шахматов Д.Т. Об измерении характеристик проволочных тензорезисторов в условиях резкоменяющихся температур Т. 8. / Ю.И. Лихвачев, Д.Т. Шахматов М : Измерительная техника, 1971.

26. Боли Б. Теория температурных напряжений. / Б. Боли, Дж. Уэйнер -М: Мир, 1964.

27. Тихоненков В.А. Некоторые особенности компенсации температурных погрешностей высокочувствительных тензометрических датчиков давления /В.А. Тихоненков, А.И. Тихонов, Н.И. Асташин М : Первичные преобразователи телеметрических систем, 1972.

28. Тихоненков В.А. Температурные погрешности тензорезисторных датчиков. / В.А. Тихоненков М : ЦНТИ Поиск №11, ПТО. 1979.

29. Тихоненков В.А. Влияние момента затяжки на температурные погрешности. / В.А. Тихоненков М : ЦНТИ Поиск №11, ПТО, 1979.

30. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. / В.Н. Черняев М : Радио и связь, 1987.

31. А.С. 1337691 СССР, М КИ4 G 01 L 9/10. Датчик давления / В.А. Тихоненков, А.И. Тихонов, А.И. Жучков, В.А. Васильев. Заявл. 20.03.86, Опубл. 15.09.87, Бюл. №34.

32. А.С. 1462128 СССР, М КИ4 G 01 L 9/04. Датчик давления / А.И. Тихонов, В.А. Тихоненков, В.А. Васильев, В.А. Зиновьев. Заявл. 11.03.87, Опубл. 28.02.89, Бюл. №8.

33. А.С. 1474486 СССР, М КИ4 G 01 L 9/10. Датчик давления. / А.И. Тихонов, В.А. Тихоненков, В.А. Васильев, А.И. Жучков. Заявл. 31.08.87, Опубл. 23.04.89, Бюл. №15.

34. А.С. 1422031 СССР, М КИ4 G 01 L 9/10. Датчик давления. / А.И. Тихонов, В.А. Васильев, В.А. Тихоненков, А.И. Жучков, В.А. Семенов. Заявл. 24.02.87, Опубл. 07.09.88, Бюл. №33.

35. Биргер А.И. Иосилевич Г.Б. Расчет на прочность деталей машин. / А.И. Биргер, Г.Б. Шорр М : Машиностроение, 1979.

36. А.С. 1293474 А1 СССР, МКИ4 G 01 В 7/18. Способ изготовления тензорезисторных чувствительных элементов. / В.А. Тихоненков, А.И. Жучков, А.И. Тихонов. Заявл. 12.05.85, Опубл. 28.02.87, Бюл. №8.

37. Технология тонких пленок: Справочник в 2 т. / Под ред. JI. Май-селла, Р. Гленга. М : Советское радио, 1977.

38. А.С. 1174738 СССР, М КИ4 G 01 В 7/16. Способ балансировки и температурной компенсации мостовых схем тонкопленочных тензорезисторных датчиков. / Е.А. Мокров, А.И. Жучков, В.А. Тихоненков, Э.А. Алексеева. Заявл. 08.12.83, Опубл. 23.08.85, Бюл. №31. ;

39. Электрические измерения неэлектрических величин / Под редакцией Новицкого П. В. JI. Энергия, 1975.

40. Туричин А. М. Электрические измерения неэлектрических величин. / А. М. Туричин, П. В. Новицкий и др. М.-Л. Энергия, 1966.

41. Новицкий П. В. Оценка погрешностей результатов измерения. / П. В. Новицкий, и. А. Зограф Л.: Энергоатомиздат, 1985.

42. Агейкин Д. И. Датчики контроля и регулирования. Справочное издание. / Д. И. Агейкин, Е. Н. Костина, Н. Н. Кузнецова М. : Машиностроение, 1965.

43. Новицкий П. В. Основы информационной теории измерительных устройств. / П. В. Новицкий Л.: Энергия, 1968.

44. Основные термины в области метрологии. / Под редакцией Тарбеева Ю. В. М.: Издательство стандартов, 1969.

45. Балабаев В. А. Система классификации измерений. / В. А. Балабаев, Л. И. Довлета, Ю. Н. Иванов М.: Измерительная техника. №11, 1982.

46. Четвертаков С. А. Планирование исследовательских испытаний с линейным дрейфом параметров на долговременную стабильность. / С. А. Четвертаков. М.: Метрология . №10, 1981.

47. Смирнов Н. В. Курс теории вероятности и математической статистики для технических приложений. / Н. В. Смирнов, И. В. Дунин-Барковский. -М.: Наука, 1969.

48. Иориш Ю. И. К систематизации некоторых понятий в области измерительной техники и приборостроения. / Ю. И. Иориш М.: Приборы и системы управления. №10, 1980.

49. Фролов Г. П. Точность изготовления упругих элементов. / Г. П. Фролов-М.: Машиностроение, 1966.

50. Цейтин Я. М. Упругие кинематические устройства. / Я. М. Цейтин -JI.: Машиностроение, 1972.

51. Ананьев И. В. Справочник по расчету собственных колебаний упругих систем. / И. В. Ананьев М.: ОГИЗ, Гостехиздат, 1964.

52. Розенблит Г. П. Датчики с проволочными преобразователями для исследования двигателей внутреннего сгорания. / Г. П. Розенблит,П. И. Килен-ский, Я. И. Горелик М.: Машиностроение, 1966.

53. Андреева Jl. Е. Упругие элементы приборов. / Jl. Е. Андреева М. : Машиностроение, 1980.

54. Феликсон Е. И. Упругие элементы приборов. / Е. И. Феликсон М. : Машиностроение, 1977.

55. Маликов Г. Ф. Расчет упругих тензометрических элементов. / Г. Ф. Маликов, A. JI. Шнейдерман, А. М. Шулеймович М. : Машиностроение, 1964.

56. Тихонов А. И. Упругие элементы датчиков механических величин. Учебное пособие / А. И. Тихонов, В. А. Тихоненков, Е. А. Мокров Ульяновск : УлГТУ, 1998.

57. Выгода Ю. А. Проектирование измерительных элементов датчиков систем автоматики. Учебное пособие. / Ю. А. Выгода, Е. П. Осадчий, А. И. Тихонов Пенза : ППИ, 1977.

58. Клокова Н. П. Тензорезисторы. / Н. П. Клокова М. : Машиностроение, 1981.

59. Катыс Г. П. Современные методы и системы контроля температурных полей. / Г. П. Катыс, Е. П. Чубаров М. : Приборы и системы управления №10, 1971.

60. Хорна О. Тензометрические мосты. / О. Хорна М. : Государственное энергетическое издательство, 1962.

61. А. С. 1647304 СССР, М КИ5 G OIL 9/04.Тензометрический датчик давления. / В. А. Тихоненков, А. Д. Клопов. Заявл. 5. 01. 89, Опубл. 07. 05. 91, Бюл. № 17.

62. Тихоненков В. А. Температурные погрешности тензорезисторных датчиков и методы их компенсации. Учебное пособие. / В.А. Тихоненков, А. И. Тихонов. Ульяновск : УлГТУ, 1996.

63. А. С. 1174739 СССР, М КИ4 G 01 В 7/16/ Способ настройки интегральных тензометрических мостов. / В. А. Тихоненков А. И. Жучков, Е. В. Белозубов, Н. Ф. Соснин. Заявл. 08.12. 83., опубл 23.08.85. Бюл. №31.

64. А. С. 1525442 СССР, М КИ4 G 01 В 7/16. Способ настройки интегральных тензометрических мостов. / В. А; Тихоненков, В. В. Халястов, А. И. Ворожбитов. Заявл. 05.06. 88. Опубл. 01. 08.89. Бюл. №28.

65. Тихоненков В. А. Температурные погрешности датчиков механических величин при воздействии нестационарных тепловых полей. Учебное пособие. / В. А. Тихоненков. Ульяновск : УлГТУ, 1998.

66. Тихоненков В. А. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Теория, расчет и основы конструирования измерительных устройств и систем.» / В. А. Тихоненков. Ульяновск : УлГТУ, 1995.

67. Осадчий Е. П. Проектирование средств автоматики и телемеханики. Учебное пособие. /Е. П. Осадчий, А. И. Тихонов. Пенза : ППИ 1987.

68. Тихоненков В. А. Технология производства металлопленочных датчиков механических величин. Учебное пособие для ВУЗов. / В. А. Тихоненков, В. А. Мишин, А. И. Тихонов. Ульяновск : УлГТУ, 2003.

69. Тихоненков В. А. Проектирование и технология производства металлопленочных датчиков механических величин в примерах и задачах. Учебное пособие для ВУЗов. / В. А. Тихоненков, В.1 А. Мишин. Ульяновск.: УлГТУ, 2004.

70. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 231 752 CI. G 01 В 7/16. Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 27.06.2004 г.

71. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 231 021 CI. G 01 В 7/16. Способ изготовления тензорезисторный чувствительных элементов. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 20.06.2004 г.

72. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 231 022 CI. G 01 В 7/16. Способ изготовления тензорезисторный чувствительных элементов. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 20.06.2004 г.

73. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 231 023 CI. G 01 В 7/16. Способ изготовления тензорезисторный чувствительных элементов. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 20.06.2004 г.

74. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 240 520 CI. G 01 В 7/16. Чувствительный элемент металлопленочного тензорезисторного датчика давления. / Тихоненков Е. В., Новиков А. А., Тихоненков В. А. 20.11.2004 г.

75. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 265 802 CI. G 01 В 7/16. Способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по аддитивной температурной погрешности. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 10.12.2005 г.

76. Тихоненков Е. В. Патент на изобретение RU 2 259 537 CI. G 01 В 7/16. Способ температурной настройки тензорезисторного датчика давления с мостовой измерительной цепью. / Тихоненков Е. В., Тихоненков В. А. 27.08.2005г.

77. Тихоненков Е.В. Схемная минимизация аддитивной температурной погрешности тензорезисторных датчиков давления от влияния момента затяжки. / Е. В. Тихоненков, Мишин В.А. Ульяновск : УлГТУ. Научно технический калейдоскоп, 2005 г.

78. Тихоненков Е.В. Схемная минимизация аддитивной температурной погрешности тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью. / Е. В. Тихоненков, В.А. Мишин М : Датчики и системы №ХХХ. 2005 г.