Введение
ГЛАВА 1. Обзор современных датчиков давления и используемых в их составе формирователей сигнала 16
1.1. Методы преобразования давления 17
1.1.1. Тензометрический метод 17
1.1.2. Пьезорезистивный метод 18
1.1.3. Емкостной метод 20
1.1.4. Резонансный метод 21
1.1.5. Индуктивный метод 22
1.1.6. Ионизационный метод 23
1.1.7. Достоинства и недостатки различных методов преобразования давления в электрический сигнал 24
1.2. Обзор вторичных преобразователей, применяемых в датчиках давления 1.2.1 Мостовые схемы 25
1.2.1. Управление мостами 30
1.2.2. Емкостные схемы формирования сигнала 34
1.2.3. Формирование сигнала параметрических датчиков методом токовой петли 36
1.3. Содержательная постановка задачи исследования 39
Выводы по главе 1 39
Глава 2. Повышение точности вторичного преобразователя информации пьезорезистивного датчика давления 40
2.1. Структура и конструкция пьезорезистивных датчиков давления 40
2.1.1 Полупроводниковые тензорезисторы 40
2.1.2 Конструктивные особенности пьезорезистивных датчиков давления 43
2.2. Повышение точности измерения давления с помощью пьезорезистивных чувствительных элементов, включенных в токовую петлю
2.2.1. Предлагаемая топология формирователя сигнала датчика давления 46
2.2.2. Математическая модель измерителя давления 47
2.2.3. Процедура оценивания по ММП 52
2.3 Результаты математического моделирования работы пьезорезистивного датчика давления 53
2.3.1. Алгоритмическое и программное обеспечение 54
2.3.2. Сравнение точности оценивания предлагаемого метода и известного [26] 55
2.3.3. Сравнение различных топологий датчиков 56
2.3.4. Сравнение видов модуляции сигнала генератора 57
2.4 Экспериментальные результаты применения петли переменного тока
для обработки сигналов пьезорезистивных датчиков давления 58
Выводы по главе 2 63
Глава 3. Повышение точности вторичного преобразователя информации, основанного на петле переменного тока, для ёмкостных датчиков давления 64
3.1 Описание конструкции емкостного датчика давления С целью упрощения конструкции данного вторичного преобразователя давления, снижения его стоимости с одновременным повышением точности измерения предлагается следующая методика измерения давления [135]. 68
3.2 Методика уточнения измерения ёмкостей и углов потерь ёмкостных параметрических датчиков давления 68
3.2.1. Предлагаемая топология вторичного преобразователя ёмкостного датчика давления 68
3.2.2. Математическая модель ёмкостного датчика давления 69
3.2.3. Оценивание неизвестных параметров по ММП 3.3 Результаты математического моделирования работы ёмкостного датчика абсолютного давления 73
3.4 Экспериментальные результаты ёмкостных датчиков давления 75
Выводы по главе 3 76
ГЛАВА 4. Повышение точности вторичного преобразователя информации пьезорезонансного датчика давления 78
4.1 Описание конструкции пьезорезононсного датчика давления 78
4.2. Описание электронной схемы блока сбора информации 80
4.2.1. Выбор электронных компонентов для построения схемы 80
4.2.2. Построение электронной схемы 84
4.3. Методика уточнения частоты квазигармонического выходного сигнала пьезорезонансного датчика 84
4.3.1. Цифровые методы оценки частоты сигнала 84
4.3.2. Постановка задачи 86
4.3.2. Процедура оценивания по ММП и её анализ 87
4.4. Измерения выходной частоты пьезорезонансных датчиков давления с повышенной точностью 89
4.5. Алгоритмы и программное обеспечение для пьезорезонансного датчика давления 92
4.3 Экспериментальные результаты исследования вторичного
преобразователя пьезорезононсных датчиков давления 94
Выводы по главе 4 98
ГЛАВА 5. Методика построения математической модели зависимости выходного сигнала датчика давления от входного давления и окружающей температуры 99
5.1 Снятие экспериментальных данных 100
5.2 Снятие статической характеристики датчика 101
5.3. Статистическая обработка экспериментальных данных 102
5.3.1. Проверка равноточности измерений в точках (Pj,Ti) 102
5.3.2. Расчёт весовых коэффициентов для измерений в точках (Pj,Ti)
103
5.3.3. Аппроксимация характеристик датчика u (Ti) = f(P,Ti) полиномом 103
5.3.4. Методика аппроксимации опытных зависимостей моделью (5.2): 104
5.3.5. Процедура построения полинома 104 5.3.6. Описание процедуры построения полинома 105
5.3.7. Поиск зависимости коэффициентов регрессии от
5.3.7. Описание процедуры построения полинома (5.6) для коэффициента bл 107
5.3.8. Оценка измеряемого давления по выходному сигналу датчика 5.3.9. Описание процедуры оценки измеряемого давления 108
5.4. Экспериментальные результаты калибровки пьезорезонансного датчика избыточного давления 108
Выводы по главе 5 110
Заключение 112
Литература 114
