АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ИНТЕГРИРУЮЩИХ РАЗВЕРТЫВАЮЩИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В ЧАСТОТУ 

Волков Вадим Сергеевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра приборостроения, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: distorsion@rambler.ru
Волкова Наталия Валентиновна, кандидат биологических наук, доцент, заведующий кафедрой химии, теории и методики обучения химии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: distorsion@rambler.ru
Конкина Мария Сергеевна, аспирант, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: distorsion@rambler.ru 

621.3.032 

DOI

10.21685/2307-5538-2020-2-7 

Актуальность и цели. Целью исследования является анализ возможностей применения мостовых схем с полупроводниковыми тензорезисторами совместно с частотными интегрирующими и развертывающими преобразователями для создания чувствительных элементов датчиков, работоспособных в условиях повышенных температур.
Материалы и методы. Применены классические методы физики полупроводников, полупроводниковой тензометрии и электрических цепей постоянного и переменного тока для расчета зависимости сопротивления полупроводникового тензорезистора от деформации и температуры и частоты напряжения на выходе ЧИРП.
Результаты. Получено выражение для выходного сигнала частотного интегрирующего развертывающего преобразователя с полупроводниковой мостовой схемой, доказывающее, что учет температурной зависимости тензочувствительности полупроводниковых тензорезисторов приводит к появлению зависимости выходной частоты от температуры, а также проведены расчеты численных характеристик выходного сигнала ЧИРП и его температурной погрешности с учетом числовых значений параметров мостовой схемы с полупроводниковыми тензорезисторами.
Выводы. На основании проведенных расчетов сделан вывод, что вследствие температурной зависимости тензочувствительности полупроводниковых тензорезисторов возникает дополнительная мультипликативная составляющая погрешности выходной частоты ЧИРП, и, как следствие, требуется разработка дополнительных методов и средств температурной компенсации с учетом особенностей полупроводниковых тензорезисторов. 

Ключевые слова

чувствительный элемент, МЭМС-технологии, полупроводниковый тензорезистор, мостовая схема, тензочувствительность, частотный интегрирующий развертывающий преобразователь (ЧИРП) 

 Скачать статью в формате PDF

1. О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года : указ Президента от 7 мая 2018 г.
2. Громков, Н. В. Интегрирующие развертывающие преобразователи параметров датчиков систем измерения, контроля и управления : монография / Н. В. Громков. – Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009. – 244 с.
3. Волков, В. С. Современные направления развития преобразователей давления с частотным выходным сигналом / В. С. Волков, Д. А. Кудрявцева, И. Р. Вергазов // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2014. – № 4 (10). – С. 20–29.
4. Кучумов, Е. В. Струнный автогенераторный измерительный преобразователь на основе пьезоструктуры / Е. В. Кучумов, И. Н. Баринов, В. С. Волков // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2014. – № 2 (8). – С. 58–65.
5. Волков, В. С. Исследование влияния концентрации легирующей примеси на температурную зависимость тензочувствительности полупроводниковых тензорезисторов / В. С. Волков, Е. А. Рыблова // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2017. – № 2 (20). – С. 40–47.
6. А.с. СССР № 828406. Преобразователь сигнала разбаланса тензомоста в частоту / Громков Н. В., Михотин В. Д., Шахов Э. К., Шляндин В. М. ; Б.И.; 1981, № 17.
7. А.с. СССР № 828097 Интегрирующий преобразователь разбаланса тензомоста в частоту следования импульсов / Громков Н. В., Шахов С. Б., Шахов Э. К., Шляндин В. М. ; опубл. в Б.И., 1981, № 13.
8. А.с. СССР по заявке № 2918747/21 Частотный преобразователь для тензодатчиков / Громков H. B. Михотин В. Д., Шахов С. Б., Шахов Э. К., Шляндин B. М.
9. Патент RU 2398196 Устройство для измерения давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы с частотным выходным сигналом / Васильев В. А., Громков Н. В. ; опубл. 27.08.2010, Бюл. № 24.
10. Патент RU 2395060 Частотный преобразователь сигнала разбаланса тензомоста с уменьшенной температурной погрешностью / Васильев В. А., Громков Н. В. ; опубл. 20.07.2010, Бюл. № 20.
11. Патент RU 2430342 Полупроводниковый датчик давления с частотным выходным сигналом / Васильев В. А., Громков Н. В., Москалев С. А. ; опубл. 27.09.2011, Бюл. № 27.
12. Патент RU 2631494 Универсальный модуль частотного интегрирующего развертывающего преобразователя для датчиков физических величин / Васильев В. А., Громков Н. В., Жоао А. Ж. ; опубл. 20.09.2017, Бюл. № 27.