Содержание к диссертации
Введение
1. Постановка задачи исследования и анализ измерительного преобразователя 8
1.1. Аналитический обзор существующих типов датчиков, перспективные разработки 9
1.2. Основные методы изготовления элементов первичного преобразователя 14
1.3. Анализ резонатора 16
1.4. Анализ мембраны 17
1.5. Описание работы преобразователя 18
1.6. Механические свойства монокристалла кремния 20
1.7. Исследование конструкции измерительного преобразователя.. 22
1.7.1. Оценка статической характеристики измерительного преобразователя 23
1.7.2. Оценка влияния изменения линейных размеров резонатора и мембраны 25
1.8. Выбор направления исследования и постановка задачи 29
1.9. Результаты и выводы 31
2. Исследование измерительного преобразователя и разработка математической модели 33
2.1. Первоначальная математическая модель измерительного преобразователя 34
2.2. Оценка статической характеристики с учетом технологических допусков 35
2.3. Оценка основных конструктивных характеристик измерительного преобразователя 38
2.3.1. Оценка расстояния между электродами 38
2.3.2. Оценка толщины мембраны 39
2.3.3. Оценка толщины резонатора 42
2.4. Математическая модель измерительного преобразователя с учетом технологических допусков 43
2.5. Математическое моделирование изменения температурного режима работы 46
2.6. Математическая модель измерительного преобразователя с дополнительной зависимостью от температуры 49
2.7. Результаты и выводы 53
3. Исследование влияния внешних воздействующих факторов и разработка способа повышения чувствительности измерительного преобразователя . 56
3.1. Влияние внешних воздействующих факторов 56
3.1.1. Воздействие широкополосной случайной вибрации 57
3.1.2. Воздействие механического удара 59
3.1.3. Воздействие акустического шума 62
3.2. Описание конструктивных особенностей резонатора 64
3.3. Разработка способа повышения чувствительности 65
3.4. Результаты и выводы 74
4. Анализ существующих методов минимизации температурных погрешностей в стационарном температурном режиме эксплуатации. разработка способов компенсации аддитивной температурной погрешности 76
4.1. Обзор существующих методов минимизации температурной погрешности 77
4.2. Датчик с выходным сигналом в виде девиации амплитуды напряжения 87
Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по амплитуде колебаний резонатора 96
4.3. Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по фазе колебаний резонатора 108
4.4. Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по амплитуде колебаний резонатора и инвертирующим сумматором в обратной связи 116
4.6. Результаты и выводы 124
Глава 5. Разработка способов компенсации мультипликативной температурной погрешности и общей температурной погрешности 129
5.1. Датчик с выходным сигналом в виде девиации амплитуды напряжения 129
5.2. Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по амплитуде колебаний резонатора 140
5.3. Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по фазе колебаний резонатора 150
5.4. Разработка способа компенсации общей температурной погрешности 158
5.5. Результаты и выводы 184
Заключение 188
Список литературы 198
- Основные методы изготовления элементов первичного преобразователя
- Оценка основных конструктивных характеристик измерительного преобразователя
- Датчик с выходным сигналом в виде девиации амплитуды напряжения
- Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по амплитуде колебаний резонатора
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие авиационного приборостроения неразрывно связано с созданием летательных аппаратов новых типов, обладающих большой скоростью и дальностью полета и требующих все более высокого уровня автоматизации процессов управления полетом. Дальнейшее совершенствование систем автоматического управления полетом связано с решением ряда сложных научно-технических проблем в области конструирования приборов и датчиков.
Параметры движения летательных аппаратов являются однозначными функциями статического и полного давлений. Датчики давлений во многом определяют метрологические и технологические характеристики системы воздушных сигналов (СВС), такие как точность, диапазоны измерения, надежность, долговечность, габаритные размеры, качество выходной информации системы и удобство обслуживания в эксплуатации. Кроме того, развитие класса беспилотных летательных аппаратов приводит к ужесточению требований по габаритно-весовым характеристикам датчиков. Это требует больших материальных затрат, так как эти датчики обладают высокими метрологическими характеристиками. Разработкой авиационных датчиков давлений занимаются фирмы: Ульяновское конструкторское бюро приборостроения, Восход (Россия); Rosemount Engineering, Honeywell Corp. (США); Solatron Transducer Ltd. (Англия); французские Crouzet, Jaeger и многие другие.
Работы по совершенствованию датчиков давлений ведутся в следующих направлениях.
Повышение точности измерения в условиях работы при всех дестабилизирующих факторах. Одним из наиболее мощных дестабилизирующих факторов в процессе эксплуатации является температура, поэтому решение вопросов компенсации именно температурной погрешности позволяет уменьшить погрешность измерений в процессе эксплуатации до приемлемых значений.
Расширение диапазонов измерения, повышение точности и чувствительности. Особую трудность составляют измерения околонулевых значений наряду с измерениями больших давлений.
Уменьшение потребляемой мощности. В данном вопросе используются преимущества полупроводниковой технологии, на базе которой разрабатываются полупроводниковые датчики.
Наиболее перспективными датчиками для СВС военных и гражданских летательных аппаратов являются: полупроводниковый с использованием тензо-резистивного и пьезоэлектрического эффектов; вибрационно-частотный; емкостный. Основная погрешность датчиков должна быть 0.005 - 0.01% от измеряемого давления; потребляемая мощность не более 1-1.5 Вт; масса порядка 0.1 кг в минимальном габаритном объеме. Только такие характеристики датчиков давления позволяют реализовать требования норм летной годности самолета к параметрам движения в СВС. Таким образом, повышение точности и чувствительности датчиков механических величин является актуальной задачей, решение которой позволит разрабатывать датчики механических величин, удовлетворяющие современным требованиям норм летной годности самолетов.
Целью диссертационной работы является повышение точности и чувствительности частотных датчиков механических величин из монокристаллического кремния за счет выбора конструктивного исполнения элементов преобразователя и уменьшения погрешности измерения при воздействии внешних дестабилизирующих факторов, особенно температуры.
Задача научного исследования заключается в разработке и исследовании частотных датчиков механических величин, изготовленных из полупроводникового материала (монокристалл кремния), для обеспечения требуемой точности и чувствительности измерения при воздействии различных внешних факторов, таких как температура, механический удар, вибрация и др., должны быть разработаны соответствующие способы компенсации влияния внешних воздействующих факторов.
Поставленная задача исследования решается в следующих направлениях.
Исследование конструктивных вариантов исполнения частотного датчика механических величин с целью повышения чувствительности к измеряемому параметру.
Исследование влияния внешних воздействующих факторов (широкополосная случайная вибрация, механический удар, акустический шум, температура) на погрешность частотного датчика.
Проведение анализа механизма возникновения температурных погрешностей частотных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации. Анализ существующих способов уменьшения температурных погрешностей частотных датчиков (схемных, конструктивных, технологических) с целью определения направления дальнейших исследований по уменьшению температурной погрешности.
Разработка способов компенсации температурной погрешности частотных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации.
Методы исследования. При решении поставленной задачи использовались методы математического моделирования физических процессов, статистической обработки результатов, расчетов электрических цепей. Достоверность полученных научных результатов определяется применением математических моделей и подтверждена результатами сравнения математического моделирования аналогичных измерительных преобразователей с экспериментальными данными.
Научная новизна работы заключается в следующем.
1. Предложен новый способ повышения чувствительности частотных
датчиков механических величин.
Разработаны математические модели частотного датчика давления, позволяющие получить функции преобразования для информационной составляющей выходного сигнала датчика.
Предложены новые способы компенсации аддитивной температурной погрешности (АТП) частотных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации.
Разработаны способы компенсации мультипликативной температурной погрешности (МТП) частотных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации с целью уменьшения температурной погрешности.
Разработан способ компенсации общей температурной погрешности (ОТП) частотных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации с учетом взаимной корреляции элементов, предназначенных для компенсации АТП и МТП, с целью уменьшения температурной погрешности.
Практическая ценность. Одним из результатов работы является создание научно-обоснованной методики математического моделирования преобразователей давления с выходным сигналом в виде частоты, что позволяет в дальнейшем проектировать частотные преобразователи давления с заданными точностью и чувствительностью измерения, а также с выбранным запасом механической прочности преобразователя.
Разработанный способ оценки технологических допусков на геометрические размеры измерительного преобразователя (ИП) при изготовлении чувствительного элемента позволяет предсказать изменение статической характеристики частотного датчика давления и запаса прочности конструкции преобразователя в зависимости от точности изготовления чувствительного элемента.
Предложенные способы компенсации АТП, МТП и ОТП позволяют уменьшить температурную погрешность частотного датчика в стационарном температурном режиме эксплуатации.
Реализация и внедрение результатов. Работа выполнена в соответствии с план-графиком по теме «Сенсор» ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения». Полученные научные и практические результаты внедрены в ОАО «УКБП» при проектировании и разработке подобных частотных датчиков давления и в учебный процесс на кафедре «Измерительно-вычислительные комплексы» УлГТУ.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях УлГТУ «Вузовская наука в современных условиях» (Ульяновск, 2003 - 2006), международных конференциях «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке, технике и экономике» (Ульяновск, 2003-2006).
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи, 4 материалов и тезисов докладов, получено 3 патента на изобретение, оформлено 9 научно-технических отчетов в ОАО «УКБП».
Основные положения, выносимые на защиту.
Способ повышения чувствительности частотных датчиков механических величин позволяет повысить чувствительность к измеряемому параметру.
Математические модели частотного датчика давления позволяют проводить математическое моделирование частотного датчика давления для определения статической характеристики и максимальных механических напряжений в конструкции.
Способы компенсации АТП частотных датчиков позволяют снизить погрешности в стационарном температурном режиме эксплуатации.
Способы компенсации МТП частотных датчиков позволяют снизить погрешности в стационарном температурном режиме эксплуатации.
Способ компенсации ОТП частотных датчиков в стационарном температурном режиме эксплуатации позволяет снизить температурную погрешность с учетом взаимной корреляции элементов, предназначенных для компенсации АТП и МТП.
Структура и объем работ.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка литературы, включающего 86 наименований. Основная часть работы изложена на 193 листах машинописного текста. Работа содержит 34 рисунка и 21 таблицу.
Основные методы изготовления элементов первичного преобразователя
В настоящее время широко используются следующие методы химического травления: изотропное - растворение полупроводника с одинаковой скоростью травления по всем направлениям монокристалла; анизотропное -растворение полупроводника с различной скоростью по разным направлениям монокристалла; селективное - растворение полупроводника с различной скоростью на разных участках поверхности с одной и той же кристаллографической ориентацией подложки (либо с различными скоростями травления слоев разного химического состава в избирательных травителях); локальное -удаление материала лишь со строго ограниченных и заданных участков подложки; послойное - равномерное последовательное снятие тонких поверхностных слоев полупроводника после ионной имплантации, диффузии легирующей примеси [21].
Для травления кремния используют изотропное и анизотропное травление. Анизотропные травители травят кремниевую подложку в направлениях [100] и [110] с более высокой скоростью, чем в направлении [111]. В большинстве случаев анизотропные травители представляют собой многокомпонентные растворы, состоящие из окислителя, который окисляет кремний до гидратированного диоксида кремния, и комплексообразователя, предназначенного для того, чтобы в реакции гидратированным диоксидом кремния образовывать растворимый комплексный ион и воду. Изотропные травители травят кремний во всех кристаллографических направлениях примерно с одинаковой скоростью. Они используются для травления и химического полирования кремния.
Кремний с ориентацией (100). Плоскость (100) является единственной из главных плоскостей, при пересечении которой плоскостями (ПО), (111), (100) и (211) образуют фигуры с прямоугольной симметрией. Поэтому этой плоскости отдается предпочтение при создании приборов, которые изготавливаются с использованием методов анизотропного травления. Плоскость (100) пересекается четырьмя плоскостями (111) под углом 54 44 (54 74 ). При ориентации сторон окна вдоль направления [ПО] или перпендикулярно ему (параллельно следу плоскости (111)) получают фигуры травления пирамидальной формы с боковыми стенками, ограниченными плоскостями (111), и дном, ограниченным плоскостью (100) (рис. 1.5). Анизотропные травители растворяют кремний в плоскости (100) до тех пор, пока травление не дойдет до плоскостей {111}, начинающихся у края окна в пленке S1O2 и встречающихся так, что они образуют V-образный профиль.
Внешний вид начальной конструкции резонатора приведен на рис. 1.6, который разработан на базе прототипа резонатора, представленного в патенте США №4 813 271 от 21.03.1989 г.
Резонатор обладает двумя линиями симметрии, растягивающая сила F приложена к местам закрепления резонатора. Центральная часть резонатора представляет собой балочный элемент с утолщением средней части. Резонатор при помощи растяжек связан с местами закрепления.
Проведенный анализ резонатора выявил следующие особенности резонатора. 1. Начальная частота собственных колебаний резонатора зависит от толщины резонатора, ширины центральной части и растяжек резонатора с местами закрепления. 2. Форма колебаний на основной гармонике характеризуется тем, что перемещения средней части резонатора происходят в противофазе с перемещениями боковых частей резонатора. 3. Целесообразно использование емкостного способа возбуждения и регистрации колебаний. Возбуждение колебаний резонатора лучше произво дить в центральной части резонатора, а регистрацию колебаний производить боковыми электродами. В случае возбуждения колебаний резонатора с ис пользованием боковых электродов повышаются требования к точности изго товления резонатора, поскольку изменение массовых характеристик в силу погрешности изготовления ведет к несимметричности возбуждения колеба ний, а, следовательно, искажается и форма колебаний резонатора. 4. В связи с возбуждением колебаний резонатора в центральной части резонатора для увеличения площади возбуждения центральная часть изменена таким образом, что центр гибкой связи между инерционными пластинами представляет собой восьмиугольник. 5. Резонатор прототипа предназначен для колебаний в вакууме, в противном случае коэффициент добротности уменьшится вследствие появления потерь на трение. Одним из методов уменьшения потерь на вязкое трение и акустические эффекты является способ изготовления резонатора с различными видами вырезов, аналогично приведенному в патенте WO90/12298, кл. G01L9/00,11/00 от 18.10.1990 г.
Оценка основных конструктивных характеристик измерительного преобразователя
Для оценки расстояния между электродами необходимо провести измерение емкости, создаваемой электродами, либо центральной либо двух боковых. Будем ориентироваться на боковые электроды. Измерение должно проводиться при разности давлений между давлением во внутренней полости преобразователя и внешним давлением равной нулю, т.е. либо вакуум, либо внутренняя полость преобразователя не должна быть герметичной. Если указанная ранее разность давлений будет отлична от нуля, то расстояние между электродами будет зависеть от толщины мембраны и величины разницы давлений.
При статическом приложении напряжения между электродами происходит незначительное изменение расстояния между электродами, поскольку на резонатор воздействует давление притяжения и резонатор деформируется, но как показало математическое моделирование этим изменением расстояния в статическом состоянии можно пренебречь.
Как известно, величина емкости, образованной двумя плоскими пластинами, описывается следующим образом: где Е0 = 8.8542-10"12 Ф/м - диэлектрическая постоянная; є - диэлектрическая постоянная материала между электродами (для воздуха равна единице); S- площадь поверхности одной пластины (меньшей, если они не равны); d- расстояние между пластинами. При использовании боковой емкости в формуле 2.5 используется площадь бокового электрода, а при использовании электродов в центральной части резонатора - площадь электродов центральной части. Таким образом, по известным значениям емкости С и площади S определяется расстояние между электродами.
По имеющейся зависимости перемещения резонатора от толщины резонатора, толщины мембраны, измеряемого давления (табл. 2.1) получена зависимость перемещения резонатора от толщины мембраны и измеряемого давления, усредняя результаты для различных толщин резонатора.
Зная перемещение резонатора от приложения измеряемого давления (по начальной величине емкости и по емкости при действии измеряемого давления), можно оценить толщину мембраны, см. табл. 2.5.
Далее проведена аппроксимация полученных данных полиномом третьего порядка в следующем виде: где 6(Н,Р) - перемещение резонатора, мкм; CS- коэффициент слагаемого; Я- толщина мембраны, мкм; kl - степень параметра «//» (толщина мембраны); Р - измеряемое давление, кПа; к2 - степень параметра «Л (измеряемое давление); п - общее количество слагаемых, п = 10. Все указанные параметры приведены в табл. 2.6. Погрешность аппрок симации лежит в пределах от минус 7.32125 1(Г4до1.23002 10 3 мкм. Для удобства оценки толщины мембраны в зависимости от перемещения резонатора проводим аппроксимацию данных табл. 2.5 с целью получения зависимости толщины мембраны от перемещения резонатора и измеряемого давления. Аппроксимацию проводим полиномом четвертого порядка в следующем виде: где Н(5,Р) - толщина мембраны, мкм; CH - коэффициент слагаемого; S- перемещение резонатора, мкм; kl - степень параметра «&у (перемещение резонатора); Р - измеряемое давление, кПа; к2 - степень параметра «Р» (измеряемое давление); п - общее количество слагаемых, «=15. Все указанные параметры приведены в табл. 2.7. Погрешность аппроксимации лежит в пределах от минус 0.45657 до 0.53932 мкм, максимальная погрешность составляет 0.49 % от номинальной толщины мембраны.
Датчик с выходным сигналом в виде девиации амплитуды напряжения
В силу технологических трудностей единственно возможным способом регистрации температуры является измерение температуры крышки измерительного преобразователя (т.е. элемента с расположенными на нем электродами).
Сама схема распространения тепла от внешней среды к измерительному преобразователю следующая: от внешнего источника тепла (либо элемента крепления) тепло передается по штуцеру на стекло (подставка измерительного преобразователя). Стекло является плохим проводником тепла по сравнению с металлами, поэтому скорость передачи тепла уменьшается. Далее постепенно прогревается сам измерительный преобразователь. В силу того, что диаметр стеклянной трубки менее 5 мм, то конвективный теплообмен практически отсутствует. На основании проведенных ранее тепловых расчетов кристаллов Силикон, преобразователей давления ПД-1, ПД-5, ПДСД-З-А, можно с определенной долей уверенности сказать, что при разнице температуры 60С между окружающей средой и измерительным преобразователем время установления одинаковой температуры по всему объему измерительного преобразователя составит порядка двух минут.
Таким образом, существующие методы компенсации температурной погрешности либо не обеспечивают заданную точность, либо технологически сложны. Кроме того, одной из характерной черты исследуемого преобразователя является уменьшение габаритно-весовых характеристик и уменьшение потребляемой мощности, что не позволяет использовать исследуемый преобразователь в сдвоенном режиме работы. Поэтому дальнейшая работа велась в направлении разработки способов компенсации температурной погрешности, которые позволили бы достичь заданную точность компенсации температурной погрешности при существующей чувствительности к измеряемому параметру и избежать указанных недостатков рассмотренных способов компенсации.
Кроме решения задач компенсации температурной погрешности в стационарных температурных режимах эксплуатации часто возникают вопросы температурной погрешности в нестационарных режимах эксплуатации. В нестационарных режимах работы прогрев преобразователя происходит неравномерно, и, как следствие, геометрические размеры преобразователя также изменяются неравномерно. Это приводит в первую очередь к появлению аддитивной температурной погрешности. Ниже приведен один из способов выявления механизма образования аддитивной температурной погрешности. (19) Россия (RU), (11) 2 253 087, (45) 27.05.2005, (51) G01B7/16, G01L9/04, (73) Ульяновский государственный технический университет, (72) Тихоненков В.А., Сорокин М.Ю., Тихоненков Е.В., (54) Способ выявления механизма образования аддитивной температурной погрешности тензорези-сторных датчиков давления с мостовой измерительной цепью.
Выявление механизма возникновения аддитивной температурной погрешности достигается путем воздействия на приемную полость датчика температурным скачком (например, термоудар может быть создан жидким азотом), и в течение всего времени термостабилизации датчика производят съем падений напряжения на всех четырех тензорезисторах одновременно. В каждый момент времени термоудара определяют изменение сопротивления тен-зорезисторов по изменению падения напряжения, определяют амплитуды изменения падения напряжения на всех четырех тензоразисторах в течение всего времени термоудара и оценивают их расхождение как по амплитуде, так и временной сдвиг. Производят сложение падений напряжений на тензо-резисторах находящихся в противолежащих плечах мостовой схемы в каждый момент времени термоудара и полученные суммы падений напряжений вычитают друг из друга. В результате получают изменение начального выходного сигнала датчика в течение всего времени термоудара, по которому рассчитывают аддитивную температурную чувствительность. Таким образом, предлагаемый способ определения аддитивной температурной чувствительности тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью позволяет не только определить характер изменения погрешности во времени и ее количественную характеристику, но и выявить механизм ее возникновения и наметить пути ее минимизации.
Результаты эксперимента и проведенный анализ полностью подтверждают теоретические выводы о влиянии неравномерности температурных полей и полей температурных деформаций при воздействии нестационарных тепловых режимов на аддитивную температурную погрешность тензорезисторных датчиков. При этом, основную роль в образовании этой погрешности играют как разница в амплитудах изменения падений напряжений в результате изменения сопротивлений тензорезисторов при нестационарных температурных режимах из-за неравномерности температурных полей и полей температурных деформаций, так и их временной сдвиг относительно друг друга. Откуда следует вывод, что для минимизации температурных погрешностей в нестационарных тепловых режимах работы датчика необходимо размещать тензорезисторы мостовой измерительной цепи в одинаковых температурных условиях (температурные поля и поля температурных деформаций) как по амплитуде, так и во времени.
Одним из направлений работы в дальнейшем будет решение задачи компенсации аддитивной температурной погрешности в нестационарных температурных режимах эксплуатации.
Как было показано ранее, точность температурного канала не обеспечивает требуемую точность компенсации температурной погрешности исследуемого преобразователя. Поэтому дальнейшая работа была нацелена на разработку способов компенсации температурной погрешности исследуемого преобразователя с сохранением достигнутой чувствительности к измеряемому параметру.
Преобразователь с частотным выходом и обратной связью по амплитуде колебаний резонатора
Решаемой задачей, является разработка способа компенсации мультипликативной температурной погрешности датчика с вибрирующим элементом с выходным сигналом в виде девиации частоты, который позволил бы повысить точность минимизации мультипликативной температурной погрешности в условиях стационарных температурных режимов. Решение задачи заключается во введении термозависимого элемента в нормирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, который изменяет коэффициент усиления таким образом, что при изменении температуры амплитуда сигнала, подаваемого на детектор, который преобразует синусоидальный сигнал в постоянное напряжение, не изменяется. Следовательно, и управляющее напряжение с детектора, подаваемое на генератор гармонических колебаний, не изменяется при изменении температуры, частота генератора также остается постоянной. В результате этого девиация частоты генератора, следовательно, и девиация частоты выходного сигнала от измеряемого параметра при изменении температуры остается постоянной. На рис. 5.4 приведена структурная схема преобразователя: 1 - генератор гармонических колебаний, управляемый напряжением, 2 - резонатор, 3 -нормирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, 4 - детектор, преобразующий синусоидальный сигнал в постоянное напряжение, 5 - термозависимый элемент, Т- внешний воздействующий фактор - температура, Р - измеряемый параметр, например, давление. Выход преобразователя представляет собой синусоидальный сигнал, девиация частоты которого соответствует девиации частоты колебаний вибрирующего элемента 2 от измеряемого параметра Р. Резонансная кривая вибрирующего элемента аналогична приведенной на рис. 5.2.
При максимальной температуре и отсутствии измеряемого параметра амплитуда колебаний Х$ вибрирующего элемента усиливается при помощи нормирующего усилителя и преобразуется в постоянное напряжение детектором такой величины, чтобы частота генератора была равна частоте собственных колебаний вибрирующего элемента, т.е. колебания вибрирующего элемента происходят в резонансе. При увеличении измеряемого параметра (например, давления) вследствие несоответствия частоты генератора /0 частоте собственных колебаний вибрирующего элемента, которая увеличивается при увеличении измеряемого параметра и становится равной некоторой частоте/ , (для которой амплитуда колебаний вибрирующего элемента уменьшается до Х+ без учета влияния обратной связи), см. рис. 5.2, уменьшается и напряжение, подаваемое на вход управляемого напряжением генератора. Частота генератора в соответствии с изменением управляющим напряжением также изменится на величину, определяемую функциональной зависимостью частоты генератора от управляющего напряжения, и становится равной частоте собственных колебаний /+ вибрирующего элемента. Таким образом, поддерживаются колебания вибрирующего элемента в резонансе при любом значении измеряемого параметра и максимальном значении температуры. При минимальной рабочей температуре изменению величины измеряемого параметра от минимального до номинального соответствует изменение частоты собственных колебаний вибрирующего элемента от/Jj до/., а амплитуда колебаний уменьшается от Х0 до X. (без учета обратной связи). Поскольку благодаря обратной связи колебания вибрирующего элемента поддерживаются в резонансе, то частота генератора также изменяется от до_/1 при изменении величины измеряемого параметра от минимального до номинального, что приводит к появлению мультипликативной погрешности.
При введении в нормирующий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления термозависимого элемента колебания вибрирующего эле мента происходят в резонансе при любом значении измеряемого параметра, но только при той температуре, при которой производилась настройка схемы поддержания колебаний вибрирующего элемента. Изменение температуры приводит к изменению величины термозависимого элемента, следовательно, и коэффициента усиления нормирующего усилителя. Это означает, что изменяется функциональная зависимость между изменением амплитуды колебаний вибрирующего элемента и требуемым изменением частоты генератора гармонических колебаний, поэтому колебания вибрирующего элемента происходят не в резонансе при изменении температуры. Амплитуда колебаний вибрирующего элемента в этом случае меньше, чем в случае, когда колебания вибрирующего элемента происходят в резонансе, но выходной сигнал является зависимостью частоты колебаний от измеряемого параметра, поэтому изменение амплитуды колебаний вибрирующего элемента не влияет на точность измерения. Измененная функциональная зависимость между изменением амплитуды колебаний вибрирующего элемента и требуемым изменением частоты генератора гармонических колебаний должна быть такой, чтобы девиация частоты выходного сигнала от измеряемого параметра оставалась постоянной при любом изменении температуры.
