КОМПЕНСАЦИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В АВИАЦИОННЫХ ПЬЕЗОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКАХ ДАВЛЕНИЯ

Аннотация

В настоящее время пьезорезистивные датчики давления (ПДД) широко применяются в различных микроэлектронных устройствах, используемых в авиационной технике. Пове- дение электрического сигнала таких ПДД в основном зависит от температуры окружаю- щей среды. Известно, что на температурный дрейф выходного сигнала ПДД влияют раз- личные факторы: температурный эффект, зависимость сопротивления чувствительного элемента от концентрации примесей, зависимость модуля Юнга мембраны датчика и под- ложки от температуры и др. Установлено, что разработанная ранее аналитическая ка- либровочная модель выходного сигнала ПДД, учитывающая отдельные температурные эффекты, не позволяет измерять давление с требуемой точностью в диапазоне изменения температур, характерном для авиационной техники, — от минус 60 до 140 С. Поэтому для описания зависимости выходного сигнала ПДД от измеряемого давления и температу- ры используются традиционные полиномиальные математические модели. В работе ис- пользуется традиционный подход, когда зависимость выходного напряжения от давления представляется с помощью полинома относительно невысокого порядка, а зависимости коэффициентов этого полинома от температуры также задаются соответствующими полиномами. К сожалению, температурные зависимости коэффициентов адекватно опи- сываются только полиномами высокого порядка (не менее 7), что усложняет процедуру идентификации модели и ведет к ошибкам вычислений. Поэтому авторы предложили ис- кать зависимости коэффициентов от температуры в виде кубических сплайнов. В работе подробно описана методика идентификации рассматриваемой полиномиальной модели и получены выражения для корректировки показаний ПДД при измерениях давления в широ- ких температурных пределах. С целью экспериментального подтверждения работоспо- собности предложенного метода была использована интеллектуальная промышленная автоматизированная система градуировки ПДД, описанная в работе. Показано, как с ее помощью можно снимать экспериментальные данные для градуировки показаний датчика в широких температурных пределах, и описана процедура идентификации математиче- ской модели датчика давления, необходимой для минимизации затрат на его сертифика- цию. Приведены результаты экспериментальных исследований конкретных ПДД, исполь- зуемых в авиационной технике.