Полупроводниковый тензопреобразователь

 

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТЕНЗОПРЕг ОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий расположенные на упругом элементе калибровочный резистор и соединенные в мост Уитстона тензорезисторьг, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и достоверности диагностирования, в него введен,дополнительный калибровочный резистор, причем каждай из калибровочных резисторов включен в смежное плечо моста между тензорезистором и выходной клеммой моста, температурный коэффициент сопротивления материала калибровочных резисторов равен алгебраической сумме температурных коэффициентов сопротивления тензорезисторов и коэффициента их тензочувствительности , а сопротивления калибровочных резисторов равны по величине.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНЙХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) С 01 Р 15/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3615225/24-10 (22) 08. 07. 83. (46) 07,02.85. Бюл. 9 5 (72) Б.И.Бережнюк, А.И,Митина, )Б.И.Пивоненков и M.H.Замылко (53) 531.768(088.8) (56) 1..Патент США 11- 3447362, кл. G 01 Р 15/12; 1969.

2. Инструкция по эксплуатации пьезорезистивных акселерометров

"Endevco", 1978. (54)(57) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ТЕНЗОПРЕ-.

ОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий расположенные на упругом элементе калибровочный резистор и соединенные в мост

Уитстона тензорезисторы, о т л и.,SU, 1138 .50 A ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности и достоверности диагностирования, в него введен,дополнительный калибровочный резистор, причем каждый из калибровочных резисторов включен в смежное плечо моста между тензорезистором и выходной клеммой моста, температурный коэффициент сопротивления материала калибровочных резисторов равен алгебраической сумме температурных коэффициентов сопротивления тензо-. резисторов и коэффициента их тензо-. чувствительности, а сопротивления калибровочных резисторов равны IIO величине. т 11387

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении ускорения, вибрации и давления, Известен полупроводниковый тен5 зопреобразователь, содержащий четыре тензореэистора, соединенные в мост

Уитстона, балансировочные и компенсационные резисторы 11 1.

Недостатком данного устройства !0 является невозможность диагностирования состояния преобразователя после его установки на измеряемом объекте.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является по лупроводниковый тензопреобразователь фирмы Endevco который включает в себя мост Уйтстона, образованный двумя тензорезисторами и двумя пассивными прецизионными резисторами.

Параллельно одному иэ пассивных резисторов через переключатель подключен калибровочный резистор, величина которого значительно больше сопротивления резистора полумоста f2(,25

Однако известному устройству присущи недостатки, заключающиеся в невозможности проведения -калибровки при воздействии на преобразователь измеряемого ускорения. Кроме того, с изменением температуры изменяется крутизна. преобразования устройства, поэтому соотношение между сигналом калибровки и сигналом на диапазон меняется что снижает точность измен

35 рения.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности диагностирования состояния преобразователя в процессе измерений.

Указанная цель достигается тем, что в полупроводниковом тензопреобраэователе, содержащем расположенные на упругом элементе калибровочный резистор и соединенные в мост Уитсто-„ на тензорезисторы, введен дополнительный калибровочный резистор, причем каждый из калибровочных резисторов включен в смежное плечо моста между тензорезистором и выходной клеммой моста, температурный

50 коэффициент сопротивления материала калибровочных резисторов равен алгебраической сумме температурных коэффициентов сопротивления тензорезисторов и коэффициента их тензочувствительности, а сопротивления калибровочных резисторов равны по величине.

50 2

На фиг. 1 изображена электрическаясхема тензонреобразователя; на фиг.2 — возможная топологическая реализация чувствительного элемента; на фиг.3 — конструкция акселерометра.

Тензообразователь 1 содержит тен-. зорезисторы 2-5, соединенные в мост

Уитстона. В два смежных плеча моста последовательно с тензорезисторами

2 и З.подключены калибровочные резисторы 6 и 7, от одного из которых сделан дополнительный отвод. Питание тензопреобразователя 1 осуществляется расположенным во вторичной аппаратуре 8 источником 9. Переключатель 10 предназначен для выбора режима измерение-калибровка, поДключая на вход усилителя 11 либо выходной сигнал, либо сигнал калибровки, Усилитель своим выходом соединен с регистратором 12.

Чувствительный элемент 13 выполнен в виде профилированной консоли. Тензорезисторы 2-5 образованы диффуэией бора в кремниевую подложку и соединены алюминиевыми металлизированными дорожками с балансировочными резисторами 14 и !5, образованными также диффузией бора, и термокомпенсационными тонкопленочными резисторами 16 и 17 иэ нихрома„ Балансировочные и термокомпенсационйые резисторы до проведения настройки закорочены алюминиевыми перемычками, Калибровочные резисторы.18 и 19 равного сопротивления из нихрома подключены последовательно с тензорезисторами 2 и 3. Для прецизионной настройки величины калибровочных резисторов служат подстроечные резисторы 20 и 20а, до настройки saкороченные алюминиевыми перемычками. К контактным площадкам 21-25 приварены золотые проводники. Тензорезисторы 2-5 расположены над профилированным участком 26 балки, т.е. в области деформации. Для случая использования тензопреобразователя в акселерометре 27 чувствительный элемент в виде консольно закрепленной балочки прикреплен к основанию 28 и закрыт крышкой 29, Соединение со вторичной аппаратурой осуществляется через кабель 30, укрепленный на основании .28. Устройство работает следующим образом. л-л

8-8

Риа

3 ll

При подаче питающего напряжения на входную диагональ моста на его выходной диагонали возникает близкий к нулю сигнал. Одновременно между выводами К к Ч @„„ формируется калибровочный сигнал Ч„. При необходимости в процессе изготовления преобразователя подключением балансировочных и термокомпенсационных резисторов 14-17 проводится точная балансировка и термокомпенсация начального сигнала, измеряется сигнал данного преобразователя, достигаемый в измеряемом диапазоне

Ч и подключением подстроечных каД У либровочных резисторов 20 и 20а проводится точная настройка калибровочного напряжения на заданную величину отношения У„/Ч, .

При изменении температуры меняется начальный сигнал преобразователя но это не сказывается на веЭ личине V . а изменение Ч„ с температурой имеет тот же характер, ч к1 что и изменение V, так что отношение .4

Ч /Ч остается неизменным для шиА

1 рокого диапазона температур.

38750 4

П и воздействии ускорения на.

P е 31 акселерометр 27 свободныи конец балки 13 смещается, балка деформируется и. .на выходе моста появляется сигнал, пропорциональный действующему,ускорению. Величина калибровочного напряжения остается неизменной, что позволяет проводить калибровку непосредственно в процессе измерений. Любая неисправность измере преобразователя скажется на а величине калибровочного напряжения, что позволяет диагностировать неисправность преобразователя..

Таким образом, введение в мостовую схему калибровочных резисторов позволяет повысить точность измерения за счет исключения. температурной погрешности устройства, повысить

20 точность калибровки, исключив Из нее вклад от начального сигнала преобразователя, обеспечить возмож-. ность проведения калибровки и диагностирования преобразователя не25 посредственно в процессе измерений.

Г2

ВНИИПИ Заказ 10681/35 .

Тираж 897 П Юпн жое филиал ЕПП "Патент" ° г. Ужгород, ул. Проектная, 4