Тензорезисторный датчик

 

1. ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ flATMIiK, содержащий четырехплечий тензорезисторный мост, в два смежных плеча которого последовательно, тензорезисторам включены дополнительные резисторы , два транзистора, источник питания , соединенньй с вершинами диагонали питания четьфехпдечего тензорезисторного моста, вершины измерительной диагонали которого соединены с индикатором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены управляемый источник напряжения и два вспомогательных резистора , общие выводы которых соединены с первой вершиной измерительной диагонали четырехплечего тензорезисторного моста и с первым выходом управляемого источника напряжения, второй выход которого соединен с первыми вьшодами транзисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с другими выводами вспомогательных резисторов, третьи вьшоды транзисторов соединены соответственно с первыми выводами дополнительных резисторов , вторые вьшоды которых соединены с первой вершиной измерительной диагонали четырехплечего тензорезисторного моста. 2.Датчик по п. I, отличающийся тем, что первые выводы транзисторов соединеныс затворами, сл вторые выводы транзисторов соединены с истоками, третьи выводы транс: зисторов соединены со стоками полевых транзисторов различного типа проводимости. 3.Датчик по п. 1, отличающийся тем, что дополнительные и вспомогательные резисторы и полевые транзисторы размещены на упруСП гом элементе на одной подложке с тензорезисторами и вьтолнены по инОд тегральной технологии, 4.Датчик по п. 1, отличаю05 щийся тем, что сопротивление тензорезисторов и дополнительных резисторов находятся в соотношении 1:100, а вспомогательных и дополнительных резисторов - в соотношении не более 25:1.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„80,„, 1157346

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3498077/24-21 (22) 30.09.82 (46) 23.05.85. Бюл. 11 19 (72) С.С.Зверев, M.М.Парфенов, А,АеЦывин, А,P,Ëåïîðñêèé и Л.M.Кузнецов (71) Научно-исследовательский и конструкторский институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (53) 621.317.733 (088.8) (56) Контрольно-измерительная техника, -Экспресс-информация, .1972, У 41, с. 42-48, Завяка ФРГ 9 1573926, кл. С 01 1. 1/22, опублик. 1972. (54)(57) 1. ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК, содержащий четырехплечий тензореэисторный мост, в два смежных плеча ко« торого последовательно тензорезисторам включены дополнительные резисторы, два транзистора, источник питания, соединенный с вершинами диагонали питания четырехплечего тензорезисторного моста, вершины измерительной диагонали которого соединены с индикатором, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены управляемый источник напряжения и два вспомогательных резистора, общие выводы которых соединены с первой вершиной измерительной диагонали четырехплечего тензореэис i511 с 01 в 7/i8; а о1 к i7/iî торного моста и с первым выходом управляемого источника напряжения, второй выход которого соединен с первыми выводами транзисторов, вторые выводы которых соединены соответственно с другими выводами вспомогательных резисторов, третьи выводы транзисторов соединены соответственно с первыми выводами дополнительных резисторов, вторые выводы которых соединены с первой вершиной измерительной диагонали четырехплечего тензорезисторного моста.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что первые выводы транзисторов соединены с затворами, вторые выводы транзисторов соединены с истоками, третьи выводы транэисторое соепииеии со стоками поле- С» вых транзисторов различного типа проводимости.

3. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что дополнительные и вспомогательные резисторы и поле@ю вые транзисторы размещены на упругом элементе на одной подложке с тензореэисторами и выполнены по ин,тегральной технологии, 4. Датчик по п. i о т л и ч а ю- 4 шийся тем, что сопротивление ф".1 тенэорезисторов и дополнительных резисторов находятся в соотношении

1:100, а вспомогательных и дополнительных резисторов - в соотношении не более 25:1.

1157346

Изобретение относится к средствам измерения механических величин электрическими методами.

Цель изобретения - повышение точности балансировки. 5

На чертеже представлена устройство.

Тензореэисторный датчик содержит тензорезисторы 1-4, дополнительные резисторы 5 и 6, вспомогательные ре- 10 зисторы 7 и 8, полевые транзисторы 9 и 10 различного типа проводимости, управляемый источник 11 напряжения, вход 12, выход 13.

Тензорезисторы 1-4, составляют пле-5 чи четырехплечего тензорезисторного моста, последовательно с тензарезистором 4 включен дополнйтельный резистор 5, а последовательно с тензорезистором включен дополнительный ре-20 эистор б, паралцельно каждому дополнительному резистору 5 и б включены цоследовательно соединенные вспомогательный резистор 7 и 8 и сопротивление каналаполевых транзисторов 9 и 10 соответственно. Один выход управляемого источника ll напряжения соединен с вершиной измерительной диагонали четырехплечего тензореэисторного мос-, та, с которой также соединены общие ЗО вьяоды дополнительных и вспомогательных резисторов, второй выход управляемого источника 11 соединен с затворами полевых транзисторов 9 и 10, вход 12 соединен с вершинами диагонали питания, а выход 13 - с вершинами измерительной диагоцали четырехплечего тензорезисторного моста.

Устройство работает следующим образом. 40

При отсутствии воздействия измеряемой величины и подаче питания на вход 12 сигнал раэбаланса мостовой схемы определяется величиной разброса номиналов сопротивлений тензореэисторов 1-4. Для сигнала управляемого источника 11 напряжения, равного нулю, сопротивления каналов (сопротивления между истоком и стоком) полевых транзисторов 9 и 10 одинако- 50 вы при постоянной и изменяющейся температурах и на выходе 13 сигнал определяется только разбросом сопротивления тензорезисторов 1-4. При по- даче сигнала заданной полярности на затворы полевых транзисторов 9 и 10 происходит изменение сопротивлений каналов в противоположные стороны: у одного - увеличивается, а у другого - уменьшается, так как в зависимости от типа проводимости один и тот же сигнал для одного полевого транзистора будет отпирающим, а для другого - запирающим.

При одном из напряжений управляемого источника 11 напряжения дополнительный разбаланс равен первоначальному и противоположен ему по знаку. В результате этого тензорезисторный датчик становится сбалансированным с заданной разрешающей способностью, Ввиду симметрии тензорезисторного датчика необходимый сигнал компенсации с источника ll напряжения пропорционален разбросу сопротивлений тензореэисторов 1-4, в связи с чем этот сигнал имеет достаточно малую величину, а устройство при заданном соотношении сопротивления тензорезисторов и дополнительных резисторов 1:100 и вспомогательных и дополнительных - не более 25:1 - повышенную стабильность балансировки, практически неизменяющуюся от температуры.

Для повышения температурной стабильности устройство должно быть реализовано в гибридном или интегральном вариантах. В последнем случае интегрируются в едином цикле изготовления не только пассивные 1.тенэорезисторы, резисторы), но и активные компоненты, а их расположение на едином упругом элементе обеспечивает выравнивание температур элементов компенсации (дополнительных 5 и 6 и вспомогательных резисторов 7 и 8, полевых транзисторов 9 и 10) с температурой тензорезисторов 1-4.

За счет того,.что дополнительные 5 и 6 и вспомогательные резисто= ры 7 и 8, а также полевые транзисто» ры 9 и 10 находятся при равных температурах, изменения их параметров от нагрева тензорезисторов 1-4, а также от изменения окружающей температуры являются одинаковыми и взаимокомпенсирующимися, в результате чего собственная температурная нестабильность полевых транзисторов и резисторов оказывает на несколько порядков меньшее влияния, чем от одиночного влияние полевых транзисторов, дополнительных и вспомогательных резисторов, 1157.. ВНИИПИ Заказ 3324/37 Тираж 651 Подписное

Филиал ППП "Патент", r Ужгород, ул.Проектная, 4

Так как через затворы полевых транзисторов 9 и 10 ток практически не течет, то отсутствует его влияние и влияние линии связи на температурную стабильность датника, что обеспечивает воэможность его дистанционной регулировки от управляемого источника 11 напряжения.

В зависимости от диапазона регули-1ð рования сигнала раэбаланса влияние нестабильности управляемого источника 11 напряжения меняется, но практически несложно обеспечить меньшее влияние источника питания эа счет его правильного выбора в сравнении с нестабильностью дополнительных резисторов 5 и 6 и тензисторов

1-4.

346 ф .Таким образом, применение полевых транзисторов разного типа проводимости, вспомогательных резисторов и управляемого источника напряжения, которые, кроме источника напряжения, располагаются на упругом элементе и выполнены по интегральной технологии, позволяет существенно повысить разрешающую способность и упростить балансировку тензорезисторного датчика и повысить точность балансировки за счет непрерывного изменения сопротивления полевых транзисторов и исключения градиента температур между компенсирующими и компенсируемыми элементами, обеспечить дистанционную балансировку тензорезисторного датчика в любой из наперед заданных моментов измерения сигнала.