Интегральный тензочувствительный элемент
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения давления, вибраций и деформаций. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения начального разбаланса и температурной зависимости выходного сигнала. Для этого чувствительный элемент содержит два резистора 7 и 8, включенные между затворами всех МДП-транзисторов 3-6 и выходами инверторов 1 и 2, которыми являются общие точки МДП-транзисторов 3-6. а величины сопротивлений выбираются также определенным образом.3 ил
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 7/16
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4452268/28 (22) 30,06.88 (46) 15.05.91. Бюл. М 18 . (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В.П.Драгунов и А.И.Ильенков (53) 531.781,2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
N 1453162, кл. G 01 B 7/16, 1987. (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТЕНЗОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в
ЫЛ 1648897 А1 системах измерения давления, вибраций и деформаций. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения начального разбаланса и температурной зависимости выходного сигнала. Для этого чувствительный элемент содержитдва резистора 7 и 8, включенные между затворами всех МДП-транзисторов 3 — 6 и выходами инверторов 1 и 2, которыми являются общие точки МДП-транзисторов 3 — 6, а величины сопротивлений выбираются также определенным образом. 3 ил.
1648897
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения давления, вибраций и деформаций, Цель изобретения — повышение точности эа счет уменьшения начального разбаланса и температурной зависимости выходного сигнала.
На фиг.1 представлена упрощенная пе-. редаточная характеристика инвертора; на фиг,2 — принципиальная электрическая схема интегрального тензочувствительного элемента; на фиг.3 — графики, поясняющие его работу.
Интегральный тензочувствительный элемент(фиг.2) содержит инверторы 1 и 2 на дополняющих МДП-транзисторах 3 — 6, образующих; мостовую схему. Общие точки
МДП-транзисторов 3 и 4, 5 и 6 являются выходами инверторов 1 и 2 и одновременно выводами измерительной диагонали моста, а МДП-транзисторов 3 и 5, 4 и 6- являются диагонали питания моста. Затворы всех
МДП-транзисторов соединены между собой, а также с выходами инвертора 1 через. резистор 7 и с выходом инвертора 2 через резистор 8, Точность измерений мостовыми схемами определяется рядом параметров. в том числе величиной сигнала начального разбаланса. Для определения этого сигнала рассмотрим упрощенную передаточную характеристику инвертора, приведенную на. фиг.1, где приняты обозначения: U — напряжение на выходе инвертора, О« — напряжение на выходе инвертора, E — напряжение источника питания, U — пороговое напря-.
- жение на входе, W — ширина переходной области характеристики.
Очевидно. что коэффициент усиления инвертора в переходной области характеристики
К= Е/W и
u=к(0 -u«)
При 100 обратной отрицательной связи первого инвертора 0 = Uex.
К1 1
ТОгда 0- 1+К 01=01
1+ К1
Это же напряжение является входным для втоООГОИНОЕОГОРВ.ТОГОО 02 = К2(02 — Ui)
К1
1 + K1 и начальный разбаланс на выходе известного прототипа чувствительного элемента, обусловленный неидентичностью значений параметров инверторов, равен
О .Ъ -4р = 01 02 1 К101 K202 (")
1 + К2 причем К«К2, Анализ приведенных выражений показывает, что в известном тензочувствительном элементе снижена точность измерений за счет сигнала начального разбаланса Л Опр.
5 величина которого обусловлена напряжением на затворах всех МДП-транзисторов, определяемым параметрами МДП-транзисторов только одной ветви мостовой схемы.
Интегральный тензочувствительный
10 элемент работает следующим образом, Напряжение на затворах всех МДПтранзисторов, как следует из фиг.2, определяется напряжениями 01и 02 на выходах инверторов 1 и 2 соответственно и делите15 лем разности этих напряжений, образуемым резисторами 7 и 8. В результате напряжение на измерительной диагонали моста определяется параметрами МДПтранзисторов 3-6 и отношением сопротив2О лений резисторов 7 и 8. Это напряжение при отсутствии деформации является начальным разбалансом на выходе тензочувствительного элемента. Используя принятые обозначения, можно получить выражение
25 для сигнала начального разбаланса тензочувствительного элемента..
1 + 3
hu = 1 К
1 +- — — а
1 + K1
30 где а = R1/R2 иг:Опр описывается формулой (1)
Следовательно. поскольку K1 < K2
hu. 1+а
XJ ð 1 + К2 (2)
35 "+1+ K1
Таким образом, интегральный тензочувствительный элемент имеет меньший по сравнению с известным сигнал начального разбаланса, 4О При синфазном изменении выходных напряжений U1и Ug, например уменьшении с ростом температуры, соответственно уменьшается напряжение на затворах всех
МДП-транзисторов, что вызываэr соответ45 ствующее увеличение напряжений U1 и U2, Из формулы (2) следует, что интегральный тензочувствительный элемент имеет меньшую по сравнению с известным температурную зависимость выходного сигнала.
Под воздействием, например, деформации растяжения сопротивления каналов.
МДП-транзисторов 3 и 6 уменьшаются, а
МДП-транзисторов 4 и 5 — увеличиваются, Это приводит к увеличению напряжения 01 и уменьшению напряжения U2, т.е. к дифференциальному изменению их. При таком характере изменений выходных напряжений инверторов 1 и 2 напряжение на затворах всех МДП-транзисторов почти не изменяет1648897
Составитель Е.Щелина
Редактор M.Íåäîëóæåíêî Техред М;Моргентал Корректор Т.Малец
Заказ 1496 Тираж 393 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ся и полезный сигнал на выходе мостовой схемы пропорциональный деформации, практически не ослабляется обратной связью, создаваемой резисторами 7 и 8. На фиг.3 приведены беэмасштабные графики, причем график 1 соответствует исходному состоянию элемента, график 2 — изменению напряжений при увеличении температур, но без учета обратной связи, график 3 — то же. но с учетом обратной связи, график 4 — при воздействии деформации растяжения.
Формула изобретения
Интегральный тензочувствительный элемент, содержащий два инвертора на дополняющих МДП-транзисторах, собранных
-no мостовой схеме,в которой выходы инверторов подключены к измерительной диагонали моста, а затворы всех
МДП-транзисторов соединены между собой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности эа счет уменьшения начального разбаланса и температурной за5 висимости выходного сигнала, в него введены два резистора, включенные между затворами всех МДП-транзисторов и выходами инвертаров, а величины сопротивлений резисторов выбраны из соотношения
10 1+К1 К1 1+К2
i + К, - R, - i m,, где К> и Kz — коэффициенты усиления первого и второго инверторов без обратной связи, К1< К2:
15 В йг — сопротивления резисторов, соединяющих затворы всех МДП-транзисторов с выходами первого и второго инверторов.
