Устройство термокомпенсации полупроводниковых тензорезисторных мостов

 

Сущность изобретения: устройство содержит полупроводниковый тензорезисторный мост, активный четырехполюсник, состоящий из двух последовательно включенных преобразователей напряжения в ток, питающий тензорезисторный мост, четырехплечий неравновесный мост, измерительная диагональ которого подключена к входу активного четырехполюсника. Три плеча неравновесного моста и цель нагрузки на выходе бдНЬРб из преобразователей напряжения в ток выполнены из последовательно соединенных термочувствительного и постоянного резисторов, подбирая параметры которых, можно аппроксимировать температурную погрешность полиномом 3- го порядка и тем самым исключить ее с более высокой точностью. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)э G 011 1/22

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801017/10 (22) 09,01.90 (46) 23.12.92. Бюл, М 47 (71) Ульяновский политехнический институт и Ул ья новский научно-производственный комплекс "Центр микроэлектроник и автоматизации в машиностроении" (72) А.А.Тюкавин и В,M.Стучебников (56) А.С. Бердинский и др. "Применение операционных усилителей для термокомпенсации полупроводниковых тензометрических мостов" Метрология, N 6. 1977 r. с,44-48, (54) УСТРОЙСТВО ТЕРМОКОМПЕНСАЦИИ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫХ МОСТОВ (57) Сущность изобретения. устройство содержит полупроводниковый тензореэисторИзобретение относится к технике измерений механических параметров с помощью полупроводниковых тенэорезисторных мостов и предназначено для компенсации температурной погрешности измерения из-за измерения чувствительности этих мостов с температурой, Известно устройство термокомпенсации полупроводниковых тензорезисторных мостов, представляющее собой подключенный к измерительной диагонали тенэорезисторного моста. активных чытерехполюсник на основе операционного усилителя, е цепи обратной связи которого находится полупроводниковый термистор, Такое устройство обеспечивает желаемый характер нелинейности термокомпенсации при ее настройке, Недостаток прототипа заключаетный мост, активный четырехполюсник, состоящий из двух последовательно включенных преобразователей напряжения в ток, питающий тензорезисторный мост, четырехплечий неравновесный мост, измерительная диагональ котОрого подключена к входу активного четырехполюсника. Три плеча неравновесного моста и цель нагрузки на выходе орАМо из йреобразователей напряжения в ток выполнены из последова тельно соединенных термочувствительного и постоянного резисторов, подбирая параметры которых, можно аппроксимировать температурную погрешность полиномом 3го порядка и тем самым йсключить ее с более высокой точностью. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. ся в нестабильности термокомпенсации изза изменения параметров полупроводнико° ааеаЪ вых термисторов с течением времени, а 3 также в сложности йастройкй термокомпен- ОО сации из-за невысокой воспроизводимости (д) температурной характеристики полупровод- ( никовых термисторов, а также температур- р ной характеристики чувствительности тензорезисторных мостов. Кроме того, полупроводниковые термисторы имеют значительно более узкий температурный . диапазон примененйя, чем металлические терморезисгоры (например, платиновые, золотые). Включение же последних в упомянутую цепь обратной связи операционного усилителя позволяет осуществить с помощью прототипа лишь линейную термокомпенсацию, что приводит к значительной температурной погрешности измерений.

1703324

Цель изобретения заключается в повышении точности и расширении диапазона термокомпенсации, Цель эта достигается в устройстве, содержащем активный четырехполюсник, состоящий из двух последовательно включенных преобразователей напря>кения в ток на основе операционных усилителей, каждый иэ которых охвачен обратной отри- цательной связью по току, и подключенный вь ходом К диагойали питания полупроводникового тензорезйсто>рного моста, а также цепь нагрузки, включенную параллельно выходу первого преобразователя напряжения в ток, и стабилизированный источник тока. В отличие от прототипа в устройство введен четырехплечий неравновесный мост, измерительная диагональ которого подключена ко входу активного четырехполюсника. Три плеча четырехплечего нерав. новесного моста и цепь нагрузки на выходе первого преобразователя напря>кения в так выполнены из последовательно соединенных термочувствительного линейного и постоянного резисторов, причем диагональ питания четырехплечего неравновесного моста подключена к стабилизированному источнику тока, а в четвертое плечо включен резистор, Другая цель изобретения заключается в упрощении термокомпенсации тензорезисторного моста. Для дости>кения этой цели в заявляемое устройство введены три подстроечных резистора, при этом два из них включены в два сме>кные плеча четырехплечего неравновесного моста, содер>кащие термочувствительные резисторы, общая точка указанных плеч совпадает с одной из вершин диагонали питания четырехплечего неравновесного моста, коэффициент пропорциональности между приращениями сопротивлений первых двух подстроечных резисторов равен отношению таков в ветвях четырехплечего неравновесного 40ста при заданной начальной температуре, а третий подстроечный резистор включен последовательно в цепь нагрузки, При наличии в трех плечах линейных термочувствительных резисторов, a n четвертом плече постоянного резистора выходное напряжение четырехплечего неравновесного моста, питаемого стабильным током, в зависимости от температуры описывается дробно-рациональной функцией, числитель которой является полиномом второй степени, а знаменатель— полиномом первой степени, Коэффициент перед степенями переменной в числителе этой функции могут быть как положительными, так и отрицательными, В знаменателе же коэффициент перед переменной положителен. Благодаря этому, а также тому, что в цепи нагрузки первого преобразователя напряжения в ток, входящего в активный четырехполюсник, содержится линейное термосопротивление, с которого снимается напряжение на вход второго преобразователя напря>кения в ток, выходной ток заявляемого устройства в функции температуры

10 при найденных расчетным путем значениях сопротивлений резисторов четырехплечего неравновесного моста и цепи упомянутой нагрузки описывается полиномом третьей степени вида >(1+ А 8+ В Ф+ С 0), где пере15 менная & t-t< является разностью между текущим т и заданным начальным t, значениями температуры, Io — значение тока питания тензорезисторного моста при заданной начальной температуры t<. Каж20 дый из коэффициентов А, В, С этого полинома может быть либо положйтельным, либо отрицательным числом. Поэтому данный полинам третьей степени может использоваться для аппроксимациA функции, связан25 ной обратной пропорциональной зависимостью с температурной характеристикой чувствительности тензорезисторного моста, питаемого в режиме заданного тока, практически при любом встречающемся

30 характере последней, Поскольку выходной ток заявляемого устройства описывается полиномам третьей степени, осуществляется с весьма малой погрешностью термокампенсация изменения с температурой чувствитель35 ности тензорезистарнсго моста в широком температурном диапазоне. Поскольку линейнымии термачувствительн ыми элементами в заявляемом устройстве являются металлические терморезистары, то указан40 ная достаточно точная термакомпенсация в расширенном температурном диапазоне стабильна во времени, Благодаря у <азанному и достигается цель изобретения. Вследствие того, что два подстроечных резистора

45 включены последовательно в плечи с термочувствительными резисторами, общий полюс которых совпадает с вершиной диагонали питания четырехплечего нерав, новесного моста,и регулируются связанно с

50 коэффициентом пропорциональности между приращениями их сопротивлений, равным отношению токов при температуре,, осуществима коррекция коэффициента А упомянутого аппроксимирующего полино55 ма при весьма малом изменении коэффициента В и при неизменности коэффициента

С, а также при неизменности значения тока питания тензомоста 4 при заданной начальной температуре to. Коррекция коэффици1783324 ента А проводится при температуре начального участка температурного диапазона термокомпенсации.

Вследствие того, что в цепь нагрузки первого преобразователя напряжения в ток 5 включен подстроечный резистор, возможна коррекция коэффициента С при практически неизменных значениях коэффициентов

А и B. Поскольку при этом регулируется связанно коэффициент передачи упомяну- 10 того первого преобразователя из условия . сохранения напряжения, снимаемого на вход второго преобразователя, неизменным при заданной начальной температуре. то ток питания тензорезисторного моста 15 при коррекции коэффициента С при заданной начальной температуре я остается неизменным, Коррекция коэффициента С проводится при температуре, лежащей на конечном участке температурного диапазо- 20 на термокомпенсации.

Таким образом, коэффициенты А и С аппроксимирующего полинома корректируются раздельно при указанных двух темйературах. Благодаря этому упрощается 25 настройка заявляемого устройства на конкретную температурную зависимость чувствительности тензорезисторного моста, отличающуюся в определенных пределах от исходной расчетной, то есть достигается 30 вторая цепь изобретения.

На фиг.1 изобра>кена схема заявляемого устройства. На фиг,1 сбозначено; 1-4— плечи четырехплечего неравновесного моста 5;: :: 35

6 — 9 — линейные термочувствительные резисторы соответственно с сопротивлени-: ями Гб, Г7, Г8, rg;

10 — активный четырехполюсник из последовательно включенных преобразовате- 40 лей 11, 12 напря>кения в ток;

13 — термокомпенсируемь1й полупроводниковый тензорезисторный мост;

14 — цепь нагрузки преобразователя 11;

15-19 — постоянные резисторы соответственно с сопротивлениямли r15, Г16, Гл, Г18, Г19

20 — 22 — подстроечные резисторы соотDeTcTB8HHo сопротивлений Гг0, г1, re, 50

23, 24 — вершины диагонали питания и измерения моста 5;

25, 26 — выходной и входной зажим соответственно преобразователя 11 и 12;

27, 28 — вершины диагонали питания и 55 измерения тензорезисторного моста 13; ! — ток питания четырехплечего нерав новесного моста 5;

i> lç — токи в ветвях моста 5. содержащих плечи 1,2, и 3, 4;

05 — выходное напряжение моста 5 между вершинами 24;

l, I>g — выходные токи преобразователей 1, 12;

U>B — выходное напряжение тензорезисторного моста 13:

Uip — напряжение, снимаемое с нагрузки 14„

Постоянные резисторы 15-19, а также подстроечные резисторы 20 — 22 могут быть внешними, то есть находиться при других температурных условиях, чем тензореэисторный мост 13, Термочувствительные резисторы 6-9 располагаются йа одйой подложке с тензомостом 13 (на основании упругого элемента), то есть имеют ту же температуру, что и тензомост 13. Сопротивления этих резисторов определяют как

Гб =- Г60(1+ а ф (1)

Г7=Г70(1+ Q 8), {2)

rB=rBQ(1+ а Ol (3)

rg=rg0(1+ а 8), (4)

Где r60, Г70, Г80, gQ CGOpOTMBËeÊия ре зисторов 6, 7, 8, 9 при температуре to, атемпературный коэффициент сопротивлеййя резистивной пленки, из которой выполнены металлические резисторы 6 — 9; 0= t-to.

Преобразователи напряжения в ток 11 и 12 характеризуются высокими входными и выходными сойротивлениями, благодаря чему обеспечивается режим холостого хода между вершинами 24 моста 5 и режим короткого замыкания между выходными зажимами 27, к которым подключена диагональ питания тензомоста 13, Резисторы в цепях обратных связей операцйонных усилителей, на основе которых реализованы преобразователи 11, 12, являются термостабильными и могут быть внешним по отношению к тензомосту 13, Сопротивления плеч 1. 2, 3, 4 моста 5 равны соответственно

81=%0(1+ а1 @, (5)

R>=R>Q(1+ аг 6j, (6)

Рз=Rз0{1+ аз 6), -. i {7)

R<>=r 8, (8) где R>0, Рго, Взо — сопротивления плеч 1, 2, 3 при температуре to, причем

R10=-гбо+Г 5э, (9)

R20= rBQ+ ц б . (1 О)

ЙзО=Г70+117э, ...... (" 1) где Ь15Э=Г15+Г21 (12)

Г17Э =-r17+r20. (13)

Температурные коэффициенты сопротивлений плеч 1, 2, 3 равны а1 =-а Г60И;0, {1 4) аг =- а rBQ/Яго, {15) аз =- а Г7ОЯ30.. {16) 1783324

Отношение токов I>, 4 при температуре

to определяется как

mp = lip/ зо=Взо(1+и)/(В1о+Вго), (17) где

n=R4/R3o (18) а при текущем значении температуры t как

=1 /(= (1+ аз о,/(1 + д) (19) где у = (а1 К1о + аг го)/(В1о + го) (20) Напряжение на измерительной диагонали 24 моста 5 в функции температуры равно (21) 05 = 050

112 ==

g(1+ Ьг О+сг У), (31) где k<2 — коэффициент передачи преобразователя 12 напряжения в ток.

При значении а14. близком к значению

Р, ток»2 равен 12 = 12о(1+Ь1 @1+ Ог + c2 @) (32) где I l2o=05ok»R>4ok12, (33)

Ь1= а14 Р ° (34)

Таким образом, выходной ток заявляемого устройства I=ll2 представляется в виде где 05о=!зойи, (22)

Rx=-Rçp-maR 1o. (23)

Ь2 = (Взо (Q3 +)) mo R 1p (а1 +

1+ (25) с2 = аз (у газо — 1 + „) бйм . (26)

Коэффициенты b2 сг в формуле (21) могут быть положительными и отрицательными числами. Температурные коэффициенты

Ф. аг, аз, у,P всегда положительны.

Ток на выходе преобразователя 11, имеющего достаточно большое выходное сопротивление по сравнению с сопротивлением нагрузки 14. записывается как »=k»U5. (27) где k<1 — коэффициент передачи преобразователя 11 напря>кения в ток.

Напряжение, снимаемое с нагрузки 14, равно

014=111К140(1+ а14 6), (28)

ГДе R140=Г90+Г19+Г22, . (29) аи = a rgp/Rl4p (30)

Ток !12, ЯВЛЯЮЩИЙСЯ ВыхОДным током заявляемого устройства, при достаточно большом выходном сопротивлении преобразователя 12, имеет вид полинома третьей степени по переменной

О

I=I»p(1+АО+ В Ф+ СО), (35) где A=bl+b2, (36)

5 В=Ь1Ь2+ с2 (37)

С=Ь1сг. (38)

Коэффициенты Л, В, С могут быть как положительными, так и отрицательными числами.

10 Выходное напряжение тензомоста 13 представляется в виде

0 13= I 12R27Sq, (39) где q — преобразуемый механический параметр; R27 — входное сопротивление тензоре15 зисторного моста 13 в режиме холостого хода между зажимами 28 при температуре

t; S — чувствительность тенэореэисторного моста 13 при температуре t или с учетом формулы (35) в виде

20 013=I12pR27pSOq{1+ A6l B + С д ). р {0), (40) где R270, So — значения R27 и S при температуре to, р (OJ=R27S/R27pSp (41)

25 Тензомост 13 термокомпенсирован, если

1- Л9 ВФ- СФ=1//((42)

Благодаря тому, что каждый иэ коэффициентов А, В, С аппроксимирующего пол30 инома третьей степени может быть как положительным, так и отрицательным числом, условие (42) выполняется с достаточно малой погрешностью при любом характере функции, связанной с температурной харак35 теристикой чувствительности тензорезисторного моста p(0), питаемого в режиме заданного тока, обратной пропорциональной зависимостью, то есть при любом характере функции 1/ p(6) в достаточно широком

40 температурном диапазоне, Температурная характеристика p(0) чувствительности тензсмоста 13, питаемого в режиме заданного тока, является исходной для расчета сопротивлений моста 5 и нагрузки 14. Она либо известна заранее для данной конструкции полупроводникового тензорезисторного моста, либо определяется экспериментально для данного конкретного тензомоста, Для этого тензомост 13

rî питают постоянным по величине током и при различных значениях температуры д=1-to определяют значения произведений R27S по формуле

Я27$=01з/q. (43)

55 Г осле чего в соответствии с выражением (41) находится температурная характеристика p(Gj, В качестве исходных данных также берутся минимально допустимые значения

1783324

10 входных напряжений преобразователей 11 и 12 (то есть Ово и U14p) для обеспечения достаточно малого влияния помехи на входе этих преобразователей на значение тока питания тенэомоста 13, а также выбирается 5 допустимое значение тока одоп, протекающего по терморезистору, из условия отсутствия саморазогрева.

В начале расчета по значениям функции

p(Q при температурах О1 и О, а также по 10 задаваемому значению коэффициента b1 определяются коэффициенты Ьг и сг из системы уравнений (см.выражение (32)) г

1 + Ьг 01 + сг Ф = 1б р (01} (1 + Ь1 О1), (44) 1+ b2@+сг Ж =1// (%}(1 + Ь1О2}.

Значения температур 01, берутся из 20 условия наилучшего приближения аппроксимирующего полинома к функции 1/р (6} в заданном диапазоне температур при значениях b1, удовлетворяющих неравенству

b1<0,005b2, а также неравенству b1b2<0,1сг.

По найденным значениям и знакам Ьг, сг определяется температурный коэффициент сопротивления плеча 1, то есть

1 30 (1 )(Йгу сг)+сг(1 + — ) — Ьгу („)(аз+1 Ьг)+ у где значения аз,у выбираются исходя из приближенного равенства 35

) Ьг д(0,5-2) (аз + у) (46) и значения уаз одного порядка со значением )сг (см, также условие(71)).

Затем находится значение сопротивления плеча 3 при температуре to, то есть 40

В (Ь вЂ” а1 -„} аз зо —, (47) аз +y — a1 где Rt<=U5o/(l10/п1о). (48) 45 причем !1о=!дол, а значения отнош. ний

mo, n берут из условий mp>5 и п>9.

При нахождении значения Rpo одновременно определяется знак разности йк=йзо-moR1o (при котором значение Рзо>0). 50

Сопротивления плеч 1, 2, 4 определяются как

R1o=(Rpo-Rê)/mo, (49)

Д + и) R3o R (Щ

П1о 5

R4=R n. (51)

Температурный коэффициент сопротивления плеча 2 находится как аг —— y+(y — а1}, " (52) Ток, протекающий по плечам 3 и 4 при температуре t<, определяется как За= 1О/П1О, (53)

Ток питания неравновесного моста 5 равен (при любой температуре) = (""),. . (54)

Далее определяются сопротивления ре зисторов 6 — 8, 16: r6O= аЛ1О/а, (55) г70= аз зо/а, (56) гво= a2R2o/а, (57) г16=820-гво (58)

Сопротивление резистора 18 находится по формулам (8) и (51). Номинальные значения эквивалентных сопротивлений г15э и г17э последовательных соединений резисторов 15, 21 им 17, 20 определяются по формулам

r153=R1p-г6о, (59) г17э=йзо-г7о. (60)

По значениям Ь1, mp, у, п, а3 находится температурный коэффициент сопротивления нагрузки а14 — „ (- - + „„} + Ь1. (61)

Далее определяется сопротивление нагрузки

R14o=U 140/l11 (62) где U14p — заданное значение напряжения

О14 при температуре to; l11=1доп, и сопротивление термочувствительного резистора 9 (при to)

rpo=R14p a14/а, . (63)

Номинальное значение эквивалентного сопротивления последовательного соединения резисторов 19 и 22 определяется как

Г19Э=В14О -rgp. (64)

Коэффициенты передачи преобразователей 11 и 12 находятся как к11= 11/О50, (65) к12=1120/U140, (66) где I12o — заданное значение тока питания тензомоста 13 при температуре tp.

При отклонении реальной температурной характеристики чувствительности тенэомоста 13 от исходной характеристики, то есть номинальной характеристики для тензорезисторн ых мостов данной конструкции, производится корректировка значений коэффициентов А и С полинома третьей степени, описывающего температурную зависимость выходного тоха заявляемого устройства.

Корректировка коэффициента А производится с помо цыо подстроечных резисторов 20., 21 лри температуре начального участка температурного диапазона термо1783324

12 компенсации по выходному сигналу тензомоста 13, который должен в результате корректировки остаться тем же, что и при заданной начальной температуре to, при одном и том же значении преобразуемого механического параметра q....

Корректировка коэффициента С производится с помощью подстроечного резистора 22, регулируемого связанно с коэффициентом передачи Кц преобразователя;i1 напряжения в ток, при температуре в конце указанного диапазона термокомпенсации также по выходному сигналу тензомоста 13.

Возможность корректировки коэффициента А путем связанной регулировки резисторов 20, 21, обеспечивающей неизменность разности Rig= Rço-rnoR1o, следует из выражений

i)=bz+0a (— "- +р- iv-)т — (1+-+)) (ii)

Сг = С2/(1 + 1 + ) (68) дз

P =P/(1 - - з ) (69) где дз = h Вз о, - (70) Из — приращение сопротивления плеча 3 при.регулировке резистора 20 (равное приращение сопротивления гго этого резистора); b2, сг, p — значения коэффициентов

Ьг. сгф при наличии приращения ARE плеча

3 и связанного с ним приращения AR1-.- Мз jmo плеча 1; а также условия b «0.05b2, В формулах (67)-(69) величины без штриха соответствуют расчетным" значениям сопротивлений резисторов моста 5.

Как следует из формул (68), (69), коэффициенты c2. У мало зависят от относительноI

ro приращения дз сопротивления плеча 3 при связанной регулировке подстроечных резисторов 20, 21. Тэк, при приращении дз=0,1 и выполнении условия п>9 значения сг ф отличаются от значений сг,р не более, чем на 1 /.

Коэффициент же Ь2 (см.формулу (67)) существенно зависит от относительного приращения дз, если выполнить условие при проведении расчета параметров моста

5 по изложенной выше методике. Для выполнения (71) в начальной стадии расчета (см.формулы (46)-(48)) меняют значения йз и g, оставляя ту пару значений аз, ), при которой неравенство (71) является наиболее сильным.

Поскольку при регулировке подстроеч5 ных резисторов 20, 21 значения с2, j3, а

1 следовательно, и значение Ь1 (см.формулу (34)) о стаются неизменными. либо слабо зависят от значения дз (при дз> 0,1), а величина вг существенно зависит от отно1

10 сительного приращения дз, та в соответствйи с выражениями (36)-(38), условием

b><0,О5Ь2 становится возможной раздельная регулировка коэффициента А аппроксимирующего полинома третьей степени, То

"- ) ест регулировка коэффициента А при практически неизменных значениях коэффициентов В, С этого полинома, Поскольку регулировка коэффициента А проводится при температуре начального

20 участка температурного диапазона термокомпенсации, когда нелинейность температурной характеристйки чувствйтельности тензомоста 13 еще слабо выражена, возможное несоответствие коэффициентов В, 25 С "аппроксимирующего полинома их значениям, при которых достигается наибольшая точность термокомпенсации, практически не сказывается на точности коррекции коэффициейта А регулировкой подстроечных

30 резисторов 20 и 21.

Отметим, что то< питания тензомоста

13, соответствующий температуре t> (то есть О=О), при коррекции коэффициента А остается практически йеизменным (см.фор35 мулы (32, (35)).

Коррекция коэффициента С аппроксимирующего полинома проводится в соответствии с выражением (38) путем изменения температурного коэффициента гг<4 (см,фор40 мулы (30), (34), (29)) регулировкой подстроечного резистора 22.

Поскольку по расчету справедливы неравенства Ь1<0,05Ьг и Ь1Ьг<0,102. то регули-. ровка резистора 22 не сказывается на значениях коэффициентов А, B аппроксимирующего полинома ((см.формулы (46), (37)).

При регулировке сопротивления г22 подстроечного резистора 22 одновременно изменяется коэффициент передачи <11

5О преобразователя 11 напряжения в ток из условия

k1) R но=сопят. . (72)

При выполнении (72), как видно из выражения (ЗЗ), значение тока питания тензомо55 ста 13 и ри заданной начальной температуре

to не зависит оТ сопротивления ггг подстроечного резистора.22, то есть не меняется при коррекции коэффициента С аппроксимирующего полинома третьей степени, 13

1783324

14,Выполнение условия (72) не представляет затруднений. так как в одном из плеч цепи обратной связи операционного усили- теля, входящего в схему преобразователя

11, можно последовательно с постоянным 5 резистором включить подстроечный резистор, приращения coïðoòèâëåíèÿ которого и ро пор цион аль н ы приращения coll ротивления резистора 22, Отношение.сопротивления этого плеча к сопротивлению R t40 может 10 оставаться неизменным.

Таким обра:зом, коэффиц иенты А, С полинома, описывающего ток питания тензомоста, являются раздельно регулируемыми в достаточно широких пределах (до десятков 15 процентов).. Благодаря этому возможна коррекция . температурной характеристики тока питания тензомоста как в начале температурного диапазона термокомпенсации, так и в 20 кон це его. Кроме того, заявляемое устройство при заданной температуре to поЗволяет осуществить коррекцию значения тока питания тензомоста I>2o путем соответствую щего изменения, например, коэффициента 25 передачи kt2(см,выра>кение(33)), Благодаря этому заявляемое устройство позволяет осуществить коррекцию температурной ха. рактеристики тока питания тензомоста при трех температурах; при заданной начальной 30 температуре to, при которой устанавливается по выходному сигналу тензомоста значение тока !12о и при упомянутых . температурах начала и конца температурного диапазона термокомпенсации, при кото- 35 рых корректируются значения А и С аппроксимирующего полинома.

Заметим, что отклонение расчетного значения коэффициента В аппроксимирующего полинома от значения этого коэффи- 40 циента, соответствующего реальной температурной характеристике чувствительности конкретного тензомоста, в заявляемом устройстве частично устраняется при коррекции коэффициента С. При этом, 45 однако, полностью не устраняется отклонение по коэффициенту С.

Поскольку заявляемое устройство позволяет корректировать температурную характеристику тока питания тенэомоста в достаточно широких пределах как в начале температурного диапазона термокомпенсации, так и в его конце, не требуется произ водить расчет его параметров для каждого конкретного тенэомоста и не являются обязательными требованиями к высокой точноcTè изготовления сопротивлений неравновесного моста 5 в цепи нагрузки 14, Благодаря этому, ". также простоте опера.ций коррекции стоимость тензодатчиков, включающих в себя заявляемое устройство, не является высокой, а производство их мо жет быть серийным.

Реализация заявляемого устройства не представляет затруднений. При использовании фотолитографического метода формирования тонкопленочных резисторов, позволяющего получить ширину резистивной полоски порядка десятй микрон, при типовом зйачении тока, проходящего по элементам схемы, порядка 1 мА и при номиналах термочувствительных резисторов порядка единиц или десятков Ом (в эависймости от выбранных значений Uv u

U140 на входе преобразователей 11, 12) суммарная площадь, отводимая для термочувствительных резисторов на подложке, не превосходит десятых долей квадратного миллиметра (при Руд . - 0,1 Вт/см ).

Итак, заявляемое устройство позволяет существенно повысить точность термокомпенсации полупроводниковых тензореэисторных мостов в широком диапазоне температур и упростить настройку термокомпенсации..

Формула изобретения

1. Устройство термокомпенсации полупроводниковых тензорезисторных мостов, . содержащее активный четырехполюсник. состоящий из двух последовательно включенных преобразователей напряжения в ток на основе операционных усилителей, каждый из которых охвачен отрицательной обратной связью по току, и подключенный выходом к диагонали питания полупроводникового тензорезисторного моста, а также цепь нагрузки, включенную параллельно выходу первого преобразователя напряжения в ток, и стабилизированный источник тока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона термокомпенсации, в него введен четырехплечий неравновесный мост, измерительная диагональ которого подключена к входу активного четырехполюсника, три плеча четырехплечего неравновесного моста и цепь нагрузки на выходе первого преобразователя напряжения в ток BblllGA- нены из последовательно соединенных термочуBñòâèòåëüного - линейного и постоянного резистора, прйчем диагональ питания четырехплечего неравновесного моста подключена к стабилизированному источнику тока, а в четвертое плечо включен постоянный резистор.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю ще ес я тем,что,c целью упрощения термокомпенсации, в него введены три подстроечных резистора, при этом два из них включены в два смежных плеча четырехплечего нерав17Изг4

Составитель А,Тюкавин

Техред M.Моргентал Корректор С.Юско

Редактор А.Козлова

Заказ 4507 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 новесного моста, .содержащих термочувствительные резисторы, общая точка указанных плеч совпадает с одной из вершин диагонали питания четырехплечего неравновесного моста, коэффициент пропорциональности между приращениями сопротивлений первых двух подстроечных резисторов равен отношению токов в ветвях четырехплечего неравновесного моста при заданной начальной температуре, а тре5 тий подстроечный резистор включен последовательно в цепь нагрузки.