ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01L9/04 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при разработке и использовании полупроводниковых датчиков давления с температурной компенсацией.

Известен полупроводниковый преобразователь давления, в котором осуществлена компенсация температурной погрешности тензопреобразователя при помощи дополнительного сигнала [1]
Наиболее близким к изобретению является преобразователь давления, содержащий мембрану из монокристаллического кремния, тензорезисторы, сформированные на мембране и соединенные в измерительный тензомост, а также управляемый источник напряжения, опорный резистор и делитель напряжения из двух резисторов. Выход управляемого источника напряжения подключен к входу делителя напряжения и через опорный резистор к диагонали питания измерительного тензомоста [2]
В известном преобразователе давления используется термостатирование при совмещении функций термочувствительного, тензочувствительного и нагревательного элемента. При этом тензомост может работать только при фиксированной температуре кристалла. По ряду причин в известном преобразователе давления сохраняются как аддитивная, так и мультипликативная погрешности.

Целью изобретения является компенсация одновременно мультипликативной и аддитивной погрешностей.

Для этого преобразователь давления снабжен дифференциальным усилителем, усилителем напряжения питания тензомоста, усилителем разбаланса тензомоста и блоком вычитания, причем управляемый источник напряжения выполнен в виде сумматора, первый вход которого подключен к введенному источнику опорного напряжения, входы дифференциального усилителя подключены соответственно к выходу делителя напряжения и к диагонали питания мостовой измерительной схемы, а его выход подключен к второму входу сумматора, выход усилителя напряжения питания тензомоста подключен к инверторному входу, а выход усилителя сигнала разбаланса тензомоста подключен к прямому входу блока вычитания, выход которого является выходом преобразователя давления, причем коэффициенты передачи усилителя К_у и дифференциального усилителя К_g выбраны из условий
K_у= K_д= 1+ 2 , где U_yo, U_вхо напряжения на выходе усилителя разбаланса тензомоста и на входе тензомоста соответственно при нормальной температуре окружающей среды; ТКЧ температурный коэффициент тензочувствительности тензомоста; ТКС температурный коэффициент сопротивления тензомоста.

На чертеже представлена схема преобразователя давления.

Преобразователь давления содержит измерительный кремниевый тензомодуль, выполненный в виде тензомоста 1, сформированного на мембране.

В схему устройства входят также усилитель 2 разбаланса тензомоста, делитель 3 напряжения из двух резисторов, дифференциальный усилитель 4, управляемый источник 5 напряжения питания, блок 6 вычитания, усилитель 7 напряжения питания тензомоста, опорный резистор 8 и источник опорного напряжения (не показан).

Выход тензомоста 1 подключен к дифференциальному входу усилителя 2 разбаланса. Питание моста 1 осуществляется через опорный резистор 8 от управляемого источника 5 напряжения, выполненного в виде сумматора, выход которого подключен также к входу делителя 3 напряжения. Один вход источника (сумматора) 5 подключен к источнику опорного напряжения, а второй к выходу дифференциального усилителя 4, инверсный вход которого соединен с выходом делителя 3 напряжения, а прямой вход с входом диагонали питания тензомоста 1. Выходы усилителя 2 разбаланса и усилителя 7 напряжения питания подключены соответственно к прямому и инверсному входам блока 6 вычитания, выход которого является выходом всего устройства. Вход усилителя 7 подключен к диагонали питания тензомоста 1.

Коэффициент передачи дифференциального усилителя 4 равен K_д= 1+ 2 , а коэффициент передачи усилителя 7 напряжения питания равен K_у= .

При указанных коэффициентах передачи в схеме происходит компенсация как аддитивной, так и мультипликативной температурных погрешностей измерительного тензомоста 1, т.е. выходное напряжение устройства зависит лишь от измеряемого давления и не зависит от температуры.

Благодаря тому, что отношение коэффициентов ТКЧ/ТКС остается линейным в более широком температурном диапазоне, чем отдельно каждый из упомянутых коэффициентов при рассмотренной схеме питания тензомоста 1, удается, используя линейные усилители 4 и 7, скомпенсировать температурные погрешности в более широком температурном диапазоне в сравнении со схемами, где используется питание тензомоста стабильным током либо стабильным напряжением.

Использование: в приборостроении при разработке и использовании полупроводниковых датчиков давления с температурной компенсацией. Цель: компенсация одновременно мультипликативной и аддитивной погрешностей. Сущность изобретения: для компенсации погрешностей применен источник питания тензомоста 1 с положительной обратной связью по напряжению на входе тензомоста. Для этого в схеме, содержащей измерительный тензомост 1, опорный резистор 8, делитель 3 напряжения и управляемый источник 5 напряжения, подключенный к входу делителя 3 и через опорный резистор 8 - к диагонали питания тензомоста 1, применены введенные дифференциальный усилитель 4, усилитель 7 напряжения питания тензомоста, усилитель 2 напряжения разбаланса тензомоста и блок 6 вычитания. Входы усилителя 4 подключены соответственно к выходу делителя 3 и диагонали питания тензомоста 1. Выход усилителя 4 подключен к входу источника 5, выполненного в виде сумматора. Коэффициент передачи усилителя 4 равен 1+2ТКЧ/ТКС, где ТКЧ и ТКС - соответственно температурные коэффициенты тензочувствительности и сопротивления тензомоста. Уход начального разбаланса тензомоста 1 компенсируется с помощью блока 6 вычитания, входами связанного соответственно с выходами усилителей 2 и 7. Усилитель 7 входом подключен к диагонали питания тензомоста 1 и имеет коэффициент передачи, равный отношению напряжения на выходе усилителя 2, напряжению на входе тензомоста. 1 ил.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий мембрану из монокристаллического кремния, тензорезисторы, сформированные на мембране и соединенные в измерительный тензомост, управляемый источник напряжения, опорный резистор, делитель напряжения из двух резисторов, причем выход управляемого источника напряжения подключен к входу делителя напряжения и через опорный резистор к диагонали питания измерительного тензомоста, отличающийся тем, что, с целью компенсации одновременно мультипликативной и аддитивной погрешностей, он снабжен дифференциальным усилителем, усилителем напряжения питания тензомоста, усилителем разбаланса тензомоста и блоком вычитания, причем управляемый источник напряжения выполнен в виде сумматора, первый вход которого подключен к введенному источнику опорного напряжения, входы дифференциального усилителя подключены соответственно к выходу делителя напряжения и к диагонали питания мостовой измерительной схемы, а его выход подключен к второму входу сумматора, выход усилителя напряжения питания тензомоста подключен к инверторному входу, а выход усилителя сигнала разбаланса тензомоста подключен к прямому входу блока вычитания, выход которого является выходом преобразователя давления, причем коэффициенты передачи усилителя K_у и дифференциального усилителя K_д выбраны из условий


где U_уо, U_вхо напряжения на выходе усилителя разбаланса тензомоста и на входе тензомоста соответственно при нормальной температуре окружающей среды;
ТКЧ температурный коэффициент тензочувствительности тензомоста;
ТКС температурный коэффициент сопротивления тензомоста.