Полупроводниковый тензопреобразователь Советский патент 1985 года по МПК G01P15/12 

СО

00

ел 11 Изобретение относится к измерите л вной технике и может быть исполь зовано при измерении ускорения, вибрации и давления. Известен полупроводниковый тензопреобразователь, содержащий четыр тензорезистора, соединенные в мост Уитстона, балансировочные и компенсационные резисторы D 3. Недостатком данного устройства является невозможность диагностиров ния состояния преобразователя после его установки на измеряемом объекте Наиболее близким к изобретению по технической сущности является no лупроводниковый тензопреобразовател фирмы Endevco, который включает в себя мост Уитстона, образованный двумя тензорезисторами и двумя пассивными прецизионными резисторами, Параллельно одному из пассивных резисторов через переключатель подключен калибровочный резистор, величина которого значительно больше сопротивления резистора полумоста Однако известному устройству при сущи недостатки, заключающиеся в нево эможности проведения -калибровки при воздействии на преобразователь измеряемого ускорения. Кроме того, с изменениемтемпературы изменяется крутизна преобразования устройства, поэтому соотношение между сигналом калибровки и сигналом на диапазон меняется, что снижает точность изме рения. Цель изобретения - повышение точ ности и достоверности диагностирования состояния преобразователя в процессе измерений. Указанная цель достигается тем, что в полупроводниковом тензопреобр зователе, содержащем расположенные на упругом элементе калибровочный резистор и соединенные в мост Уитст на тензорезисторы, введен дополнительный калибровочный резистор, причем каждый из калибровочных резисторов включен .в смежное плечо моста между тензорезистором и выход ной клеммой моста, TeNmepaTypHbrii коэффициент сопротивления материала калибровочных резисторов равен.алгебраической сумме температурных коэффициентов сопротивления тензорезисторов и коэффициента их тензо- чувствительности, а сопротивления калибровочных резисторов равны по величине. 0 На фиг,1 изображена электрическаясхема тензопреобразователя; на фиг.2 - возможная топологическая реализация чувствительного элемента; на фиг.З - конструкция акселерометра. Тензообразователь I содержит тент зорезисторы 2-5, соединенные в мост Уитстона. В два смежных плеча моста последовательно с тензорезисторами 2 и 3подключены калибровочные резисторы 6 и 7, от одного из которых сделан дополнительный отвод. Питание тензопреобразователя 1 осуществляется расположенЩ)1М 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. Тен- зорезисторы 2-5 образованы диффузией бора в кремниевую подложку и соединены -алюминиевыми металлизированными дорожками с балансировочными резисторами 14 и 15,-образованными также диффузией бора, и термокрмпенсационными тoнкoплeнoчнь ми резисторами 16 и 17 из нихромд. Балансировочные и термокомпенсационные резисторы до проведения настройки закорочены алюминиевыми перемычками. Калибровочные резисторы.18 и 19 равного сопротивления из нихрома подключены последовательно с тензо- резисторами 2 и 3. Для прецизионной настройки величины калибровочных резисторов служат подстроечные резисторы 20 и 20а, до настройки закороченные алюминиевыми перемычками. К контактным площадкам 21-25 приварены золотые проводники, Тен- зорезисторы 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 крьшкой 29. Соединение со вторичной аппаратурой осуществляется через кабель 30, укрепленный на основании .28. Устройство работает следующим образом. 3 При подаче питающего напряжения на входную диагональ моста на его выходной диагонали возникает близкий к нулю сигнал. Одновременно между выводами К и V,,, формируется калибровочньй сигнал V. 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 V,, и подключением подстроечных ка либровочных резисторов 20 и 20а проводится точная настройка калибровочного напряжения на заданную величину отношения . При изменении температуры меняется начальный сигнал преобразователя, но это не сказывается на величине У„, а изменение V с теьше ратурой имеет тот же характер, что и изменение V., так что отношение V /V остается неизменным для широкого диапазона температур.

// - -У , 4 При воздействии ускорения на. кселерометр 27 свободный конец 31 алки 13 смещается, балка деформиуется и.на выходе моста появляется сигнал, пропорциональный действуюему ускорению. Величина калибровочного напряжения остается неизменной, что позволяет проводить ка либровку непосредственно в процессе измерений. Любая неисправность преобразователя скажется на величине калибровочного напряжения, что позволяет диагностировать неисправность преобразователя.Таким образом, введение в мостовую схему калибровочных резисторов позволяет повысить точность измере- нияза счет исключения температурной погрешности устройства, повысить точность калибровки, исключив из нее вклад от начального сигнала преобразователя, обеспечить возмоя ность проведения калибровки и диагностирования преобразователя непосредственно в процессе измерений.

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 тензо- резисторов и коэффициента их тензочувствительности, а сопротивления калибровочных резисторов равны по величине.