Тензорезисторный датчик Советский патент 1985 года по МПК G01B7/16 G01R17/10 

I Изобретение откосится к средствам измерения механических величин элект рическими методами. Цель изобретения повьшение точ кости балансировки, На чертеже представлено устройство. Тензорезисторный датчик содержит тензорезисторы 1-4, дополнительные резисторы 5 и.6( вспомогательные резисторы 7 и 8, полевые транзисторы 9 и 10 различного типа проводимости, управляемый источник 11 напряжения, вход 12, выход 13. Тензорезисторы 1-4, составляют пл чи четырехплечего тензорезисторного моста, последовательно с тензорезис тором 4 включен дополнительный резистор 5, а последовательно с тензорезистором включен дополнительный ре зистор 6, парало ельно каждому дополнительному резистору 5 и 6 включены последовательно соединенные вспомога тельный резистор 7 и 8 и сопротивление канала полевых транзисторов 9 и 10 соответственно. Один выход управляем го источника 11 напряжения соединен с вершиной измерительной диагонали четырехплечего тензорезисторного мое та, с которой также соединены общие выводы дополнительных и вспомогательных резисторов, второй выход управляемого источника 11 соединен с затворами полевых транзисторов 9 и 1 вход 1 2 соединен с вершинами диагона- ли питания, а выход 13 - с вершинами измерительной диагонали четырехплечего тензорезисторного моста. Устройство работает следующим образом. При отсутствии воздействия измеряемой величины и подаче питания на вход 12 сигнал разбаланса мостовой схемы определяется величшсой разброса номиналов сопротивлений тензореаисторов 1-4, Для сигнала управляемого источника 1 напряжения,равного нулю, сопротивления каналов (.сопротивления между истоком и стоком ) полевых транзисторов 9 и 10 одинаковы 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: 46 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 11 напряжения пропорционален разбросу сопротивлений Тензорезисторов 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 вспомогателышх и дополнительных - не б;олее.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 (тензорезисторы, 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 б и вспомогательные резисто ры 7 и В, а также полевые транзисторы 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 влияние, чем от одиночного влияние полевых транзисторов, дополнительных и вспомогательных резисторов,

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.