Интегральный тензочувствительный элемент Советский патент 1991 года по МПК C01B7/16 

Ё

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

ON N 00 00 Ю VI

Фиг. 2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения давления, вибраций и деформаций,

Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения начального разбаланса и температурной зависимости выходного сигнала.

На фиг,1 представлена упрощенная передаточная характеристика инвертора; на фиг.2 - принципиальная электрическая схема интегрального тензочувствительного элемента; на фиг.З - 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 Тис 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, UBX - напряжение на выходе инвертора, Е - напряжение источника питания, U1 - пороговое напряжение на входе, W - ширина переходной области характеристики.

Очевидно, что коэффициент усиления инвертора в переходной области характеристики

и

U K(U1 - UBX)

При 100% обратной отрицательной связи первого инвертора U1 UBX.

Тогда Ue

Ki

-Ui Ui

1 4-Ki Это же напряжение является входным для второго инвертора. Тогда U2 K20J2Ki

-и})

1 +Ki

и начальный разбаланс на выходе известного прототипа чувствительного элемента, обусловленный неидентичностью значений параметров инверторов, равен

ДЦ,Р Ui-U2 y j KiUi-K2U2, (1) причем Ki «2.

Анализ приведенных выражений показывает, что в известном тензочувствитель- ном элементе снижена точность измерений за счет сигнала начального разбаланса Д Unp.

величина которого обусловлена напряжением на затворах всех МДП-транзисторов, определяемым параметрами МДП-транзисторов только одной ветви мостовой схемы.

Интегральный тензочувствительный

0 элемент работает следующим образом.

Напряжение на затворах всех МДП- транзисторов, как следует из фиг.2, определяется напряжениями Ui и U2 на выходах инверторов 1 и 2 соответственно и делите5 лем разности этих напряжений, образуемым резисторами 7 и 8. В результате напряжение на измерительной диагонали моста определяется параметрами МДП- транзисторов 3-6 и отношением сопротив0 лений резисторов 7 и 8. Это напряжение при отсутствии деформации является начальным разбалансом на выходе тензочувствительного элемента. Используя принятые обозначения, можно получить выражение

5 для сигнала начального разбаланса тензочувствительного элемента.

ди, Л+Л i г 1 + KI

0 где а Ri/R2 и/Unp описывается формулой

(1).

Следовательно, поскольку Ki «2

± -.Р

5

1 1 1 + а

1 i и о

1 +Ki

Таким образом, интегральный тензочувствительный элемент имеет меньший по сравнению с известным сигнал начального разбаланса.

0 При синфазном изменении выходных напряжений Ui и U. например уменьшении с ростом температуры, соответственно уменьшается напряжение на затворах всех МДП-транзисторов. что вызывав г соответ5 ствующее увеличение напряжений Ui 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 Ui

5 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 изменяет0

ся и полезный сигнал на выходе мостовой схемы пропорциональный деформации, практически не ослабляется обратной связью, создаваемой резисторами 7 и 8. На фиг.З приведены безмасштабные 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 по мостовой схеме,в которой выходы инверторов подключены к измерительной диагонали моста, а затворы всех

0

5

МДП-транзисторов соединены между собой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения начального разбаланса и температурной зависимости выходного сигнала, в него введены два резистора, включенные между затворами всех МДП-транзисторов и выходами инверторов, а величины сопротивлений резисторов выбраны из соотношения 1 + Ki Ri 1 +К2

TTR -lfc-ТТКГ где KI и К2 - коэффициенты усиления первого и второго инверторов без обратной связи, Кк К2;

Ri,R2 - сопротивления резисторов, соединяющих затворы всех МДП-транзисторов с выходами первого и второго инверторов.

Z/5X