Тензорезисторный датчик

46 А СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИН 09) (П) ОПИС К АВТОР НИЕ ИЗОБРЕТОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рфенов,й и Л.М.Куэельский и коиспытательных сследова институт ов и сре тв измерени.8)мерительнаямация, .1972 х 57392 б,к. 1972,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(54)(57) 1, ТЕНЗОРЕЗИСТОРНЫЙ ДАТЧИК,содержащий четырехплечий тензореэисторный мост, в два смежных плеча которого последовательно тензорезисторам включены дополнительные резисторы, два транзистора, источник питания, соединенный с вершинами диагонали питания четырехплечего тензорезисторного моста, вершины измерительной диагонали которого соединены с индикатором, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в неговведены управляемый источник напряжения и два вспомогательных резистора, общие выводы которых соединены с первой вершиной измерительнойдиагонали четырехплечего тензореэис 11 С 01 В 7/18; а О 1 К 17/1 О торного моста и с первым выходом управляемого источника напряжения, второй выход которого соединен с первыми выводами транзисторов, вторые выводы которых соединены соответственнс другими выводами вспомогательныхрезисторов, третьи выводы транзисторов соединены соответственно с первыми выводами дополнительных резисторов, вторые выводы которых соединены с первой вершиной измерительнойдиагонали четырехплечего тензорезисторного моста,2. Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что первые выводытранзисторов соединеныс затворами,вторые выводы транзисторов соединены с истоками, третьи выводы транэисторов соединены со стоками полевых транзисторов различного типапроводимости,3. Датчик по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что дополнительныеи вспомогательные резисторы и полевые транзисторы размещены на упругом элементе на одной подложке стензореэисторами и выполнены по ин,тегральной технологии,4. Датчик по п. 1, о т л и ча ющ и й с я тем, что сопротивлениетенэорезисторов и дополнительных резисторов находятся в соотношении1:100, а вспомогательных и дополнительных резисторов - в соотношениине более 25:1.Изобретение относится к средствам измерения механических величин электрическими методами.Цель изобретения - повышение точности балансировки. 5На чертеже представлена устройство.Тензорезисторный датчик содержит тензорезисторы 1-4, дополнительные резисторы 5 и.б, вспомогательные ре зисторы 7 и 8, полевые транзисторы 9 и 10 различного типа проводимости, управляемый источник 11 напряжения, вход 12, выход 13.Тензорезисторы 1-4, составляют пле 5 чи четырехплечего тензорезисторного моста, последовательно с тензарезистором 4 включен дополнйтельный резистор 5, а последовательно с тензорезистором включен дополнительный реэистор б, паралцельно каждому дополнительному резистору 5 и б включены цоследовательно соединенные вспомогательный резистор 7 и 8 и сопротивление кацалаполевых транзисторов 9 и 10 25 соответственно, Один выход управляемого источника 11 напряжения соединен с вершиной измерительной диагонали четырехплечего тензореэисторного мос-, та, с которой также соединены общие ЗО вьводы дополнительных и вспомогательных резисторов, второй выход управляемого источника 11 соединен с затворами полевых транзисторов 9 и 10, вход 12 соединен свершинами диагонали питания, а выход 13 - с вершинами измерительной диагонали четырехплечего тензорезисторного моста.Устройство работает следующим образом, 40При отсутствии воздействия измеряемой величины и подаче питания на вход 12 сигнал раэбаланса мостовой схемы определяется величиной разброса номиналов сопротивлений тензорезисторов 1-4. Для сигнала управляемого источника 11 напряжения, равного нулю, сопротивления каналов сопротивления между истоком и стокомполевых транзисторов 9 и 10 одинако вы 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: у одного - увеличивается, а у другого - уменьшается, так как в зависимости от типа проводимости один итот же сигнал для одного полевоготранзистора будет отпирающим, а длядругого - 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 тензорезисторногодатчика необходимый сигнал компенсации с источника 11 напряжения пропорционален разбросу сопротивленийтензореэисторов 1-4, в связи с чемэтот сигнал имеет достаточно малуювеличину, а устройство при заданномсоотношении сопротивления тензорезисторов и дополнительных резисторов 1:100 и вспомогательных и дополнительных - не более .25:1 - повышенную стабильность балансировки,практически неизменяющуюся от температуры,Для повышения температурной стабильности устройство должно быть реализовано в гибридном или интегральном вариантах. В последнем случаеинтегрируются в едином цикле изготовления не только пассивные 1.тенэорезисторы, резисторы), .но и активные компоненты, а их расположениена едином упругом элементе обеспечивает выравнивание температур элементов компенсации (дополнительных 5и 6 и вспомогательных резисторов 7и 8, полевых транзисторов 9 и 10)с температурой тензорезисторов 1-4.За счет того,.что дополнительные 5 и 6 и вспомогательные резисто=ры 7 и 8, а также полевые транзисторы 9 и 10 находятся при равных температурах, изменения их параметров отнагрева тензорезисторов 1-4, а такжеот изменения окружающей температурыявляются 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 вспомогательныхрезисторов,1157 3324/37 Тираж 651 Подписное НИИПИ ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 зТак как через затворы полевых транзисторов 9 и 10 ток практически не течет, то отсутствует его влияние и влияние линии связи на температурную стабильность датника, что обеспечивает воэможность его дистанционной регулировки от управляемого источника 11 напряжения,В зависимости от диапазона регулиО рования сигнала раэбаланса влияние нестабильности управляемого источника 11 напряжения меняется, но практически несложно обеспечить меньшее влияние источника питания эа счет его правильного выбора в сравнении с нестабильностью дополнительных резисторов 5 и 6 и тензисторов 1-4,346 4.Таким образом, применение полевыхтранзисторов разного типа проводимости, вспомогательных резисторов и управляемого источника напряжения, которые, кроме источника напряжения, располагаются на упругом элементе и выполнены по интегральной технологии, позволяет существенно повысить разрешающую способность и упростить балансировку тензорезисторного датчика и повысить точность балансировки за счет непрерывного изменения сопротивления полевых транзисторов и исключения градиента температур между компенсирующими и компенсируемымиэлементами, обеспечить дистанционную балансировку тензорезисторного датчика в любой из наперед заданных моментов измерения сигнала.