CS215192B1

CS215192B1 - Signal converter connection with strain gauge bridge

Info

Publication number: CS215192B1
Application number: CS672080A
Authority: CS
Inventors: Peter Kovacik; Stanislav Tvaruzek; Lubomir Cernak
Original assignee: Peter Kovacik; Stanislav Tvaruzek; Lubomir Cernak
Priority date: 1980-10-06
Filing date: 1980-10-06
Publication date: 1982-07-30

Abstract

Vynález ae týká oboru zdravotnické techniky a elektrotechniky. Podstatou vynálezu, jehož základem je převodník signálu s tenzometrickým mostem, je skutečnost, že tenzometrický most má svůj první napájecí bod spojený s výstupem prvního diferenčního zesilovače, který má invertující vstup připojen současně na druhý napájecí bod tenzometrického mostu, přes odpor na vstup druhého diferenčního zesilovače a neinvertující vstup prvního diferenčního zesilovače je připojen na druhou svorku zdroje referenčního napětí spojeného svou první svorkou s výstupem druhého diferenČního*zesilovaČe, který má neinvertujíci vstup připojen na referenční bod a invertující vstup spojen s prvním výstupním bodem tenzometrického mostu.The invention relates to the field of medical technology and electrical engineering. The essence of the invention, which is based on a signal converter with a strain gauge bridge, is the fact that the strain gauge bridge has its first power supply point connected to the output of the first differential amplifier, which has an inverting input connected simultaneously to the second power supply point of the strain gauge bridge, through a resistor to the input of the second differential amplifier, and the non-inverting input of the first differential amplifier is connected to the second terminal of a reference voltage source connected by its first terminal to the output of the second differential amplifier, which has a non-inverting input connected to the reference point and an inverting input connected to the first output point of the strain gauge bridge.

Description

Vynález se týká zapojení převodníku signálu s tenzometrickým mostem, který je vhodný zejména pro polovodičové piezorezistenční snímače tlaku. Umožňuje jednoduchým, způsobem zabezpečit napájení tenzometrického mostu konstantním proudem, přičemž nepotřebuje na zesílení signálu z tenzometrického mostu diferenční zesilovač s velkým součtovým odporem. Zabezpečuje též minimální teplotní drift nulové výchylky polovodičového piezorezistenčního snímače tlaku.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a signal transducer with a strain gauge bridge, which is particularly suitable for semiconductor piezoresistive pressure sensors. It makes it possible to provide a constant current supply to the strain gauge bridge in a simple way, without the need for a high amplitude differential amplifier to amplify the signal from the strain gauge bridge. It also ensures minimum temperature drift of zero displacement of the semiconductor piezoresistive pressure sensor.

Dosavadní způsoby řešení používaly na zabezpečení napájecího proudu zdroje konstantního proudu, přičemž obě dvě výstupní svorky tenzometrického mostu měly nezaručenou hodnotu napětí vůči referenčnímu. Proto se musel používat na zesílení signálu z tenzometrického mostu diferenční zesilovač s velkým součtovým vstupním odporem. Na kompenzátoru teplotního driftu nulové výchylky se používají různá zapojení pasivních, případně aktivních součástek, které různě zmenšují teplotní drift samotného tenzometrického mostu, popřípadě tenzometrického mostu s vyhodnocovacími elektronickými obvody. Tyto kompenzace jsou však vyhovující jen tehdy, když nemáme přísné požadavky na drift nulové výchylky.The prior art methods used constant current sources to provide power to the supply current, with both strain gauge bridge output terminals having a non-guaranteed voltage value against the reference. Therefore, a differential amplifier with a large sum input resistance had to be used to amplify the strain gauge bridge signal. Different compensations of passive or active components are used on the compensator of the temperature drift of zero displacement, which differently reduce the temperature drift of the tensometric bridge itself or the tensometric bridge with evaluation electronic circuits. However, these compensations are only satisfactory if we do not have strict drift requirements for zero displacement.

Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení převodníku signálu s tenzometrickým mostem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že tenzometrický most má svůj první napájecí bod spojený s výstupem prvního diferenčního zesilovače, který má invertující vstup připojen současně na druhý napájecí bod tenzometrického mostu a přes odpor na výstup druhého diferenčního zesilovače a neinvertující vstup prvního diferenčního zesilovače je připojen na druhou svorku zdroje referenčního napětí, spojeného svou první svorkou s výstupem druhého diferenčního zesilovače, který má neinvertující vstup připojen na referenční bod a invertující vstup spojen s prvním výstupním bodem tenzometrického mostu, který má druhý vstupní bod připojen na vstup stejnosměrného zesilovače, jehož výstup je připojen na výstupní bod a společný bod stejnosměrného zesilovače je spojen s referenčním bodem /přičemž převodník signálu je spolu s tenzometrickým mostem integrován s termostatem v jeden vzájemně vázaný konstrukční celek/.These drawbacks are eliminated by the connection of the strain gauge bridge signal converter according to the invention, which is characterized in that the strain gauge bridge has its first supply point connected to the output of the first differential amplifier which has an inverting input connected simultaneously to the second supply point of the strain gauge bridge the second differential amplifier and the non-inverting input of the first differential amplifier are connected to the second terminal of the reference voltage source connected by its first terminal to the output of the second differential amplifier having the non-inverting input connected to the reference point and the inverting input connected to the first output point of the strain gauge bridge the input point is connected to the input of the DC amplifier, whose output is connected to the output point and the common point of the DC amplifier is connected to the reference point / where the signal converter is Together with the strain gauge bridge integrated with the thermostat into one interconnected assembly.

Výhody převodníku signálu s tenzometrickým mostem spočívají v tom, že zdroj konstantního napájecího proudu pro tenzometrický most, tvořený jedním diferenčním zesilovačem a zdrojem referenčního napětí, modifikujeme použitím jednoho diferenčního zesilovače tak, že jeden vstupní bod tenzometrického mostu spojíme pomocí něho s referenčním hodem, čímž celkový užitečný signál v diagonále tenzometrického mostu má pevně definovaný potenciál jednoho pólu a z druhého pólu můžeme tento signál odebírat vůči referenčnímu bodu. Z tohoto důvodu nemusíme používat na zesíleni signálu z diagonály tenzometrického mostu složitý stejnosměrný diferenční zesilovač s velkým součtovým odporem, protože postačuje jednoduchý nesymetrický stejnosměrný zesilovač.The advantages of the strain gauge bridge signal converter are that the constant supply current for the strain gauge bridge, consisting of one differential amplifier and the reference voltage source, is modified by using one differential amplifier to connect one input point of the strain gauge bridge with the reference throw, the useful signal in the diagonal of the strain gauge bridge has a fixed potential of one pole and from the other pole this signal can be taken from the reference point. For this reason, we do not need to use a complex DC differential amplifier with high total resistance to amplify the signal from the diagonal of the strain gauge bridge, since a simple unbalanced DC amplifier is sufficient.

Spojením převodníku signálu s tenzometrickým mostem, tenzometrického mostu s termostatem, popřípadě i stejnosměrným zesilovačem, v jeden vzájemně tepelné vázaný konstrukční celek dosáhneme malý vliv změn teploty okolního prostředí na změnu výstupního signálu při nulovém vstupním signálu tenzometrického mostu v závislosti na teplotě·. Jakmile použijeme polovodičový piezorezistenční tenzometrický most, udržováním jeho teploty na konstantní hodnotě odstraníme problémy změny citlivosti polovodičového piezorezistentního tenzometrického mostu v závislosti na teplotě.By connecting a signal converter with a strain gauge bridge, a strain gauge bridge with a thermostat, possibly a DC amplifier, in one heat-coupled assembly, we achieve a small effect of ambient temperature changes on the output signal change at zero strain gauge bridge input signal as a function of temperature. Once a semiconductor piezoresistive tensometric bridge is used, keeping its temperature constant will eliminate the problems of temperature-dependent sensitivity changes of the semiconductor piezoresistive tensometric bridge.

Na připojeném výkresu je znázorněno zapojení převodníku signálu s tenzometrickým mostem.The attached drawing shows the connection of the signal converter with the strain gauge bridge.

Převodník signálu s tenzometrickým mostem se skládá z tenzometrického mostu j_, který má první napájecí bod 8 spojený s výstupem 20 prvního diferenčního zesilovače 2, jehož invertující vstup 18 je spojen s druhým bodem tenzometrického mostu _1_ a současně s jedním koncem odporu 1 5 , který má svůj druhý konec připojen k výstupu 14 druhého diferenčního zesilovače 3, jehož invertující vstup 12 je spojen s prvním výstupním bodem 10 tenzometrického mostu _1_ a neinvertující vstup 13 druhého diferenčního zesilovače 3^ je spojen s referenčním bodem 25, přičemž první svorka 16 zdroje referenčního napětí je spojena s výstupem 14 druhého diferenčního zesilovače .3 a druhá svorka 17 zdroje referenčního napětí je spojena s neinvertujícím vstupem 19 prvního diferenčního zesilovače 2.»The strain gauge bridge signal converter consists of a strain gauge bridge 1 having a first supply point 8 connected to the output 20 of the first differential amplifier 2, whose inverting input 18 is connected to a second point of the strain gauge bridge 1 and simultaneously to one end of the resistor 15. its other end connected to the output 14 of the second differential amplifier 3, whose inverting input 12 is connected to the first output point 10 of the strain gauge bridge 1 and the non-inverting input 13 of the second differential amplifier 3 is connected to the reference point 25; connected to the output 14 of the second differential amplifier 3. and the second terminal 17 of the reference voltage source is connected to the non-inverting input 19 of the first differential amplifier 2. »

Druhý výstupní bod 1 1 tenzometrického mostu _1_ je spojen se vstupem 21 stejnosměrného zesilovače 5_ a výstup 23 stejnosměrného zesilovače 5. je připojen k výstupní svorce 24 a společ-r ný bod 22 stejnosměrného zesilovače 5_ je spojen s referenčním bodem 25. Přitom převodník signálu s tenzometrickým mostem 1 je spolu s termostatem £, případně i se stejnosměrným zesilovačem integrován v jeden vzájemně vázaný konstrukční celek 7_. Funkce převodníku signálu s tenzometrickým mostem je následující: zdroj £ referenčního napětí, první diferenční zesilo215192 vač 2_ a odpor 15 tvoří zdroj konstantního napájecího proudu pro tenzometrický most J_· Napájecí proud, tekoucí z výstupu 20 prvního diferenčního zesilovače 2_ přes první napájecí bod 8_ tenzometrického mostu _1_ a druhý napájecí bod tenzometrického mostu _1_, vytváří průtokem přes odpor 15 na něm napětí, které je přivedeno do neinvertujíčího vstupu 18 diferenčního zesilovače 2. Toto napětí se porovnává s napětím mezi první’ svorkou 16 a druhou svorkou 17 zdroje preferenčního napětí, které je přivedeno na neinvertující vstup 19 prvního diferenčního zesilovače _2.The second output point 11 of the strain gauge bridge 1 is connected to the input 21 of the DC amplifier 5 and the output 23 of the DC amplifier 5 is connected to the output terminal 24 and the common point 22 of the DC amplifier 5 is connected to the reference point 25. The strain gauge bridge 1, together with the thermostat 8 and possibly with the DC amplifier, is integrated into one interconnected assembly 7. The function of the strain gauge bridge signal converter is as follows: reference voltage source 6, first differential amplifier 21 and resistor 15 provide a constant supply current for the strain gauge bridge 7. The supply current flowing from the output 20 of the first differential amplifier 2 through the first supply point 8 of the strain gauge bridge. 1 and the second supply point of the strain gauge bridge 1, by flowing through a resistor 15 thereon, generates a voltage which is applied to the non-inverting input 18 of the differential amplifier 2. This voltage is compared with the voltage between the first terminal 16 and the second terminal 17 of the preferential voltage source. applied to the non-inverting input 19 of the first differential amplifier 2.

První diferenční zesilovač p udržuje napětí na odporu 15 totožné 8 napětím zdroje 4 referenčního napětí, a tím í konstantní proud protékající přes tenzometrický most J_. Druhý diferenční zesilovač 3_ porovnává napětí prvního výstupního bodu 10 tenzometrického mostu _1_, kte ré je přivedeno na jeho invertující vstup 12 s napětím referenčního bodu 25, které je přivede no na jeho neinvertující vstup 13 a řídí napětí výstupu 14, na který je připojen odpor 15 a první výstup 16 zdroje referenčního napětí tak, aby napětí prvního výstupního bodu 10 tenzometrického mostu J_ bylo totožné s napětím referenčního bodu 25. Užitečný signál z tenzometrického mostu můžeme potom snímat mezi druhým výstupním bodem 11 tenzometrického mostu J_ a referenčním bodem 25. S výhodou můžeme použít na zesílení tohoto signálu jednoduchý nesy- . metrický stejnosměrný zesilovač i_, jehož vstup 21 je připojený na druhý výstup 1 1 tenzometric kého mostu _1_ a zesílený signál z jeho výstupu 23 je přiveden na výstupní bod 24. Společný bod 22 stejnosměrného zesilovače 5 je spojený s referenčním bodem 25. Aby ee neomezil vliv změn teploty vnějšího prostředí, můžeme s výhodou umístit celý převodník signálu, tenzometrický most J_, termostat 6, případně i stejnosměrný zesilovač 5., do jednoho vzájemně tepelně vázaného konstrukčního celku £, který je termostatem vyhřívaný na konstantní teplotu.The first differential amplifier p maintains the voltage at the resistor 15 identical to the voltage of the reference voltage source 4, thereby providing a constant current flowing through the strain gauge bridge. The second differential amplifier 3 compares the voltage of the first output point 10 of the strain gauge bridge 1 which is applied to its inverting input 12 with the voltage of the reference point 25 which is applied to its non-inverting input 13 and controls the voltage of the output 14 to which and a first output 16 of the reference voltage source such that the voltage of the first exit point 10 of the strain gauge bridge 11 is identical to the voltage of the reference point 25. The useful signal from the strain gauge bridge can then be sensed between the second exit point 11 of the strain gauge bridge. use a simple nonsense to amplify this signal. a metric DC amplifier 7 whose input 21 is connected to the second output 11 of the tensometric bridge 11 and the amplified signal from its output 23 is applied to the output point 24. The common point 22 of the DC amplifier 5 is connected to the reference point 25. of the ambient temperature, the entire signal converter, the strain gauge bridge, the thermostat 6, and possibly the DC amplifier 5, can advantageously be placed in one thermally coupled component 5, which is heated to a constant temperature by the thermostat.

Claims

1. A strain gauge bridge signal converter circuit, characterized in that the strain gauge bridge (1) is connected by its first supply point (8) to the output (20) of the first differential amplifier (2), which is simultaneously connected by its inverting input (18). to the second supply point (9) of the strain gauge bridge (1) and through the resistor (15) to the output (14) of the second differential amplifier (3), the non-inverting input (19) of the first differential amplifier (2) is connected to the second terminal (17) (4) of the reference voltage connected by its first terminal (16) and the output (14) of the second differential amplifier (3) having a non-inverting input (13) connected to a reference point (25) and inverting input (12) connected by 8 first output point 10 / tenzometric bridge / 1 /.

Wiring according to claim 1, characterized in that the strain gauge bridge (1) has its second output point (11) connected to an input (21) of a DC amplifier (5), whose output (23) is connected to an output point (24) and the common point (22) of the DC amplifier (5) is coupled to the reference point (25).

Connection according to Claims 1 and 2, characterized in that the signal converter together with the strain gauge bridge (1) is integrated with a thermostat (6) in a thermally coupled assembly (7).