DE2334788C3

DE2334788C3 - Piezo transducer amplifier arrangement with zeroing device

Info

Publication number: DE2334788C3
Application number: DE19732334788
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Freienstern; Meier Franz Hettlingen; Baumgartner Hans Ulrich Dr.sc.nat Winterthur; Wolf (Schweiz)
Original assignee: Kistler Instrumente AG
Current assignee: Kistler Instrumente AG
Priority date: 1972-07-28
Filing date: 1973-07-09
Publication date: 1978-02-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Piezomeßwandler-Verstärkeranordnung, die mit einer nachgeschalteten Speise- und Auswerteeinheit über Kabel verbunden ist und die eine Verstärkereingangsimpedanz von mindestens 10'°Ohm aufweist und mit einer eingebauten Nullungsschalteinrichtung versehen ist.The invention relates to a piezo transducer amplifier arrangement, which is connected to a downstream supply and evaluation unit via cable and which has an amplifier input impedance of at least 10 'ohms and with a built-in Zeroing switching device is provided.

Eine derartige Anordnung ist bekannt (CH-PS 02 690). Bei der bekannten Anordnung ist als Nullschaltvorrichtung ein Reed-Kontakt, also ein in einem Glasröhrchen hermetisch abgedichtet eingeschmolzener Kontakt verwendet, der durch ein von außen aufgebrachtes Magnetfeld schaltbar ist. Die bei einer derartigen Anordnung nicht überwindbaren Nachteile liegen darin, daß der Nullungsvorgang relativ viel Zeit benötigt, weil mechanische Kontakte nicht mit Frequenzen von mehr als einigen hundert Hz arbeiten können. Von Nachiei! ist aber insbesondere, daß sich in der Umgebung dieser Kontakte stets Störladungen befinden, die auf den Glasoberflächen in Nähe der eingeschmolzenen Kontaktlamellen sitzen und die nicht abgeleitet werden können. Es besteht daher nach einem Nullungsvorgang eine durch Influenz erzeugte Restspannung, die auch nach wiederholten Nullungsvorgängen nicht verschwindet Dabei ist besonders von Nachteil, daß die durch Influenz erzeugten Restspannungen nicht zeitlich konstant sind, sondern unterschiedliche Werte annehmen können, so daß sie auch nicht durch Kompensationsmaßnahmen ausgeschaltet werden können.Such an arrangement is known (CH-PS 02 690). In the known arrangement is as Zero switching device a reed contact, i.e. one that is hermetically sealed in a glass tube and melted down Contact used, which can be switched by an externally applied magnetic field. The at Such an arrangement insurmountable disadvantages are that the zeroing process is relative takes a lot of time because mechanical contacts do not operate at frequencies higher than a few hundred Hz be able. From Nachiei! but in particular is that in In the vicinity of these contacts there are always parasitic charges on the glass surfaces in the vicinity of the melted contact lamellas sit and which can not be diverted. It therefore exists after a Zeroing process a residual voltage generated by influence, which also after repeated zeroing processes does not disappear It is particularly disadvantageous that the residual stresses generated by influence are not constant over time, but can take on different values, so that they too cannot be switched off by compensatory measures.

Bedingt durch die mechanische Baugröße und die Notwendigkeit der magnetischen Betätigung der Reed-Kontakte ergeben sich beim Bau von Miniaturverstärkern erhebliche Probleme, die fast unlösbar sind, wenn es gilt, Miniaturverstärker mit Piezomeßwandlern zu einer Einheit zu verbinden. Insbesondere bei industrieller Anwendung von Piezomeßwandlern ergibt sich die Notwendigkeit, Miniaturverstärker in unmittelbarer Nähe der Piezowandler anzuordnen, damit die Signalleitungen zu den Auswertegeräten aus unkritischen Kabelvtrbindungen bestehen können, die keine besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Güte und Konstanz der Isolation erfordern.Due to the mechanical size and the need for magnetic actuation of the Reed contacts result in considerable problems in the construction of miniature amplifiers, which are almost unsolvable, when it comes to combining miniature amplifiers with piezo transducers to form a unit. Especially with industrial application of piezo transducers results in the need for miniature amplifiers in the immediate To be arranged near the piezo transducer so that the signal lines to the evaluation devices are uncritical Cable connections can exist that do not have particularly high quality requirements and constancy of isolation.

Es ist auch bekannt, bei Spannungs-Frequenz-Umsetzern (US-PS 34 09 763) oder bei Integrationsschaltungen (DE-OS 20 02 728) zum Entladen von Kondensatoren parallelliegende Halbleiter vorzusehen, die über eine Steuerleitung in den leitenden Schaltzustand und wieder zurück in den sperrenden Schaltzustand versetzt werden können. Bei diesen Anordnungen sind jedoch die Anforderungen an den Kondensator und den parallelliegenden Schalt-Halbleiter hinsichtlich des Isolationswertes bzw. der Zeitkonstante (Produkt aus Kapazität und Isolationswiderstand) nicht sehr hoch. Außerdem arbeiten sowohl Spannungs-Frequenz-Umsetzer als auch Integrationsschaltungen sehr rasch, also mit hoher Schaltfrequenz, weshalb die Anforderungen, die an die Isolationswiderstände und die Zeitkonstanten gestellt werden, um mehrere Größenordnungen geringer sind als bei Piezomeßwandler-Verstärkeranordnungen, bei denen häufig zusätzlich verlangt wird, daß sie auch statisch eichbar sind, was zur Forderung besonders großer Zeitkonstanten führt. Piezomeßwandler erzeugen bei Einleiten einer Kraft elektrische Ladungen, deren Größe proportional zur aufgebrachten Kraft ist. Jedes Abfließen von Ladungen bedeutet eine Verfälschung des Meßergebnisses, weshalb bei einer vorgegebenen Meßgenauigkeit ein bestimmter Isolationswiderstand bzw. bei der vorgegebenen, unvermeidbaren Kapazität eine Mindestzeitkonstante festgelegt sind.It is also known in voltage-to-frequency converters (US-PS 34 09 763) or with integration circuits (DE-OS 20 02 728) for discharging capacitors Provide parallel semiconductors which are switched to the conductive switching state and via a control line can be switched back to the blocking switching state. However, in these arrangements the requirements for the capacitor and the parallel switching semiconductor with regard to the Insulation value or the time constant (product of capacitance and insulation resistance) is not very high. In addition, both voltage-frequency converters and integration circuits work very quickly, that is with high switching frequency, which is why the requirements placed on the insulation resistance and the time constants are placed several orders of magnitude smaller than with piezo transducer amplifier arrangements, in which it is often additionally required that they can also be statically calibrated, which is a particular requirement large time constants. Piezo transducers generate electrical charges when a force is introduced, whose size is proportional to the force applied. Every discharge of charges means a falsification of the measurement result, which is why a certain insulation resistance for a given measurement accuracy or a minimum time constant are specified for the specified, unavoidable capacity.

Aufgrund des bei Piezomeßanordnungen geforderten hohen einzuhaltenden Isolationswiderstandes besteht jedoch die Gefahr, daß am Verstärkereingang durch statische Aufladungen so hohe Spannungen anliegen, daß der Eingangstransistor des Verstärkers zerstört wird, weil seine Steuerstrecke durchschlägt. Andererseits muß jedoch ein Eingangstransistor verwendet werden, der einen hohen Isolationswiderstand aufweist, weil dieser Transistor dem Meßwandler parallel liegt. Dieses Problem taucht bei den bekannten Integratoren bzw. Spannungs-Frequenz-Umsetzern nicht auf, weil dort die durch die Nullungsschaltvorrichtung zuDue to the high insulation resistance that is required for piezo measuring arrangements however, there is a risk that the amplifier input will be subjected to such high voltages due to static charges, that the input transistor of the amplifier is destroyed because its control path breaks down. on the other hand however, an input transistor with a high insulation resistance must be used, because this transistor is parallel to the transducer. This problem occurs with the known integrators or voltage-frequency converters, because there the zeroing switching device to

fts entladenden Kondensatoren nur auf einen in seiner maximalen Höhe vorgegebenen Spannungswert aufgeladen werden. Höhere Spannungen können betriebsmäßig nicht auftreten. Außerdem sind die dort verwende-fts discharging capacitors are only charged to a voltage value that is predetermined at its maximum level. Higher voltages cannot occur during operation. In addition, the

ten Kondensatoren wesentlich größer als die Kapazitäten bei den Piezomeßeinrichtungen, weshalb auch bei diesen bekannten Anordnungen auftretende statische Ladungen nicht zu so starken Spannungserhöhungen führen wie bei Piezomeßanordnungen. Die statischen Ladungen sind bei Piezomeßanordnuiigen deshalb gefährlich, weil einerseits die Kapazitäten klein und andererseits die Isolationswiderstände besonders hoch sind.th capacitors much larger than the capacities in the piezo measuring devices, which is why also with Static charges occurring in these known arrangements do not lead to such strong voltage increases lead as with piezo measuring arrangements. The static charges are therefore in Piezomeßanordnuiigen dangerous because, on the one hand, the capacitances are small and, on the other hand, the insulation resistances are particularly high are.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine für Piezomeßwandler-Verstärkeranordnungen geeignete Nullungsschalteinrichtung zu schaffen, die einerseits die mit der Verwendung von Reed-Kontakten verbundenen Nachteile (Nullsprung, großer Raum- und Energiebedarf) vermeidet und andererseits den Eingangstransistor vor Zerstörung durch Überspannungen schütztThe object of the present invention is to provide a for Piezo transducer amplifier arrangements to create suitable zeroing switching device, which on the one hand the Disadvantages associated with the use of reed contacts (zero jump, large space and energy requirements) and on the other hand protects the input transistor from being destroyed by overvoltages

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die Nullungseinrichtung eine fernsteuerbare Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterschaftglied enthält, wie zum Entladen von Kondensatoren in elektronischen Schaltungen an sich bekannt, und daß die Durchbruchspannung des Halbleiterschaltgliedes kleiner ist als die maximal zulässige Spannung am Eingangstransistor des Verstärkers.This object is achieved according to the present invention in that the zeroing device has a remotely controllable semiconductor arrangement with a semiconductor shaft member contains, as is known per se for discharging capacitors in electronic circuits, and that the breakdown voltage of the semiconductor switching element is less than the maximum permissible voltage at the input transistor of the amplifier.

Durch den Wegfall aller mechanisch bewegten Elemente wird nicht nur die mögliche Schaltfrequenz um viele Größenordnungen erhöht und der Energi saufwand für den Nullungsvorgang verkleinert, vielmehr fallen auch die durch die mechanisch bewegten Kontakte auftretenden Influenzwirkungen weg, die zu störenden, wegen schwankender Größe nicht auskompensierbaren Störspannungen führen. Darüber hinaus ist der Raumbedarf für die Nullungsschaltvorrichtung erheblich vermindert, was ganz neue Möglichkeiten eröffnet, wenn die Schaltanordnung mit einem Miniaturverstärker zusammen eingesetzt werden soll, der in unmittelbarer Nähe oder direkt im Piezomeßwandler eingebaut werden soll. Ein weiterer Vorteil von besonderer Bedeutung, der durch die erfindungsgemäße Nullungsschalteinrichtung erzielt wird, besteht darin, daß der Halbleiter den Eingangstransistor des Verstärkers vor Überspannungen schützt. Während bei der Verwendung eines Reed-Kontaktes bei offenem Kontakt bei auftretenden statischen Ladungen der Eingangstransistor gefährdet ist, wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung eine solche Gefährdung deshalb ausgeschlossen, weil vor Erreichen einer für den Eingangstransistor des Verstärkers schädlichen Spannung das Halbleiterschaltglied so weit leitend wird, daß die statischen Ladungen zumindest so weit abfließen, daß sie innerhalb einer ungefährlichen Grenze bleiben. Da die Eingänge von Elektrometer- und Ladungsverstärkern Eingangswiderstände in der Größenordnung von 10^l4Ohm aufweisen, genügen oft schon durcli Reibung entstehende elektrostatische Ladungen, um am Eingang solcher Verstärker elektrische Spannungen von mehreren hundert Volt entstehen zu lassen, was zu einem Durchschlagen der Steuerstrecke des Eingangstransistors des Verstärkers führt. Das Halbleiterschaltglied im Nullungskreis ist dieser statischen Ladung bzw. der durch die statische Ladung hervorgerufenen Spannung ebenfalls ausgesetzt und wird, wenn diese Spannung eine gewisse Grenzspannung, die Durchbruchspannung, überschreitet, leitend; dadurch wird die statische Ladung abgeführt, ohne daß dieses Halbleiterschaltglied zerstört wird. Dabei kann es, wenn die beteiligten Kapazitäten eine bestimmte Größe überschreiten, erforderlich sein, einen Strombegrenzungswiderstand einzuschalten. Wesentlich ist für die erfindungsgemäße Anordnung, daß das Halbleiterschaltglied der Nullungseinrichtung eine Durchbruchspannung aufweist, die kleiner ist air die Spannung, bei der der Eingangstransistor des Verstärkers zerstört wird. Derartige Halbleiterschaltglieder und Eingangstransistoren sind erhältlich. The elimination of all mechanically moving elements not only increases the possible switching frequency by many orders of magnitude and reduces the energy required for the zeroing process, but also eliminates the influence of the mechanically moved contacts that lead to disruptive interference voltages that cannot be compensated for due to fluctuating magnitudes . In addition, the space required for the zeroing switching device is considerably reduced, which opens up completely new possibilities if the switching arrangement is to be used together with a miniature amplifier which is to be installed in the immediate vicinity or directly in the piezo transducer. Another advantage of particular importance, which is achieved by the zeroing switching device according to the invention, is that the semiconductor protects the input transistor of the amplifier from overvoltages. While the input transistor is at risk when using a reed contact with an open contact when static charges occur, such a risk is excluded with the arrangement according to the invention because the semiconductor switching element becomes so conductive before a voltage which is harmful to the input transistor of the amplifier is reached the static charges flow away at least so far that they remain within a safe limit. Since the inputs of electrometer and charge amplifiers have input resistances in the order of magnitude of 10 ¹⁴ ohms, electrostatic charges caused by friction are often sufficient to generate electrical voltages of several hundred volts at the input of such amplifiers, which leads to a breakdown of the control path of the input transistor of the amplifier leads. The semiconductor switching element in the zeroing circuit is also exposed to this static charge or the voltage caused by the static charge and becomes conductive when this voltage exceeds a certain limit voltage, the breakdown voltage; as a result, the static charge is dissipated without this semiconductor switching element being destroyed. If the capacities involved exceed a certain size, it may be necessary to switch on a current limiting resistor. It is essential for the arrangement according to the invention that the semiconductor switching element of the zeroing device has a breakdown voltage which is lower than the voltage at which the input transistor of the amplifier is destroyed. Such semiconductor switching elements and input transistors are available.

Bei einer bevorzugten Ausführungsfonn der Erfindung ist beispielsweise das steuerbare Halbleiterschaltglied ein Sperrschicht-Feldeffekttransistor. Oder es ist das steuerbare Haltieiterschaltglied ein durch die Beleuchtungsstärke beeinflußbares Halbleiterelement Als Eingangstransistor im Ladungs- oder Elektrometerverstärker ist ein MOS-Feldeffekttransistor verwendet, an dem bei Überspannungen ein Durchschlag mit zerstörender Wirkung auftritt. Da aber der Sperrschicht-Feldeffekttransistor eine (keine Zerstörung bewirkende) Durchbruchspannung aufweisen kann, die geringer ist als die Durchschlagspannung desIn a preferred embodiment of the invention For example, the controllable semiconductor switching element is a junction field effect transistor. Or it is the controllable holding switch element is a semiconductor element that can be influenced by the illuminance A MOS field effect transistor is used as the input transistor in the charge or electrometer amplifier, at which a breakdown with a destructive effect occurs in the event of overvoltages. But since the junction field effect transistor may have a breakdown voltage (which does not cause destruction) which is lower than the breakdown voltage of the

ίο MOS-Feldeffekttransistors, wird die gewünschte Schutzfunkiton erzielt. Eine erfindungsgemäße Anordnung ergibt somit nicht nur eine hinsichtlich der Nullung vorteilhafte Eigenschaften aufweisende Anordnung, sondern es bewirkt diese Anordnung noch zusätzlich einen Schutz des Eingangstransistors des Verstärkers.ίο MOS field effect transistor, will be the one you want Protective function achieved. An arrangement according to the invention therefore not only results in one with regard to zeroing advantageous properties having arrangement, but it causes this arrangement in addition a protection of the input transistor of the amplifier.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein in seinem Sperrwiderstand stufenlos veränderbares Schaltglied verwendet und es ist eine Steuerleitung zum Ändern des Sperrwiderstandes an das Schaltglied geführt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß durch Einstellen des Widerstandes bei dynamischen Messungen die untere Grenzfrequenz des übertragenen Frequenzbandes eingestellt werden kann.In a preferred embodiment of the invention, one is stepless in its blocking resistance changeable switching element is used and there is a control line for changing the blocking resistance the switching element out. This arrangement has the advantage that by adjusting the resistance at dynamic measurements the lower limit frequency of the transmitted frequency band can be set.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Halbleiterschaltglied bei Anliegen der Speisespannung gesperrt und bei fehlender Speisespannung durchlässig. Dies hat den Vorteil, daß die Zahl der Adern, die von der Auswerte- oder Registriervorrichtung zu der Meßwandler-Verstärkeranordnung geführt werden müssen, verringert sein kann, weil durch das Anlegen der Speisespannung die Sperrung des Halbleiterschaltgliedes herbeigeführt wird, wodurch die Anordnung betriebsbereit wird. Andererseits ist durch Abschalten der Speisespannung das Halbleiterschaltglied in den durchlässigen Zustand umschaltbar, wodurch der Eingang kurzgeschlossen und damit nicht nur eine Nullung sondern auch eine vorteilhafte Sicherung gegen eingestreute Ladungen erzielt wird, die sogleich abfließen und keine Störspannungen verursachen können.In one embodiment of the invention, the semiconductor switching element is when the supply voltage is applied blocked and permeable if there is no supply voltage. This has the advantage that the number of wires that are fed by the Evaluation or recording device must be led to the transducer-amplifier arrangement, can be reduced because the blocking of the semiconductor switching element by applying the supply voltage is brought about, whereby the arrangement is ready for use. On the other hand is by switching off of the supply voltage, the semiconductor switching element can be switched to the permeable state, whereby the Input short-circuited and thus not only a zeroing but also an advantageous protection against interspersed charges are achieved, which flow away immediately and do not cause interference voltages be able.

Zwar können auch bei einer erfindungsgemäßen Anordnung nach dem Nullungsvorgang noch Störspannungen auftreten, bei denen trotz der Meßgröße Null am Ausgang des Verstärkers eine ein Meßsignal vortäuschende Spannung anliegt. Da jedoch bei der erfindungsgemäßen Anordnung diese Fehlerspannungen zumindest über gewisse Zeiten hinweg konstant sind, lassen sie sich durch eine entsprechende Gegenspannungen kompensieren. Bei einer bevorzugtenEven with an arrangement according to the invention, interference voltages can still occur after the zeroing process occur in which despite the measured variable zero at the output of the amplifier a measurement signal mock voltage is present. Since, however, in the arrangement according to the invention, these error voltages are constant at least over certain times, they can be adjusted by a corresponding counter-voltages compensate. With a preferred

(>o Ausführungsform der Erfindung ist daher eine Kompensationsleitung mit dem Verstärkereingang verbunden zum Zuführen eines vorgegebenen Kompensationssignals um Ausgleich des Nullsprunges. Dadurch läßt sich erreichen, daß das Signal am Verstärkerausgang(> o The embodiment of the invention is therefore a compensation line connected to the amplifier input for supplying a predetermined compensation signal to compensate for the zero jump. In this way it can be achieved that the signal at the amplifier output

(15 Null ist, wenn die Meßgröße Null ist.(15 is zero when the measurand is zero.

Die Erfindung wird anschließend anhand vonThe invention is then based on

Ausführungsbeispielen näher beschrieben und erläutert:Exemplary embodiments described and explained in more detail:

F i & ! zci*⁷! ^pine handelsübliche Meßverstärkerari-F i & ! zci * ⁷ ! ^p ine commercially available measuring amplifier

Ordnung nach dem Ladungsverstärkerprinzip;Order according to the charge amplifier principle;

F i g. 2 zeigt eine handelsübliche Meßverstärkeranordnung nach dem Elektrometerverstärkerprinzip;F i g. 2 shows a commercially available measuring amplifier arrangement based on the electrometer amplifier principle;

Fig.3 zeigt das Spannungs-Zeitdiagramm eines Nullungsvorganges mit handelsüblichen Anordnungen;3 shows the voltage-time diagram of a zeroing process with commercially available arrangements;

F i g. 4 zeigt eine Piezomeßwandler-Verstärkeranordnung mit Halbleiter-Nullungsvorrichtung für Ein-Ausschaltung; F i g. 4 shows a piezo transducer amplifier arrangement with semiconductor zeroing device for on-off switching;

F i g. 5 zeigt eine Piezomeßwandler-Verstärkeranordnup.g mit Halbleiter-Nullungsvorrichtung für stufenlose Wirkung;F i g. 5 shows a piezo transducer amplifier arrangement with a semiconductor zeroing device for a stepless effect;

F i g. 6 zeigt eine Piezomeßwandler-Verstärkeranordnung mit Halbleiter Nullungsvorrichtung mit einer optoelektrischen Einrichtung;F i g. 6 shows a piezo transducer amplifier arrangement with semiconductor zeroing device with a optoelectronic device;

F i g. 7 zeigt eine Piezomeßwandler-Verstärkeranordnung unter Verwendung eines Elektrometerverstärkers mit Halbleiterelementen;F i g. 7 shows a piezo transducer amplifier arrangement using an electrometer amplifier with semiconductor elements;

F i g. 8 zeigt eine Piezomeßwandler-Verstärkeranordnung mit Elektrometerverstärker und Lichtübertragung auf gegengeschaltete Dioden;F i g. 8 shows a piezo transducer amplifier arrangement with an electrometer amplifier and light transmission on counter-connected diodes;

F i g. 9 zeigt eine Piezomeßwandler-Verstärkeranordnung mit Anwendung der Ladungsverstärkungsschaltung; F i g. Fig. 9 shows a piezo transducer amplifier arrangement employing the charge amplification circuit;

Fig. 10 zeigt eine Piezomeßwandler-Verstärkeranordnung mit Koaxial-Übertragung zum Signalaufbereitungsgerät; Fig. 10 shows a piezo transducer amplifier arrangement with coaxial transmission to the signal conditioning device;

Fig. 11 zeigt eine Variante von Fig. 10 mit Lichtübertragung zur öffnung des Gegenkopplungskreises; 11 shows a variant of FIG. 10 with light transmission for opening the negative feedback circuit;

Fig. 12 zeigt ein Einbauspiel eines piezoelektrischen Druckaufnehmers mit einer Verstärker- und einer Nullungseinrichtung als Dickfilm oder Hybridschaltung ausgeführt.Fig. 12 shows an installation clearance of a piezoelectric Pressure transducer with an amplifier and a zeroing device as a thick film or hybrid circuit executed.

In F i g. 1 ist eine handelsübliche Meßverstärkeranordnung gezeigt, die aus dem Piezokristall 1 besteht, auf den die Kräfte P wirken, mit den Abnahmelektroden 2 und 3, die einerseits an die Masse 10, andererseits an den Gleichspannungsverstärker 4 angeschlossen sind. Dieser Verstärker ist als Ladungsverstärker mit Gegenkopplungskapazität 5 ausgebildet und hat eine Eingangsimpedanz von ΙΟ'⁴ Ω. Üblicherweise ist er mittels Meßleitung 12 mit dem Piezomeßwandler, der aus Kristall 1 und Elektroden 2 und 3 besteht, verbunden. Dem Ladungsverstärker 4 liegt das Prinzip des Integrierverstärkers (siehe F. Kohlrausch: »Praktisehe Physik«, 1968, Bd. 2, S. 56) zugrunde, der auch als »Miller Integrator« bekannt ist. Er zeichnet sich jedoch gegenüber üblichen »Miller Integratoren« durch hohen Eingangswiderstand und große Verstärkung aus.In Fig. 1 shows a commercially available measuring amplifier arrangement consisting of the piezo crystal 1 on which the forces P act, with the pick-up electrodes 2 and 3, which are connected on the one hand to the ground 10 and on the other hand to the DC voltage amplifier 4. This amplifier is designed as a charge amplifier with negative feedback capacitance 5 and has an input impedance of ΙΟ ' ⁴ Ω. It is usually connected to the piezo transducer, which consists of crystal 1 and electrodes 2 and 3, by means of a measuring line 12. The charge amplifier 4 is based on the principle of the integrating amplifier (see F. Kohlrausch: "Praktisehe Physik", 1968, vol. 2, p. 56), which is also known as the "Miller integrator". However, compared to the usual »Miller integrators«, it is distinguished by its high input resistance and large amplification.

Ladungsverstärker, in Verbindung mit piezoelektrisehen Aufnehmern zur Messung mechanischer Größen benutzt, sind u. a. auch in der Elektrorevue Nr. 48, November 1967, S. 2222, beschrieben.Charge amplifiers, in connection with piezoelectrics Transducers used to measure mechanical quantities are, inter alia. also in Elektrorevue No. 48, November 1967, p. 2222.

Übliche Kapazitätswerte des Gegenkopplungskondensators 5 liegen zwischen 10 pF und 0,1 μΡ. Um bei nahezu statischen Messungen eine große Zeitkonstante RxC -^on z. B. 1000 Sek. zu erreichen, muß im Falle des 10-pF-Kondensators der gesamte wirksame Isolationswiderstand im Eingangskreis, dargestellt durch Widerstand 6, einen Wert von min. 10¹⁴ Ω besitzen.Usual capacitance values of the negative feedback capacitor 5 are between 10 pF and 0.1 μΡ. In order to have a large time constant RxC - ^ on z. B. 1000 sec., In the case of the 10 pF capacitor, the total effective insulation resistance in the input circuit, represented by resistor 6, must have a value of at least 10 ¹⁴ Ω.

Vor Beginn einer Messung wird der Gegenkopplungskondensator durch Schließen eines parallelliegenden Schalters 7 entladen, wobei der Schalter kurzzeitig auf Position Re (Reset) gesetzt wird. Für die folgende Messung ist dieser Schalter 7 wieder offen, also auf Op < >s (Operation). Aus der Funktion ist ersichtlich, daß an Schalter 7 sehr hohe Isolationsanforderungen gestellt werden.Before starting a measurement, the negative feedback capacitor is discharged by closing a parallel switch 7, the switch being briefly set to position Re (reset). This switch 7 is open again for the following measurement, that is to say on Op <> s (operation). From the function it can be seen that switch 7 is subject to very high insulation requirements.

In F i g. 2 ist eine Variante einer piezoelektrischen Meßanordnung gezeigt, welche nach dem Spannungsverstärkerprinzip bzw. Elektrometerprinzip arbeitet. Durch die zum Piezowandler 21 parallelgeschaltete Kapazität 22 wird die Empfindlichkeit des als Impedanzwandler geschalteten Verstärkers 25 festgelegt. In Fig. 2 shows a variant of a piezoelectric measuring arrangement which works according to the voltage amplifier principle or electrometer principle. The sensitivity of the amplifier 25 connected as an impedance converter is determined by the capacitance 22 connected in parallel with the piezo transducer 21.

Auch in diesem Fall wird vor Beginn einer Messung die Kapazität 22 mittels Relais 24 kurzgeschlossen. Auch hier gilt die Forderung, daß Relaiskontakt 24 in geöffnetem Zustand sehr hohe Isolationswerte aufweisen muß. Der Gleichspannungsverstärker 25 ist mit Differenzeingang versehen, er folgt den Spannungsänderungen, die am Eingang 26 vom Piezosystem her eingeleitet werden.In this case, too, the capacitance 22 is short-circuited by means of relay 24 before a measurement is started. Here, too, the requirement applies that relay contact 24 must have very high insulation values in the open state. The DC voltage amplifier 25 is provided with a differential input, it follows the voltage changes that are initiated at the input 26 from the piezo system.

Bei den für den genannten Zweck üblicherweise verwendeten mechanischen Schaltern oder Relais sind wegen den geforderten hohen Isolationswiderständen meist solche des Typs Zungen- oder »Reed Relais« bevorzugt. Diese »Reed Relais« enthalten in Glas eingeschmolzene Zungen, die von einem außen aufzubringenden Magnetfeld betätigt werden.In the case of the mechanical switches or relays usually used for the stated purpose, those of the tongue or "reed relay" type are usually preferred because of the high insulation resistance required. These "reed relays" contain tongues fused in glass, which are activated by an externally applied magnetic field.

Obwohl diese zum neuesten Stand der Technik gehörenden »Reed Relais« hohe Isolationswerte und relativ kurze Schaltzeiten ergeben, haben sie für diese Anwendung eine Reihe schwerer Nachteile. So benötigt z. B. das Magnetfeld, das zur Betätigung erforderlich ist, relativ große Energie, bewirkt aber andererseits unerwünschte Induktionswirkungen und Störladungen. Diese Störungen bewirken nach Rückschaltung der Relais 7 und 24 auf Stellung Op den gefürchteten Nullsprung, der unregelmäßig ist und positive oder negative Spannungswerte erreichen kann. Hauptursache dieser Störungen sind Ladungen auf der Innenwand der Glasröhrchen von handelsüblichen »Reed Relais«. Durch diese Störladungen wird die gewünschte Ausgangslage vor Messungsbeginn, nämlich Spannung an den Gegenkopplungskondensatoren 5 und 22 = 0 und somit im Falle eines idealen Verstärkers, Ausgangsspannung des Verstärkers = 0, um einen Betrag, welcher der Größenordnung einiger Zehntel pC am Eingang entspricht, verfälscht. Da die Ladungen an der Glasinnenwand der »Reed Relais«, welche wie dargestellt in erster Linie den Nullsprung verursachen, sich verändern, kommt eine Kompensation, z. B. durch entsprechende Nullpunktverschiebung im Verstärker, praktisch nicht in Frage.Although these state-of-the-art reed relays result in high insulation values and relatively short switching times, they have a number of serious disadvantages for this application. For example, B. the magnetic field that is required for actuation, relatively large energy, but on the other hand causes undesirable induction effects and parasitic charges. After switching the relays 7 and 24 back to the Op position, these disturbances cause the dreaded zero jump, which is irregular and can reach positive or negative voltage values. The main cause of these disturbances are charges on the inner wall of the glass tubes of commercially available reed relays. Due to these interference charges, the desired starting position before the start of the measurement, namely voltage on the negative feedback capacitors 5 and 22 = 0 and thus in the case of an ideal amplifier, output voltage of the amplifier = 0, is falsified by an amount that corresponds to the order of magnitude of a few tenths of a pC at the input. Since the charges on the inner glass wall of the "reed relay", which, as shown, primarily cause the zero jump, change, a compensation occurs, e.g. B. by appropriate zero point shift in the amplifier, practically out of the question.

In F i g. 3 ist der zeitliche Ablauf eines Nuilungsvorganges dargestellt, wie er mit einem Oszillographen aufgenommen werden kann. Das Ausgangssignal Ua, gezeichnet durch Linie 34, fällt während der Nullungsphase 32, wenn der Relaiskontakt 7 bzw. 24 kurzgeschlossen, also auf Re geschaltet wird, auf den Wert = 0. Nach Rückschalten, d. h. öffnen auf Stellung Op' tritt der Nullsprung auf einen teilweise unregelmäßig und teilweise reproduzierbaren Wert 35 an, der positiv oder negativ sein kann. Die nun einsetzende Messung ist deshalb mit diesem Anfangsfehler behaftet, was im Falle von kleinen Meßgrößen oft zu unbefriedigenden Meßresultaten führt In Fig. 3 shows the timing of a grading process as it can be recorded with an oscilloscope. The output signal Ua, drawn by line 34, falls during the zeroing phase 32 when the relay contact 7 or 24 is short-circuited, ie switched to Re , to the value = 0. After switching back, ie opening to position Op ' , the zero jump occurs partially irregular and partially reproducible value 35, which can be positive or negative. The measurement that is now starting is therefore subject to this initial error, which in the case of small measured quantities often leads to unsatisfactory measurement results

Diese Schwierigkeiten entfallen, indem die mechanischen Relais 7 bzw. 24 durch steuerbare Halbleiterelemente ersetzt werden, die ohne magnetische Felder beeinflußbar sind und infolge Wegfall jeder mechanischen Kontaktbewegung viel schneller und mit wesentlich geringerem Energieaufwand betätigt werden können. Die Unterbrechung ist weniger abrupt, dadurch wird der durch Rauschen verursachte Fehler vermindert Ebenfalls fallen Fehler, bedingt durch Reibungs-These difficulties are eliminated because the mechanical relays 7 and 24 are replaced by controllable semiconductor elements that do not have magnetic fields can be influenced and, as a result of the elimination of any mechanical contact movement, can be actuated much faster and with significantly less energy consumption be able. The interruption is less abrupt, which means that errors caused by noise are reduced.

elektrizität und Thermospannungen weg.electricity and thermal voltages away.

Durch die: wesentlich kleineren Dimensionen des Halbleiterelementes ist ferner die Möglichkeit geboten, miniaturisierte Verstärker sowohl nach dem Ladungsverstärker wie auch nach dem Elektrometerverstärkerprinzip zu bauen. Die Piezomeßwandler-Verstärkeranordnung kanin in ein Gehäuse eingebaut werden, oder in zwei Gehäuse eingebaut und mit einem Kabel verbunden werden, wobei das Kabel den schwierigen Bedingungen in bezug auf Temperatur und Vibrationen, bei denen der Piezomeßwandler funktionieren muß, angepaßt ist.Due to the significantly smaller dimensions of the semiconductor element, there is also the possibility of miniaturized amplifiers based on both the charge amplifier and the electrometer amplifier principle to build. The piezo transducer-amplifier arrangement can be installed in a housing, or in two housings are built in and connected with a cable, the cable being the difficult one Temperature and vibration conditions at which the piezo transducer must function, is adapted.

In F i g. 4 ist der Gedanke des steuerbaren Halbleiterelementes zur Nullung des Ladungsverstärkers dargestellt. Dabei stellt 41 wiederum den Piezomeßwandler dar, der über Leitung 50 mit dem L adungsverstärker 44 verbunden ist. Letzterer ist wiederum mit Gegenkopplungskapazität 45 ausgerüstet, welche mi; dem steuerbaren Halbleiterelement 47 kurzgeschlossen oder in offener Verbindung steht. Der Steuerimpuls für öffnen (Op) oder Schließen (Re) wird über Leitung 48 in das Halbleiterelement eingegeben. Wie im Falle des »Reed Relais« muß ;auch vom Halbleiterelement 47 sehr hohe Isolation in der Größenordnung von min. 10^Ι3Ω gefordert werden, was technisch mit FET-Bauweise möglich ist.In Fig. 4 shows the concept of the controllable semiconductor element for zeroing the charge amplifier. 41 again represents the piezo transducer, which is connected to the charge amplifier 44 via line 50. The latter is in turn equipped with negative feedback capacitance 45, which mi; the controllable semiconductor element 47 is short-circuited or in open connection. The control pulse for opening (Op) or closing (Re) is input via line 48 into the semiconductor element. ^{As in the case of the "reed relay", the semiconductor element} 47 must also have a very high level of insulation on the order of at least 10 Ι3 Ω, which is technically possible with the FET design.

Von überragender Bedeutung ist aber, daß die Nullsprünge beim Halbleiterelement völlig reproduzierbar und damit kompensierbar sind. Dazu kann am Punkt 46 ein entsprechendes Kompensationssignal über Leitung 49 eingegeben werden.However, it is of paramount importance that the zero jumps in the semiconductor element are completely reproducible and can therefore be compensated. For this purpose, a corresponding compensation signal can be sent at point 46 Line 49 can be entered.

In Fig.5 ift ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Piezokristall 51 und Ladungsverstärker 54 gezeigt. Anstelle eines als Schalter betriebenen Halbleiterelementes wird ein solches verwendet, das sich zwischen Kurzschluß und höchstem Widerstand auf beliebige Zwischenstufen, also Werte von z. V. 10", 10«, 10¹⁰, 10" bis 10^Ι3Ω einstellen läßt. Die Größe des wirksamen Widerstandes kann durch das Steuersignal 58 reguliert werden. Diese Möglichkeit wird bei dynamischen Messungen zur Bestimmung der unteren Grenzfrequenz angewendet.A further exemplary embodiment with a piezo crystal 51 and charge amplifier 54 is shown in FIG. Instead of a semiconductor element operated as a switch, one is used that changes between short circuit and highest resistance to any intermediate level, ie values of z. V. 10 ", 10", 10 ¹⁰ , 10 "to 10 ^Ι3 Ω can be set. The size of the effective resistance can be regulated by the control signal 58. This option is used for dynamic measurements to determine the lower limit frequency.

In Fig.6 ist eine weitere Variante einer Piezomeßwandler-Verstärkeranordnung mit Piezomeßwandler 61 und Ladungsverstärker 64 gezeigt. Anstelle eines steuerbaren Halbleiterelementes wird ein optoelektronisches Schaltelement 67 zur vollständigen oder teilweisen Kurzschließung des Gegenkopplungskondensators 65 angewendet Dieses Schaltelement 67 besteht aus zwei gegeneinandergeschalteten Photodioden 69, welche durch ein oder zwei lichtemittierende Dioden 68, über Steuerleitung 66, beleuchtbar sind.In Figure 6 is a further variant of a piezo transducer amplifier arrangement with piezo transducer 61 and charge amplifier 64 shown. Instead of one controllable semiconductor element is an optoelectronic switching element 67 for complete or partial short-circuiting of the negative feedback capacitor 65. This switching element 67 consists of two counter-connected photodiodes 69, which by one or two light-emitting Diodes 68, via control line 66, can be illuminated.

Außer dem Bipolar-Transistor und dem Thyristor ist als Halbleiterschaltglied der Sperrschicht-Feldeffekt-Transistcr besonders gut geeignet, da sich mit ihm im Sperrzustand besonders hohe Widerstandswerte errei chen lassen. Eine Schaltung mit einem der vorgenannten Transistortypen als Nullungs-Einrichtung läßt sich auch so variieren, daß nach Abschalten der Betriebsspannung des Verstärkers die Nullungs-Einrichtung niederohmig wird und dadurch den Gegenkopplungskondensator automatisch kurzschließt Bei entsprechender Schaltungsauslegung kann dann mit nur zweipoliger Verbindung zwischen Vorverstärker und Signalaufbereitungsteil sowohl die Speisung als auch Signal und Reset-Befehl übertragen werden. Diese Möglichkeiten sollen an den weiteren Figuren näher erläutert werden. In addition to the bipolar transistor and the thyristor, the junction field effect transistor is particularly well suited as a semiconductor switching element, since it can be used to achieve particularly high resistance values in the blocking state. A circuit with one of the aforementioned transistor types as the zeroing device can also be varied in such a way that after the operating voltage of the amplifier has been switched off, the zeroing device becomes low-resistance and thereby automatically short-circuits the negative feedback capacitor the supply as well as the signal and reset command can be transmitted. These possibilities are to be explained in more detail in the further figures.

Die bis dahin gezeigten Piezomeßwandler-Ver-The piezo transducers shown up to then

stärkeranordnungen können ohne weiteres auf bestehende Ladungs- oder Elektrometerverstärker für Piezomeßwandler angewendet werden, bei denen der Piezomeßwandler und der Verstärker getrennte Einheiten bilden, die durch hochisolierende Stecker und Leitungen miteinander verbunden sind. Für industrielle Anwendungen sind jedoch hochisolierende Verbindungsmittel infolge der erhöhten Störanfälligkeit unerwünscht.Stronger arrangements can easily on existing charge or electrometer amplifiers for Piezo transducers are used in which the piezo transducer and the amplifier are separate units that are connected to one another by highly insulating plugs and cables. For industrial However, applications are highly insulating fasteners due to their increased susceptibility to failure undesirable.

Für solche Anwendungen ist es deshalb vorteilhaft, wenn Miniaturverstärker gebaut werden können, die unmittelbar im oder am Piezomeßwandler angeordnet sind. Dabei soll sowohl das Ladungs- wie auch das Elektrometerverstärkerprinzip anwendbar und, wennFor such applications it is therefore advantageous if miniature amplifiers can be built that are arranged directly in or on the piezo transducer. Both the cargo and the Electrometer amplifier principle applicable and, if

is immer möglich, sollen koaxiale Fernleitungen zu den Auswertgeräten möglich sein. Wie ersichtlich, läßt sich ein solcher Miniaturverstärker nur verwirklichen, wenn die Größe und Funktionsweise der Nullungseinrichtung dies ermöglichen, es sei denn, man verzichtet auf quasistatische Messungen.is always possible, coaxial long-distance lines should go to the Evaluation devices be possible. As can be seen, such a miniature amplifier can only be realized if the size and mode of operation of the zeroing device allow this, unless one waives quasi-static measurements.

In Fig. 7 ist eine Elektrometerverstärkerschaltung gezeigt, welche sich eignet in Miniaturausführung mit dem Piezomeßwandler vereinigt zu werden, dies würde alle Teile innerhalb Rechteck 77 betreffen. Die Anpaßelektronik mit Stromversorgung und Signalauswertungsausgang Ua ist in Rechteck 79 dargestellt und 78 stellt die koaxiale Übertragungsleitung dar. Mit 71 ist wiederum der Piezomeßwandler gezeigt, dem eine Kapazität 72 parallel geschaltet ist. In gewissen Fällen besteht diese allein aus Eigenkapazität des Meßwandlers und Teilen desselben. Die Meßwechselspannung wird über einen Kondensator 81 ausgekoppelt; die Speisespannung wird über ein ^für Gleichstrom einen geringen und für Wechselstrom mit der Frequenz der Meßsignale einen hohen Widerstand aufweisendes Schaltelement 80 zugeführt.In Fig. 7 an electrometer amplifier circuit is shown, which is suitable to be combined in miniature version with the piezo transducer; this would apply to all parts within rectangle 77. The matching electronics with power supply and signal evaluation output Ua is shown in rectangle 79 and 78 represents the coaxial transmission line. 71 again shows the piezo transducer, to which a capacitor 72 is connected in parallel. In certain cases this consists solely of the internal capacitance of the transducer and parts of it. The measuring alternating voltage is coupled out via a capacitor 81; the supply voltage is supplied via a DC ^f or a low and a high resistance for exhibiting alternating current with the frequency of the measuring signals switching element 80th

Der MOS FET 75 dient hier als Impedanzwandler und der P-Channel FET 74 dient hier zum Kurzschließen der Kapazität 72 oder direkt des Piezoelementes 71. Die Steuerung des FET 74 erfolgt durch Ein- oder Ausschalten der Speisespannung über die Leitung 78 von der Anpaß- und Stromversorgungseinheit 79 her. Der FET 74 ist damit so geschaltet, daß im ausgeschalteten Zustand der Einheit 79 allfällige Ladungen, die durch Krafteinwirkungen auf dem Piezomeßwandler 71 entstehen können, dauernd kurzgeschlossen werden. Erst bei Einschaltung wird durch die Spannung der FET 74 gesperrt, wobei dieser Öffnungsvorgang, wenn nötig, durch Kapazität 73 verzögert werden kann, bis MOS FET 75 voll in Aktion ist Zu Beginn der Messung ist damit gewährleistet daß keine Restladungen von früheren Messungen in die neue Messung eingehen. Sollten sich durch andere Einflösse, z.B. größere Temperaturänderungen, Nullpunktsver- The MOS FET 75 is used here as an impedance converter and the P-channel FET 74 is used here to short-circuit the capacitance 72 or directly the piezo element 71. The control of the FET 74 takes place by switching the supply voltage on or off via the line 78 from the matching and Power supply unit 79. The FET 74 is thus connected in such a way that, when the unit 79 is switched off, any charges that may arise on the piezoelectric transducer 71 as a result of forces are permanently short-circuited. Only at start up is disabled by the voltage of the FET 74, this opening operation can be, if necessary, delayed by capacitance 73, to the MOS FET 75 fully into action is at the beginning of the measurement in order to ensure that no residual charges from previous measurements into the new Measurement received. Should other influences, e.g. major temperature changes, zero point misalignments

SS Schiebungen bemerkbar machen, so können diese leicht ausgeschaltet werden, indem die Messung durch Ausschaltung der Speisespannung kurzzeitig unterbrochen wird. Anstelle des geschalteten FET 74 kann ein solcher mit anpaßbarer Zwischenstellung, ähnlich Fig.5, verwendet werden, welcher im gesperrten Zustand z. B. einen Widerstand von 10¹⁰ Ω ergibt Für gewisse Anwendungen lassen sich damit, insbesondere bei dynamischen Messungen, Störungen durch Temperaturverinderun- SS make shifts noticeable , these can easily be switched off by briefly interrupting the measurement by switching off the supply voltage. Instead of the switched FET 74, one can be used with an adjustable intermediate position, similar to FIG. B. results in a resistance of 10 ¹⁰ Ω For certain applications, especially with dynamic measurements, disturbances due to temperature reduction

<>s gen automatisch korrigieren.<> Correct s gen automatically.

In F i g. 8 ist eine Variante 89 von F i g. 7 gezeigt, mit dem Unterschied, daß an der Stelle des steuerbaren Halbleiterelementes 74 eine Anordnung aus zweiIn Fig. 8 is a variant 89 of FIG. 7 shown with the difference that at the point of the controllable semiconductor element 74 an arrangement of two

gegeneinandergeschalteten Dioden 86, die von der Lichtquelle 85 gesteuert werden, vorgesehen ist. Die Lichtquelle 85 ist mit über den Kondensator 87 zugeführten Wechselstrom gespeist. Ein Rechteck 89 umgrenzt die zum Wandler und zum Elektrometer gehörenden Teile.oppositely connected diodes 86, which are controlled by the light source 85 , is provided. The light source 85 is fed with alternating current supplied via the capacitor 87. A rectangle 89 defines the parts belonging to the transducer and the electrometer.

In Fig.9 ist eine Anordnung 100 gezeigt, die nach dem Ladungsverstärkerprinzip arbeitet, ähnlich Fig.4 und 5. Der Operationsverstärker 92 ist an den Piezomeßwandler 91 angeschlossen und wird durch die Leitungen 96 und 97 gespeist. Zur Kurzschließung des Gegenkopplungskondensators 93 wird der N-Channel FET 94 verwendet, der bei Einschaltung der Speisespannung sperrt und damit den Op Amp 92 in Funktion bringt. Widerstand 95 dient zum Schutz von FET 74. Das Meßsigna! wird über Leiter 98 und 99 abgenommen. Die Anordnung verlangt deshalb eine vieradrige Verbindung zwischen der Kombination 100 und der nicht gezeigten Anpaßelektronik. In vielen Fällen, insbesondere für industrielle Anwendungen, sind die Dimensionen von Meßwandler, Stecker und Kabel so groß, daß keine besonderen Schwierigkeiten für vieradrige Übertragungsleitungen bestehen.FIG. 9 shows an arrangement 100 which operates according to the charge amplifier principle, similar to FIGS. 4 and 5. The operational amplifier 92 is connected to the piezo transducer 91 and is fed through the lines 96 and 97. To short-circuit the negative feedback capacitor 93, the N-channel FET 94 is used, which blocks when the supply voltage is switched on and thus brings the op amp 92 into operation. Resistor 95 serves to protect FET 74. The measurement signal! is picked up via conductors 98 and 99. The arrangement therefore requires a four-wire connection between the combination 100 and the matching electronics (not shown). In many cases, particularly for industrial applications, the dimensions of the transducer, connector and cable are so large that there are no particular difficulties for four-wire transmission lines.

In Fig. 10 ist eine Variante von Fig.9 gezeigt, welche ebenfalls nach dem Ladungsverstärkerprinzip geschaltet ist, jedoch mit einer zweiadrigen oder koaxialen Übertragungsleitung 110 ausgerüstet ist. Eine solche Anordnung eignet sich für einen höheren Grad der Miniaturisierung, bedingt dafür aber einen etwas höheren Aufwand. Der Piezomeßwandler 101 ist einerseits direkt mit Operationsverstärker 103 und andererseits über Zenerdiode 102 mit demselben verbunden. Er kann in einer anderen Variante aber auch direkt an den +- und —-Eingang des Operationsverstärkers 103 angeschlossen werden.FIG. 10 shows a variant of FIG. 9, which is also connected according to the charge amplifier principle, but is equipped with a two-wire or coaxial transmission line 110. Such an arrangement is suitable for a higher degree of miniaturization, but requires somewhat more effort. The piezo transducer 101 is on the one hand directly connected to the operational amplifier 103 and on the other hand via Zener diode 102 to the same. In another variant, however, it can also be connected directly to the + and - input of the operational amplifier 103 .

Die Entladung des Gegenkopplungskondensator 104 ist wiederum durch P-Channel FET 105 gesteuert, der durch Kondensator 106 verzögert betätigt werden kann. Durch Einschaltung des Speisestroms über Leiter 111 und 112 wird FET 105 wiederum gesperrt, wodurch Op Amp 103 in Funktionsstellung kommt. Dem durch die Leiter Ul und 112 eingegebenen konstanten Speisestrom überlagert sich das Signal des Piezomeßwandler 101. Trennung des von der vorgeschalteten Einheit 107 erzeugten Signals vom Speisestrom erfolgt dann in der Signalaufbereitungseinheit 108. The discharge of the negative feedback capacitor 104 is in turn controlled by P-channel FET 105 , which can be actuated by capacitor 106 with a delay. When the supply current is switched on via conductors 111 and 112 , FET 105 is again blocked, as a result of which Op Amp 103 comes into its functional position. The signal from the piezo transducer 101 is superimposed on the constant feed current input through the conductors U1 and 112. The signal generated by the upstream unit 107 is then separated from the feed current in the signal processing unit 108.

In Fig. 11 ist eine Variante von Fig. 10 dargestellt mit dem Unterschied, daß der FET 105 durch Schaltung 115 ersetzt wird, in welcher wiederum zwei lichtgesteuerte Dioden 116 so gegeneinandergeschaltet sind, daß sie den Gegenkopplungskondensator mit Einschaltung des Speisestroms freigeben. Die Signalauswertung erfolgt wie in Fig. 10, indem die Variation des Speisestroms mittels Op Amp in eine Spannungsvariation umgewandelt wird.FIG. 11 shows a variant of FIG. 10 with the difference that the FET 105 is replaced by a circuit 115 in which two light-controlled diodes 116 are connected to one another in such a way that they release the negative feedback capacitor when the supply current is switched on. The signal evaluation takes place as in FIG. 10, in that the variation of the supply current is converted into a voltage variation by means of the Op Amp.

Zum Schluß ist in Fig. 12 als Beispiel die räumliche Gestaltung eines Miniaturverstärkers 120, eingebaut in einen Piezomeßwandler 121, gezeigt. Der Wandler ist geeignet für Druck-, Kraft- oder Beschleunigungsmessung, je nachdem die Krafteinleitpartie 123 als Membrane, als Kraftplatte oder als seismische Masse ausgebildet ist. Der Kristallsatz 122 gibt seine ®- und ^θ-Ladung über Kontaktfedern 130 an den VerstärkerFinally, the spatial configuration of a miniature amplifier 120, built into a piezo transducer 121, is shown in FIG. 12 as an example. The transducer is suitable for measuring pressure, force or acceleration, depending on whether the force introduction part 123 is designed as a membrane, a force plate or a seismic mass. The crystal set 122 gives its ® and ^θ charge via contact springs 130 to the amplifier

120 ab. Dieser ist mit dem Stecker 124 zu einem Gehäuse ausgebildet. Im Verstärkergehäuse 120 ist die Trägerplatte 128 montiert, auf welcher die verschiedenen Halbleiterelemente 129 bzw. Verstärker mit den Zubehörkomponenten montiert und miteinander nach bekannten Methoden verbunden sind. 120 from. This is formed with the plug 124 to form a housing. The carrier plate 128 is mounted in the amplifier housing 120 , on which the various semiconductor elements 129 or amplifiers with the accessory components are mounted and connected to one another by known methods.

Das Verstärkergehäuse 120 ist vom WandlergehäuseThe amplifier housing 120 is from the converter housing

121 durch ein Glas- oder Keramikteil 127 isoliert. Die Steckerbuchse 126 ist vom Gewindeteil 125 ebenfalls durch Isolator 131 getrennt. Die ganze Verstärkereinheit 120 ist so konzipiert, daß sie außerhalb des Piezowandlers 121 vollständig montiert und geprüft werden kann. Hierauf wird die Einheit in den Piezowandler eingeschoben und an den Ringpartien 132 dicht verschweiß¹.. Hierauf kann eine niederohmige Kabelverbindung zur Speisestromeinheit und zur Signalverarbeitung geführt werden. 121 isolated by a glass or ceramic part 127. The socket 126 is also separated from the threaded part 125 by an insulator 131. The entire amplifier unit 120 is designed in such a way that it can be completely assembled and tested outside of the piezo transducer 121. The unit is then pushed into the piezo transducer and welded tightly to the ring sections 132 ^1. A low-resistance cable connection can then be made to the supply current unit and for signal processing.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Piezo transducer amplifier arrangement which is connected to a downstream supply and evaluation unit via cable and which has an amplifier ^{input impedance of at least 10 10} ohms and is provided with a built-in zeroing switching device, characterized in that the zeroing device is a remotely controllable semiconductor arrangement with a semiconductor switching element (47 or 57 or 67 or 74 or 84 or 94 or 105 or 115) , as is known per se for discharging capacitors in electronic circuits, and that the breakdown voltage of the semiconductor switching element is lower than the maximum permissible voltage on Input transistor (75 or 88) of the amplifier (44 or 54 or 64 or 92 or 103 or 113).

2. Piezo transducer amplifier arrangement according to claim 1, characterized in that the controllable semiconductor switching element is a junction field effect transistor (74 or 94 or 105) .

3. Piezo transducer amplifier arrangement according to claim 1, characterized in that the controllable semiconductor switching element a semiconductor element that can be influenced by the illuminance (67 or 84 or 115).

4. Piezo transducer amplifier arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that that an infinitely variable semiconductor switching element (57 or 67) is used, and that a control line (58 or 66) to change the blocking resistance to the Semiconductor switching element is performed.

5. Piezo transducer amplifier arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the semiconductor orschaltglied (74 or 84 or 105 or 115) is blocked when the supply voltage is applied and is permeable when there is no supply voltage.

6. Piezomoss transducer amplifier arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a compensation line (49) is connected to the amplifier input (46) for supplying a predetermined compensation signal to compensate for the zero jump.