DE2448058A1 - Dehnungsmesser - Google Patents
DehnungsmesserInfo
- Publication number
- DE2448058A1 DE2448058A1 DE19742448058 DE2448058A DE2448058A1 DE 2448058 A1 DE2448058 A1 DE 2448058A1 DE 19742448058 DE19742448058 DE 19742448058 DE 2448058 A DE2448058 A DE 2448058A DE 2448058 A1 DE2448058 A1 DE 2448058A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- temperature
- resistor
- voltage
- range
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
- G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
- G01L1/2268—Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/0041—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
- G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
- G01L9/0052—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
- G01L9/0054—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
- G01L9/065—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices with temperature compensating means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Measurement Of Force In General (AREA)
Description
DIPL.-CHEM. W. RtiCKER DIPL.-ING. S. LEINE
PATENTANWÄLTE
3 HANNOVER. BURCKHARDTSTR. 1
TELEFON (O511) 62 84 73
Unser Zeichen 233/192
HONEYWELL INC.
Datum 8. Oktober 1974
Dehnungsmesser
Die Erfindung betrifft einen Dehnungsmesser, mit einem ersten Widerstand und einem zweiten Widerstand, die durch eine
Unterlage so gehalten sind, daß die Widerstände in Abhängigkeit von der Änderung der Umgebung eine variable Dehnung erfahren,
mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Änderungen in der Umgebung durch Messung der Änderungen einer elektrischen Eigenschaft
der Widerstände.
Es sind eine Vielzahl von Dehnungsmessern zur Druckmessung
in der Vergangenheit verwendet worden. Normalerweise werden Dehnungsmeßwiderstände auf einer bewegbaren Membran befestigt,
die sich in Abhängigkeit von Druckänderungen dehnt oder bewegt, so daß die Widerstände mit verschiedenem Maß von Dehnung
beaufschlagt werden. Widerstandsänderungen, die sich aus
SL/Si -2-
5 09819/0977
ORIGINAL INSPECTED
unterschiedlicher Dehnung ergeben, liefern eine Anzeige für
das Maß des Druckes, mit dem die Membran beaufschlagt ist.
Bei einer bekannten Einrichtung sind zwei Dehnungsmeßwiderstände so angeordnet, daß sie auf Bewegungen einer
Membran bei Druckbeaufschlagung ansprechen. Während die Temperaturkoeffizienten dieser Widerstände kompensiert werden
können, wurde gefunden, daß die Werte des Widerstandes nicht gleichzeitig ausgeglichen werden können. Um am Anfang die
Widerstandswerte auszugleichen, war es erforderlich, Trimmwiderstände
in Reihe oder quer zu den Dehnungsmeßwiderständen oder beides zu schalten, um eine Wheatsbone'sehe Brücke zu
bilden. Dieses Verfahren führt jedoch zu einer Verschlechterung der Gleichheit des Temperaturkoeffizienten und somit zu
zusätzlichen Fehlern. Eine derartige Anordnung ist in der US-Patentschrift 3 457 493 beschrieben. Dort sind zwei Dehnungsmeßwiderstände
durch konstante Stromquellen über Bleileitungen vorgespannt, die verteilte konstante Widerstände
haben, die zwei Zweige der Brückenanordnung bilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Nachteile zu vermeiden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch einen ersten Operationsverstärker mit einem ersten nichtinvertierenden
Eingang, einem ersten invertierenden Eingang und einem ersten Ausgang, durch einen zweiten Operationsverstärker
mit einem zweiten nichtinvertierenden Eingang, einem zweiten invertierenden Eingang und einem zweiten Ausgang,
509819/0977
durch einen Schaltkreis zur Verbindung der ersten und zweiten nichtinvertierenden Eingänge mit einer Stromsenke mit einer
vorbestimmten Spannung, durch erste Mittel zur Einschaltung des ersten Widerstandes zwischen dem ersten Ausgang und dem
ersten invertierenden Eingang, so daß der Stromfluß zwischen dem ersten Widerstand trotz Änderungen im Widerstand des ersten
Widerstandes konstant bleibt, durch zweite Mittel zur Einschaltung des zweiten Widerstandes zwischen den zweiten
Ausgang und den zweiten invertierenden Eingang, so daß der Stromfluß durch den zweiten Widerstand trotz Änderungen im
Widerstand des zweiten Widerstandes konstant bleibt, durch Vorspannmittel, die zwischen der Spannungsquelle und den
ersten und zweiten invertierenden Eingängen eingeschaltet sind und die zur Einstellung des Ruhestromes dienen, der
durch den ersten und zweiten Widerstand fließt, und durch Differentialmittel, die an die ersten und zweiten Widerstände
angeschlossen sind und an deren Ausgang eine Meßspannung erscheint, die der Differenz der Spannung über
den ersten und zweiten Widerständen proportional ist.
Gemäß der Erfindung wird also eine Schaltung geschaffen, bei der es nicht mehr erforderlich ist, eine Brückenschaltung
bei einer druckempfindlichen Dehnungsmeßeinrichtung vorzusehen. Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung
sind zwei Dehnungsmeßwiderstände durch Operationsverstärker in einer solchen Weise vorgespannt, daß ein kon-
S09 819/0977
stanter Stromfluß durch die Widerstände aufrechterhalten und gleichzeitig eine niedrige Ausgangsimpedanz erzielt wird, die
eine Differentialschaltung in die Lage versetzt, ein Meßsignal zu erzeugen, das genau der Druckänderung entspricht.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Teil des Meßsignals an die Operationsverstärker zurückgeführt, um
die Linearität des Meßsignals in bezug auf Druckänderungen zu erhöhen.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung hält eine Temperaturkorrekturschaltung den Bereich der Meßspannung
entsprechend einer vorbestimmten Druckänderung auf einem im wesentlichen konstanten Wert über einen weiten Temperaturbereich.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Dehnungsmeßwiderstandsanordnung
zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 zeigt schematisch, vergrößert und als Teil
in perspektivischer Darstellung ein Teil der Dehnungsmeßwiderstandsanordmmg gemäß Fig. 1,
Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Schaltung zur Konditionierung der Signale, die durch die Widerstandsanordnung
gemäß Fig. 1 und 2 erzeugt ist,
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Art verdeutlicht, in der die Temperaturkorrekturschaltung gemäß
Fig» 3 arbeitet und
609819/0977 »5-
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Art verdeutlicht, in der die zur Linearisierung des Druckes
dienende Rückführungsschaltung gemäß Fig. 3 arbeitet.
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine bevorzugte Ausführungsform einer Dehnungsmeßwiderstandsanordnung zur
Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung«, Die Dehnungsmeßwiderstandsanordnung weist im wesentlichen eine
dünne runde Unterlage 12 aus Silikon auf, die als Membran wirkt. Die Unterlage besteht mit runden Seitenwandungen aus
einem Stück, die die Form einer Kappe 14 haben, die eine Druckkammer 15 umschließt. Die Kappe ist mit einer Rückplatte
16 aus Silikon abgedeckt, in die ein Kanal 17 gebohrt ist, durch den Zugang zu der Druckkammer 15 geschaffen ist. Die
Unterlage 12 wird in Richtung eines Pfeiles P durch Druckeinleitung in die Druckkammer 15 bewegt.
In Fig. 2 sind Dehnungsmeßwiderstände 18 und 20 in die Unterlage 12 diffundiert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist,
sind die Widerstände im rechten Winkel zueinander angeordnet, so daß der Widerstand dss einen sich umgekehrt zu dem Widerstand
des anderen verhält. Das bedeutet, daß der Widerstand des einen Widerstandes ansteigt und der Widerstand des anderen
Widerstandes abfällt, wenn sich der Druck auf die Unterlage ändert. Da die Widerstände 18 und 20 in die gleiche Membran
oder Unterlage eindiffundiert sind, ist es möglich, eine sehr
509819/0977
weitgehende Übereinstimmung ihrer Temperaturkoeffizienten zu erzielen. Eine Dehnungsmeßwiderstandsanordnung ähnlich der
mit der Ziffer 10 bezeichneten ist in einem Vutronik Transmitter enthalten, der durch die Firma Industrial Division of
Honeywell Inc. vertrieben wird.
Es sei nun auf Fig.'3 Bezug genommen. Eine bevorzugte
Ausführungsform einer Schaltung zur Signalkonditionierung gemäß
der Erfindung weist im wesentlichen einen Operationsverstärker 24, einen Operationsverstärker 29, ein Widerstandsnetzwerk
33, ein Vorspannetzwerk 37, einen Differentialkreis 47, einen zur Linearisierung durch Rückführung dienenden
Gegenkopplungswiderstand 60, einen Ausgangskreis 62 und
einen Korrekturkreis 75 zur Korrektur des Temperaturbereichs auf.
Im einzelnen weist der Operationsverstärker 24 einen Invertiereingang 25 auf, einen Nichtinvertiereingang 26 und
einen Ausgang 27. In gleicher Weise weist der Operationseingang 29 einen Invertiereingang 30, einen Nichtinvertiereingang
31 und einen Ausgang 32 auf. Es können herkömmliche Operationsverstärker in der Schaltung verwendet werden,, z. B. der
unter dem Handelsnamen Micro A 741 vertriebene. Der verwendete Operationsverstärker sollte eine Eingangsimpedanz größer als
250 k/Λ und eine Aus gangs impedanz kleiner als 100 -^- haben.
Das Widerstandsnetzwerk 33 dient zur Verbindung der nichtinvertierenden Eingänge der Operationsverstärker 24 und
609819/0977
mit einer Stromsenke, ζ. B. dem Massepotential. Das Netzwerk
enthält Widerstände 34 und 35 sowie ein variables Potentiometer 36. Die Widerstände 34 bis 36 haben einen relativ
niedrigen Wert, so daß die invertierenden Eingänge 25 und 26 auf einem Potential von weniger als 1 Volt unterhalb
Massepotential gehalten sind. Damit werden die invertierenden Eingänge 25 und 30 sehr nahe am virtuellen Massepotential
gehalten, so daß eine unbeabsichtigte Leckimpedanz, die zwischen Masse und der Verbindung der Widerstände 40 und 18
oder zwischen Masse und der Verbindung der Widerstände 42 und 20 gebracht wird, keinen oder nur einen geringen Effekt auf
die Arbeitsweise der Schaltung hat. Dies ist ein bedeutsames Merkmal, das wesentlich zur Gesamtzuverlässigkiet des Systems
beiträgt. Das Vorspannetzwerk 37 dient zur Einstellung des gleichgerichteten Ruhestromes, der durch die Dehnungsmeßwiderstände
18 und 20 fließt. Das Vorspannetzwerk weist Widerstände 38 bis 42 und ein einstellbares Potentiometer 44 mit
einem Schleifarm 45 auf. Eine gewöhnliche Stromversorgung versorgt das Vorspannetzwerk 37 mit einer Gleichspannung.
Der Differentialkreis 47 weist einen Operationsverstärker 49 auf, der als Differenzverstärker an die Dehnungsmeßwiderstände
18 und 20 angeschlossen ist. Der Operationsverstärker enthält einen Invertiereingang 50, einen Nichtinvertiereingang
51 und einen Ausgang 52, der eine Meßspannung erzeugt, die proportional dem Druck ist, mit dem die Druckkam-
5 09819/0977
mer 15 beaufschlagt ist. Der Differentialkreis 47 weist außerdem
Eingangswiderstände 54 bis 56 auf sowie einen Gegenkopplungswiderstand 58 in der gezeigten Zusammenschaltung.
Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist ein Teil der am Ausgang 52 erscheinenden Meßspannung mittels
eines Gegenkopplungswiderstaides 60 an das Widerstandsnetzwerk
33 zurückgeführt. Wie das später noch näher erläutert wird, wird durch diesen Widerstand die Meßspannung in bezug zum
Druck stärker linearisiert.
Ausgangskreis 62 weist einen Operationsverstärker 64 mit einem Invertiereingang 65, einem Nichtinvertiereingang
und einem Ausgang 67 auf, der eine Druckspannung erzeugt, die sowohl im Hinblick auf Drucklinearität als auch im Hinblick
auf Temperaturbereichsänderungen korrigiert ist. Der Kreis weist außerdem Eingangswiderstände 69 und 70 und einen Gegenkopplurgswiderstand
71 in der gseigten Zusammenschaltung auf.
Der Korrekturkreis 75 für den Temperaturbereich weist einen Temperaturtastwiderstand 77 auf, der in die Unterlage
12 eindiffundiert sein kann. Der Temperaturtastwiderstand 77 ändert seinen Widerstand mit der Temperatur und liefert so
eine Anzeige der Temperaturänderung, der die Unterlage ausgesetzt ist. Temperaturtastwiderstand 77 wird durch einen
Operationsverstärker 79 gespeist, der einen Invertiereingang 80, einen Nichtinvertiereingang 81 sowie einen Ausgang 82
aufweist. Operationsverstärker 79 wird durch Vorspannwider-
509819/0977
stände 84 und 85 geregelt. Die Klemme am oberen Ende des Vorspannwiderstandes 84 wie auch die anderen Klemmen, die
mit einem +-Zeichen gekennzeichnet sind, sind mit einer positiven Spannungsklemme innerhalb der Spannungsversorgung
46 verbunden.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 79 ist mit einem Widerstand 87 und einem einstellbaren Potentiometer 88 verbunden.
Wie das noch nachfolgend erläutert werden wird, ermöglicht das Potentiometer 88 eine Einstellung der Spannung auf
O bei einer Temperatur, die dem Minimumbereich der an dem Ausgang 52 erscheinenden Meßspannung entspricht.
Korrekturkreis 75 weist außerdem einen Operationsverstärker 90 mit einem Invertiereingang 91, einem Nichtinvertiereingang
92 sowie einem Ausgang 93 auf, der ein Korrektursignal gemäß Kurve 1 in Fig. 4 erzeugt. Der Operationsverstärker
wird durch Widerstände 95 und 96 und ein einstellbares Potentiometer 122 geregelt. Ein weiterer Operationsverstärker
100 zur Temperaturkorrektur weist einen Invertiereingang 101, einen Nichtinvertiereingang 102 und einen
Ausgang 103 auf, der ein Korrektursignal gemäß Kurve 2 in Fig. 4 erzeugt. Operationsverstärker 100 ist durch Vorspannwiderstände
105 bis 107 und ein einstellbares Potentiometer 108 geregelt. Korrekturkreis 75 weist außerdem einen Operationsverstärker
110 mit einem Invertiereingang 111, einem Nichtinvertiereingang 112 und einem Ausgang 113 auf, der ein
-lo-
5Q9819/0977
Korrektursignal gemäß Kurve 3 in Fig. 4 erzeugt. Operationsverstärker
110 ist durch Widerstände 115 bis 118 sowie ein einstellbares Potentiometer 119 geregelt.
Korrekturkreis 75 weist außerdem einen Widerstand 121 zur Steilheitseinstellung wie auch einen Kompensationswiderstand
124 zur Temperaturlinearisierung auf. Widerstand 121 erzeugt ein Temperaturkorrektursignal gemäß Kurve 4 in Fig. 4.
Ein Schalterkreis 130 ermöglicht zu einer bestimmten Zeit jeweils nur einem der Ausgangssignale von den Operationsverstärkern
90, 100 und 110 die Wirksamkeit. Der Schaltkreis weist Dioden 132 bis 136 und Widerstände 138 und 139 auf. Die Klemme
am unteren Ende des Widerstandes 138 ist mit einer negativen Spannung der Stromversorgung 46 verbunden. Darüber hinaus ist
jeder Operationsverstärker mit einer positiven und einer negativen Gleichspannung der Stromversorgung 46 verbunden.
Schalterkreis 130 steuert einen Treiber 142, der Transistoren 144 und 145, Widerstände 147 und 148 und eine Diode
150 aufweist. Der Treiber erzeugt an einem Leiter 152 eine Vorspannung zur Temperaturkorrektur, die an das Vorspannetzwerk
37 gelangt.
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Schaltung in Verbindung mit den Fig. 3 bis 5 erläutert.
Zur Einstellung des gleichgerichteten Ruhestromes durch die Dehnungsmeßwiderstände 18 und 20 wird der Schleifarm 45 so
lange bewegt, bis ein passender Wert erzielt ist. Nachdem der Ruhestrom eingestellt ist, halten die Operationsverstärker 24
5 09819/0977
und 29 den Ruhestrom konstant, unabhängig von Änderungen des Widerstandswertes der Dehnungsmeßwiderstände 18 und 20. Das
ist ein bedeutsames Merkmal, weil dadurch die Notwendigkeit zur Verwendung einer Wheatstone'sehen Brückenanordnung entfällt,
die bei bisher verwendeten Einrichtungen benutzt wurde. Nachdem der Ruhestrom durch die Dehnungsmeßwiderstände
18 und 20 eingestellt ist, wird das Potentiometer 36 verändert, um den Teil der Meßspannung einzustellen, der über den
Gegenkopplungswiderstand 60 an das Widerstandsnetzwerk 33 zurückgeführt wird. Potentiometer 36 wird so lange eingestellt,
bis die Meßspannung am Ausgang 52 relativ linear bleibt, wenn der Druck in der Druckkammer 15 von ungefähr 75 mm bis 800 mm Hg
verändert wird. Fig. 5 verdeutlicht die Größe der Korrektur, die durch Verwendung der Gegenkopplung mit dem Gegenkopplungswiderstand
60 erzielt werden kann. Kurve U gemäß Fig. 5 gibt eine typische unkorrigierte Meßspannung wieder, wenn der Gegenkopplungswiderstand
60 geöffnet ist. Diese Messung kann dadurch durchgeführt werden, daß die Meßspannung (Ausgang 52)
bei einem Druck von 75 mm Hg und bei ungefähr 800 mm Hg gemessen wird. Natürlich werden die Messungen bei einer einzigen
Temperatur durchgeführt. Nachdem zwei Drücke als zwei Punkte in dem Diagramm aufgetragen sind, wird eine gerade Linie
zwischen den beiden Punkten gezogen. Die Meßspannung wird dann gemessen, während der Druck in Stufen von 75 bis 800 mm Hg
geändert wird. Für jede Stufe wird die Spannung gemessen, und
50981 9/0977
die Differenz zwischen dem Wert auf der geraden Linie und dem tatsächlichen Wert wird in Einheiten von Millivolt und Prozenten
des vollen Bereichsfehlers abgelesen und als Kurve U aufgetragen. Durch Wiedereinschaltung des Gegenkopplungswiderstandes
60 und Einstellung des Potentiometers 36 kann die Drucklinearität der am Ausgang 52 gemessenen Spannung korrigiert
und an den Wert derKurve C angeglichen werden.
Es wurde gefunden, daß der Bereich der Meßspannung (Ausgang 52, Fig. 4) einen·Minimumwert bei einer&estimmten
Temperatur erreicht und sich bei Temperaturen oberhalb und unterhalb dieses Minimumwertes verbreitet. Bei dem Beispiel
gemäß Fig. 4 ist der Bereich der Meßspannung bei ungefähr 5O°C. In Fig. 4 ist die Bereichsspannung auf der X-Achse aufgetragen
und als Bezugswert verwendet. Der Bereich der Meßspannung ist die absolute Spannungsdifferenz am Ausgang 52 bei
Änderung des Druckes von ungefähr 75 bis 800 mm Hg bei einer bestimmten Tempeiä:ur. Wird der Bereich nicht über dem interessierenden
Temperaturbereich auf einem konstanten Wert gehalten, so ist die Genauigkeit der resultierenden Druckmessung
verringert.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wurde gefunden, daß der Bereich sich um 7 % über einen Temperaturbereich von ungefähr
-40 C bis ungefähr 90 C ändern kann. Eine typische, eine
solche Bereichsänderung wiedergebende Kurve ist die Kurve S in Fig. 4 Diese Kurve kann dadurch gewonnen werden, daß der
509819/0977
244805a
Korrekturkreis 75 abgetrennt und der Bereich oder die absolute Differenz der Meßspannung gemessen wird, während sich der
Druck in der Druckkammer 15 in Stufen von 75 bis 800 mm Hg bei
den verschiedenen dargestellten Temperaturen ändert.
Zur Korrektur der Bereichsänderung dient der Korrekturkreis 75 gemäß der Erfindung. Der Korrekturkreis arbeitet als
Nichtlinearverstärker, bei dem die Verstärkungen der verschiedenen
Verstärkerelemente dem Abfall des Bereichs angenähert sind, der durch einen vorbestimmten Teil der Kurve 5 (Fig. 4)
wiedergegeben ist. Die sich ergebende Verstärkungscharakteristxk
ist durch die Kurven 1 bis 4 in Fig. 4 verdeutlicht. Die Kurven 1 bis 3 ergeben sich durch die Operationsverstärker 90, 100 und
110, während die Kurve 4 durch den Wert des Widerstandes 121 gegeben ist.
Nachdem eine Kurve ähnlich der Kurve S für eine bestimmte
Dehnungsmeßwiderstandsanordnung gemäß der Erfindung aufgetragen ist, wird das Potentiometer 88 so eingestellt, daß die
Spannung an dem Leiter 152 bei der Temperatur 0 ist, die dem minimalen Bereich, beim vorliegenden Beispiel 50 C, entspricht.
Oberhalb der Minimumbereichstemperatur ist die Spannung an dem Leiter 152 negativ, und unterhalb der Minimumbereichstemperatur
ist die Spannung an dem Leiter 152 positiv. Um den Operationsverstärker 90 so einzustellen, daß eine Verstärkungscharakteristik.gemäß
Kurve 1 (Fig. 4) erzielt wird, wird das Potentiometer 122 verstellt. Zur Einstellung der Operationsverstärker
100 und 110 zur Erzielung von Verstärkungscharakteristiken ge-
-14-509819/0977
maß den Kurven 2 und 3 (Fig. 4) werden jeweils die Potentiometer
108 und 119 eingestellt. Wie bereits erwähnt, wird zur Erzielung einer Verstärkungscharakteristik gemäß Kurve 4 (Fig. 4)
der richtige Wert für den Widerstand 121 ausgewählt.
Schalterkreis 130 sorgt dafür, daß bei irgendeiner Temperatur unterhalb 50 C nur einer der Operationsverstärker 90,
100 oder 110 über den Transistor 144 die Spannung am Leiter 152 ändert, um eine Verstarkungscharakteristik gemäß einer der Kurven
1 bis 3 in Fig. 4 zu erzielen. Außerdem sorgt der Schalterkreis 130 dafür, daß bei irgendeiner Temperatur oberhalb 50°C
nur der Widerstand 121 über Transistor 145 in Funktion ist, so daß eine Verstarkungscharakteristik gemäß Kurve 4 erzielt ist.
Die an dem Leiter 152 erscheinende, zur Temperaturkorrektur dienende Vorspannung gelangt an das Vorspannetzwerk 37, um den
Gleichstromfluß durch die Dehnungsmeßwiderstände 18 und 20 so zu ändern, daß der Bereich der Meßspannung, die an dem Ausgang
52 erscheint, im wesentlichen über den gesamten interessierenden Temperaturbereich konstant bleibt. Als Folge der Druckline'-arität
und wegen der Temperaturkorrekturschaltung ist die am Ausgang 67 erscheinende Druckspannung linear mit den Änderungen
des Druckes in der Druckkammer 15 der Druckmeßwiderstandsanordnung
10 verknüpft.
509819/0977
Claims (9)
- Pat en tansprüche( 1.JDehnungsmesser, mit einem ersten Widerstand und einem zweiten Widerstand, die durch eine Unterlage so gehalten sind, daß die Widerstände in Abhängigkeit von der Änderung der Umgebung eine variable Dehnung erfahren, mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Änderungen in der Umgebung durch Messung der Änderungen einer elektrischen Eigenschaft der Widerstände, gekennzeichnet durch einen ersten Operationsverstärker mit
einem ersten nichtinvertierenden Eingang, einem ersten invertierenden Eingang und einem ersten Ausgang, durch einen
zweiten Operationsverstärker mit einem zweiten nichtinvertierenden Eingang, einem zweiten invertierenden Eingang und einem zweiten Ausgang, durch einen Schaltkreis zur Verbindung der
ersten und zweiten nichtinvertierenden Eingänge mit einer
Stromsenke mit einer vorbestimmten Spannung, durch erste Mittel zur Einschaltung des ersten Widerstandes zwischen dem ersten Ausgang und dem ersten invertierenden Eingang, so daß
der Stromfluß zwischen dem ersten Widerstand trotz Änderungen im Widerstand des ersten Widerstandes konstant bleibt, durch
zweite Mittel zur Einschaltung des zweiten Widerstandes zwischen den zweiten Ausgang und den zweiten invertierenden Eingang, so daß der Stromfluß durch den zweiten Widerstand trotz Änderungen im Widerstand des zweiten Widerstandes konstantSL/Si -16-509819/0977bleibt, durch Vorspannmittel, die zwischen der Spannungsquelle und den ersten und zweiten invertierenden Eingängen eingeschaltet sind und die zur Einstellung des Ruhestromes dienen, der
durch den ersten und zweiten Widerstand fließt, und durch Differentialmittel , die an die ersten und zweiten Widerstände angeschlossen sind und an deren Ausgang eine Meßspannung erscheint, die der Differenz der Spannung über den ersten und
zweiten Widerständen proportional ist. - 2. Dehnungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis ein Widerstandsnetzwerk mit einem solchen Widerstandswert aufweist, daß die ersten und zweiten invertierenden Eingänge auf einem Potential kleiner als 1 Volt gehalten
sind. - 3. Dehnungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ersten und zweiten Operationsverstärker eine Eingangsimpedanz größer als 250 k /£\ hat.
- 4. Dehnungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ersten und zweiten Operationsverstärker eine Ausgangsimpedanz kleiner als 100 Sl hat.
- 5. Dehnungsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Rückführung eines Teiles der Meßspannung an den Schaltkreis, wodurch die Drucklinearität der Meßspannung verbessert ist.509819/097 7
- 6. Dehnungsmesser nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch temperaturkompensierende Mittel, die aufweisen einen Temperaturtaster zur Erzeugung einer der Temperatur der Unterlage proportionalen Spannung, erste Korrekturmittel zur Erzeugung eines ersten Korrektursignals, dessen Größe proportional der Änderung des Meßspannungsbereichs über einen ersten Temperaturbereich ist, zweite Korrekturmittel zur Erzeugung eines zweiten Korrektursignals, dessen Größe proportional der Änderung des Meßspannungsbereichs über einen zweiten Temperaturbereich ist, der größer als der erste Temperaturbereich ist und durch Schaltmittel, die an die Vorspannmittel eine erste Temperaturkorrekturvorspannung übertragen, die proportional dem ersten Korrektursignal ist, wenn die Temperatur der Unterlage im ersten Bereich liegt, und die an die Vorspannmittel eine zweite Temperaturkorrekturspannung übertragen, die proportional dem zweiten Korrektursignal ist, wenn die Temperatur der Unterlage im zweiten Bereich liegt.
- 7. Dehnungsmesser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperaturbereich und der zweite Temperaturbereich jeweils unterhalb und oberhalb einer Minimumbereichstemperatur liegen, bei der der Meßspannungsbereich ein Minimum ist.
- 8. Dehnungsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erstenKorrekturmittel einen Operationsverstärker aufweisen.-18-5 09819/09772U8058
- 9. Dehnungsmesser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltmittel ein Diodennetzwerk aufweisen, das mit den ersten und zweiten Korrekturmitteln verbunden ist.50981 9/0977
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US00412134A US3841150A (en) | 1973-11-02 | 1973-11-02 | Strain gauge transducer signal conditioning circuitry |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2448058A1 true DE2448058A1 (de) | 1975-05-07 |
DE2448058B2 DE2448058B2 (de) | 1977-01-20 |
DE2448058C3 DE2448058C3 (de) | 1986-10-02 |
Family
ID=23631732
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2448058A Expired DE2448058C3 (de) | 1973-11-02 | 1974-10-09 | Dehnungsmeßanordnung |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3841150A (de) |
JP (1) | JPS597928B2 (de) |
CA (1) | CA1018797A (de) |
DE (1) | DE2448058C3 (de) |
FR (1) | FR2250105B1 (de) |
GB (1) | GB1481459A (de) |
IT (1) | IT1021782B (de) |
Families Citing this family (45)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3956927A (en) * | 1975-09-29 | 1976-05-18 | Honeywell Inc. | Strain gauge transducer apparatus |
US4000643A (en) * | 1976-03-29 | 1977-01-04 | Honeywell Inc. | Apparatus for producing a compensating voltage |
JPS5315821A (en) * | 1976-07-28 | 1978-02-14 | Pioneer Electronic Corp | Vibrator plate |
GB1569150A (en) * | 1976-10-27 | 1980-06-11 | Cil Electronics Ltd | Strain gauge arrangements |
US4233848A (en) * | 1978-01-06 | 1980-11-18 | Hitachi, Ltd. | Strain gauge pressure transducer apparatus having an improved impedance bridge |
US4205556A (en) * | 1979-02-12 | 1980-06-03 | Rockwell International Corporation | Circuitry for strain sensitive apparatus |
US4198868A (en) * | 1979-02-12 | 1980-04-22 | Rockwell International Corporation | Strain gauge apparatus and means for treating temperature dependency |
JPS55113904A (en) * | 1979-02-26 | 1980-09-02 | Hitachi Ltd | Method of zero point temperature compensation for strain-electric signal transducer |
US4226125A (en) * | 1979-07-26 | 1980-10-07 | The Singer Company | Digital pressure sensor system with temperature compensation |
US4326171A (en) * | 1980-04-14 | 1982-04-20 | Motorola, Inc. | Temperature compensating pressure sensor amplifier circuits |
JPS57501043A (de) * | 1980-08-04 | 1982-06-10 | ||
US4355537A (en) * | 1980-11-06 | 1982-10-26 | Combustion Engineering, Inc. | Temperature compensation for transducer components |
US4345477A (en) * | 1980-12-03 | 1982-08-24 | Honeywell Inc. | Semiconduction stress sensing apparatus |
US4392382A (en) * | 1981-03-09 | 1983-07-12 | Motorola Inc. | Linearized electronic capacitive pressure transducer |
US4399515A (en) * | 1981-03-31 | 1983-08-16 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Self-correcting electronically scanned pressure sensor |
US4414853A (en) * | 1981-08-10 | 1983-11-15 | The Foxboro Company | Pressure transmitter employing non-linear temperature compensation |
US4444056A (en) * | 1982-05-05 | 1984-04-24 | Itt Corporation | Temperature compensated circuit |
US4550611A (en) * | 1984-01-05 | 1985-11-05 | Motorola, Inc. | Electronic pressure transducer |
US4765188A (en) * | 1986-11-24 | 1988-08-23 | Bourns Instruments, Inc. | Pressure transducer with integral digital temperature compensation |
US4829287A (en) * | 1987-03-03 | 1989-05-09 | Hitek-Proteck Systems Incorporated | Taut wire intrusion detection system |
ATE80942T1 (de) * | 1988-04-21 | 1992-10-15 | Marelli Autronica | Elektrischer kraft- und/oder verformungsmessfuehler, insbesondere zum gebrauch als druckmessfuehler. |
DE3908795A1 (de) * | 1989-03-17 | 1990-09-20 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und vorrichtung zur messung einer mechanischen verformung |
GB8908518D0 (en) * | 1989-04-14 | 1989-06-01 | Lucas Ind Plc | Transducer temperature compensation circuit |
US5121064A (en) * | 1990-08-31 | 1992-06-09 | Allied-Signal, Inc. | Method and apparatus for calibrating resistance bridge-type transducers |
US5146788A (en) * | 1990-10-25 | 1992-09-15 | Becton, Dickinson And Company | Apparatus and method for a temperature compensation of a catheter tip pressure transducer |
DE19506014C2 (de) * | 1995-02-17 | 1998-05-20 | Siemens Ag | Druckmeßumformer, insbesondere zur Sensierung einer Seitenkollision bei einem Kraftfahrzeug |
US7146862B2 (en) * | 2004-06-02 | 2006-12-12 | Honeywell International Inc. | Thick film strain gage sensor |
US8357152B2 (en) | 2007-10-08 | 2013-01-22 | Biosense Webster (Israel), Ltd. | Catheter with pressure sensing |
US8535308B2 (en) | 2007-10-08 | 2013-09-17 | Biosense Webster (Israel), Ltd. | High-sensitivity pressure-sensing probe |
US8437832B2 (en) | 2008-06-06 | 2013-05-07 | Biosense Webster, Inc. | Catheter with bendable tip |
US9101734B2 (en) | 2008-09-09 | 2015-08-11 | Biosense Webster, Inc. | Force-sensing catheter with bonded center strut |
US9326700B2 (en) | 2008-12-23 | 2016-05-03 | Biosense Webster (Israel) Ltd. | Catheter display showing tip angle and pressure |
US10688278B2 (en) | 2009-11-30 | 2020-06-23 | Biosense Webster (Israel), Ltd. | Catheter with pressure measuring tip |
US8521462B2 (en) | 2009-12-23 | 2013-08-27 | Biosense Webster (Israel), Ltd. | Calibration system for a pressure-sensitive catheter |
US8529476B2 (en) * | 2009-12-28 | 2013-09-10 | Biosense Webster (Israel), Ltd. | Catheter with strain gauge sensor |
US8798952B2 (en) | 2010-06-10 | 2014-08-05 | Biosense Webster (Israel) Ltd. | Weight-based calibration system for a pressure sensitive catheter |
US8226580B2 (en) | 2010-06-30 | 2012-07-24 | Biosense Webster (Israel), Ltd. | Pressure sensing for a multi-arm catheter |
US8731859B2 (en) | 2010-10-07 | 2014-05-20 | Biosense Webster (Israel) Ltd. | Calibration system for a force-sensing catheter |
US8979772B2 (en) | 2010-11-03 | 2015-03-17 | Biosense Webster (Israel), Ltd. | Zero-drift detection and correction in contact force measurements |
US9687289B2 (en) | 2012-01-04 | 2017-06-27 | Biosense Webster (Israel) Ltd. | Contact assessment based on phase measurement |
US9261419B2 (en) | 2014-01-23 | 2016-02-16 | Honeywell International Inc. | Modular load structure assembly having internal strain gaged sensing |
CN106806018A (zh) * | 2015-12-01 | 2017-06-09 | 四川锦江电子科技有限公司 | 一种消融导管 |
CN106289624A (zh) * | 2016-11-07 | 2017-01-04 | 中国海洋大学 | 一种基于mems的海洋湍流传感器 |
GB2594336A (en) * | 2020-04-21 | 2021-10-27 | Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd | Force sensing systems |
CN117030098B (zh) * | 2023-09-28 | 2024-02-27 | 无锡菲欧科技有限公司 | 一种拥有温度补偿的双压力输出传感器 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3457493A (en) * | 1966-01-25 | 1969-07-22 | Beckman Instruments Inc | Multiple constant current supply |
DE2116432A1 (de) * | 1971-04-03 | 1972-10-12 | Siemens Ag | Brückenschaltung mit Dehungsmeßstreifen |
DE2158269A1 (de) * | 1971-05-15 | 1972-11-30 | Atm Poduzece Za Automatizaciju | Schaltung zur linearen Umformung von Widerstandswerten in Stromwerte |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3572109A (en) * | 1968-08-09 | 1971-03-23 | Gen Electric | Integral semiconductor strain gage transducers with frequency output |
-
1973
- 1973-11-02 US US00412134A patent/US3841150A/en not_active Expired - Lifetime
-
1974
- 1974-10-07 CA CA210,863A patent/CA1018797A/en not_active Expired
- 1974-10-09 DE DE2448058A patent/DE2448058C3/de not_active Expired
- 1974-10-11 IT IT53500/74A patent/IT1021782B/it active
- 1974-10-11 GB GB44069/74A patent/GB1481459A/en not_active Expired
- 1974-10-14 FR FR7434454A patent/FR2250105B1/fr not_active Expired
- 1974-10-31 JP JP49126062A patent/JPS597928B2/ja not_active Expired
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3457493A (en) * | 1966-01-25 | 1969-07-22 | Beckman Instruments Inc | Multiple constant current supply |
DE2116432A1 (de) * | 1971-04-03 | 1972-10-12 | Siemens Ag | Brückenschaltung mit Dehungsmeßstreifen |
DE2158269A1 (de) * | 1971-05-15 | 1972-11-30 | Atm Poduzece Za Automatizaciju | Schaltung zur linearen Umformung von Widerstandswerten in Stromwerte |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
DE-Z.: Archiv für technisches Messen (ATM), Blatt Z 6343-2 Feb. 1971, S. 33-36 * |
US-B.: Frank J. Oliver: Practical Instrumentation Transducers, Pitman Publishing, 1972, S. 30 und 33 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IT1021782B (it) | 1978-02-20 |
CA1018797A (en) | 1977-10-11 |
FR2250105A1 (de) | 1975-05-30 |
US3841150A (en) | 1974-10-15 |
FR2250105B1 (de) | 1978-11-24 |
JPS5080172A (de) | 1975-06-30 |
JPS597928B2 (ja) | 1984-02-21 |
DE2448058C3 (de) | 1986-10-02 |
DE2448058B2 (de) | 1977-01-20 |
GB1481459A (en) | 1977-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2448058A1 (de) | Dehnungsmesser | |
DE2917237C2 (de) | ||
DE3037888C2 (de) | ||
DE3503489A1 (de) | Schaltungsanordnung zur kompensation der temperaturabhaengigkeit von empfindlichkeit und nullpunkt eines piezoresistiven drucksensors | |
DE2809549A1 (de) | Halbleiter-druckwandler | |
EP1001248A2 (de) | Verfahren zur Offset-Kalibrierung eines magnetoresistiven Winkelsensors | |
DE1766284A1 (de) | Temperatur-Strom-Wandlervorrichtung | |
DE10148596B4 (de) | Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Grösse | |
EP0101956B1 (de) | Widerstandsthermometer | |
DE2945185A1 (de) | Halbleiter-druckmessvorrichtung | |
DE3233179A1 (de) | Druckmessvorrichtung | |
DE3212218A1 (de) | Verfahren zur temperaturkompensation eines wandlers | |
EP0264388A1 (de) | Schaltungsanordnung zur messung einer mechanischen verformung, insbesondere unter einwirkung eines drucks. | |
DE3419694A1 (de) | Elektronische vorrichtung | |
EP0565124B1 (de) | Verfahren und Schaltungsanordnung zur elektrischen Kompensation des Temperatureinflusses auf das Messsignal von mechanoelektrischen Messwandlern | |
DE2518890A1 (de) | Linearisierungsvorrichtung | |
DE2620282A1 (de) | Nichtlinearer gleichspannungsverstaerker fuer messzwecke | |
DE2539507A1 (de) | Einrichtung zur regelung der silberionenkonzentration bei der faellung eines silberhalogenids in einem ansatzkessel | |
DE2518422A1 (de) | Schaltungsanordnung zur selbsttaetigen kompensation des ohmschen widerstandes der verbindungsleitungen zwischen widerstandsgebern und messgeraeten | |
EP0017901B1 (de) | Schaltung zum elektrischen Messen mechanischer Grössen | |
DE19581856B3 (de) | Temperaturkompensation für Bauteile von integrierten Schaltungen auf der Halbleiterplättchen-Stufe | |
DE3817098C2 (de) | ||
DE2353390A1 (de) | Temperatur-kompensations-schaltung, insbesondere fuer temperatur- und druckmessfuehler | |
EP0074919B1 (de) | Schaltungsanordnung mit einem Messumformer, insbesondere mit einem Halbleiter-Druckaufnehmer | |
DE2111725C3 (de) | Elektrische Vergleicherschaltung mit einem aktiven Zweig |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8225 | Change of the main classification |
Ipc: G01B 7/18 |
|
8281 | Inventor (new situation) |
Free format text: PEARSON, ROBERT P., ST. PAUL, MINN., US |
|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |