DE2448058C3 - Dehnungsmeßanordnung - Google Patents

Dehnungsmeßanordnung

Info

Publication number
DE2448058C3
DE2448058C3 DE2448058A DE2448058A DE2448058C3 DE 2448058 C3 DE2448058 C3 DE 2448058C3 DE 2448058 A DE2448058 A DE 2448058A DE 2448058 A DE2448058 A DE 2448058A DE 2448058 C3 DE2448058 C3 DE 2448058C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
temperature
voltage
measuring
output
resistor
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.)
Expired
Application number
DE2448058A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2448058B2 (de
DE2448058A1 (de
Inventor
Robert P. St. Paul Minn. Pearson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honeywell Inc
Original Assignee
Honeywell Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honeywell Inc filed Critical Honeywell Inc
Publication of DE2448058A1 publication Critical patent/DE2448058A1/de
Publication of DE2448058B2 publication Critical patent/DE2448058B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2448058C3 publication Critical patent/DE2448058C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring 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
    • G01L1/22Measuring 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
    • G01L1/2268Arrangements for correcting or for compensating unwanted effects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L9/0052Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements
    • G01L9/0054Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance of piezoresistive elements integral with a semiconducting diaphragm
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring 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
    • G01L9/02Measuring 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
    • G01L9/06Measuring 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
    • G01L9/065Measuring 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)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (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

a) einen ersten und einen zweiten Opei ationsverstärker (24; 29) als an sich bekannte Konstantstromquellen, bei weichen die nicht-invertierenden Eingänge (26; 31) der beiden Operationsverstärker mit einer Stromsenke vorbestimmter Bezugsspannung verbunden sind und die beiden Dehnungsmeßwiderstände (18; 20) zwischen die Ausgänge (27; 32) und die invertierenden Eingänge (25; 30) der beiden Operationsverstärker (24; 29) geschaltet sind;
b) ein Widerstandsnetzwerk (33) zwischen den nicht-invertierenden Eingängen der beiden Operationsverstärker und der Stromsenke, wobei das Widerstandsnetzwerk (33) so bemessen ist, daß die invertierenden Eingänge (25; 30) auf einem Potential von kleiner als 1 V gehalten sind;
c) Schaltungsmittel (60) zur Rückführung eines Teils der Meßspannung über das Widerstandsnetzwerk (33) auf die nicht-invertierenden Eingänge;
d) ein Vorspannungsnetzwerk (37) zwischen den invertierenden Eingängen (25; 30) und einer Speisespannungsquelle (46); und
e) eine Temperaturkompensationseinrichtung (75) mit wenigstens einem mit dem Träger (12) thermisch verbundenen Temperaturfühler (77) zur Erzeugung einer der Temperatur des Trägers proportionalen Spannung, die auf das Verspannungsnetzwerk (37) aufgeschaltet ist.
2. Dehnungsmeßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnungsmeßwiderstände (18,20) Silizium-Piezowiderstände sind.
3. Dehnungsmeßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Operationsverstärker (24; 29) jeweils eine Eingangsimpedanz größer als 250 kOhm hat.
K Dehnungsmeßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Operationsverstärker (24; 29) eine Ausgangsimpedanz kleiner als 100 Ohm hat.
5. Dehnungsmeßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkompensationseinrichtung (75) aufweist:
a) erste Korrekturmittel (90, 100, 110) zur Erzeugung eines ersten Korrektursignals, dessen Größe proportional der Änderung des Meßspannungsbereiches über einen ersten Temperaturbereich ist,
b) zweite Korrekturmittel (121) zur Erzeugung eines zweiten Korrektursignals, dessen Größe proportional der Änderung des Meßspannungsbereiches über einen zweiten Temperaturbereich ist, welcher größer als der erste Temperaturbereich ist, und
c) Schaltmittel (130), die an das Vorspannungsnetzwerk (37) eine erste Temperaturkorrekturvorspannung übertragen, die dem ersten Korektursignal proportional ist, sofern die Temperatur des Trägers (12) im ersten Temperaturbereich liegt, und die an das Vorspannungsnetzwerk (37) eine zweite Temperaturkorrekturspannung übertragen, welche dem zweiten Korrektursignal proportional ist, sofern die Temperatur des Trägers im zweiten Temperaturbereich liegt.
6. Dehnungsmeßanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperaturbereich und der zweite Temperaturbereich jeweils unterhalb bzw. oberhalb einer Minimalbereichstemperatur liegen, bei der der Meßspannungsbereich einen Minimalwert hat
7. Dehnungsmeßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Temperaturbereich in mehrere Teilbereiche (Kurven 1, 2, 3 in Fig.4) unterteilt und jedem Teilbereich ein Operationsverstärker (90; 100; 110) zugeordnet ist.
8. Dehnungsmeßanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (130) ein Diodennetzwerk (132-136) aufweisen, das mit den ersten und zweiten Korrekturmitteln (90,100,110; 121) verbunden ist.
Die Erfindung betrifft eine Dehnungsmeßanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Meßanordnungen dieser Art dienen in erstc-r Linie zur Druckmessung oder zur Messung von mechanischen Verformungen. Um zu exakten Meßergebnissen zu gelangen, ist es erforderlich, die auf Form- oder Druckänderungen zurückzuführenden Widerstandsünderungen der Dehnungsmeßwiderstände von solchen Widerstandsänderungen zu unterscheiden, welche auf Temperaturänderungen des Trägers zurückzuführen sind. Es hat sich gezeigt, daß ein gleichzeitiges Kompensieren der Temperaturkoeffizienten der Meßwiderstände und ein Abgleich dieser Widerstände auf untereinander gleiche Widerstandswerte äußerst schwierig ist. Man hat Trimmwiderstände in Reihe oder parallel zu den Dehnungsmeßwiderständen geschaltet, was jedoch die gewünschte Gleichheit des Temperaturko°fftzienten in Frage stellt. Bei einer aus der US-PS 34 57 493 bekannten Dehnungsmeßanordnung werden zwei Dehnungsmeßwiderstände über Zuleitungen durch zwei getrennte Konstantstromquellen vorgespannt, wobei die Widerstände der Zuleitungen die Zweige einer Briikkenschaltung bilden.
Ebenso ist aus der DE-OS 21 16 432 eine Brückcnschaltung mit zwei Dehnungsmeßstreifen bekanntgeworden, wobei in den beiden Zweigen der Brücke jeweils Konstantstromquellen angeordnet sind. Zur Kompensation eines Nullpunkttemperaturl'chlcrs ist die Stromabgabc der Konslanlstromquellen gegenläufig verstellbar.
Gegenüber herkömmlichen Meßstreifen weisen Halbleiier-Dehnungsmeßwiderstände eine höhere Empfindlichkeit auf. Nachteilig ist jedoch ihre gegenüber Dehnungsmeßstreifen größere Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Dehnungsmeßitnordnung der eingangs genannten Art eine zuverlässige Temperaturkompensation über einen weiten Bereich bei einer linearen Druckabhängigkeit zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die Erfindung wird es möglich, die Dehnungsmeßanordnung ohne Brückenschaltung der Dehnungsmeßwiderstände aufzubauen. Die beiden Dehnungsmeßwiderstände werden durch Operationsverstärker mit einem konstanten Strom beaufschlagt. Außerdem ergibt sich e;ne niedrige Ausgangsimpedanz, wodurch die Differentialschaltung in der Lage ist, ein Meßsignal zu liefern, welches nur von den auf den Träger einwirkenden Druckänderungen oder anderen, eine Verformung des Trägers bewirkenden Kräften abhängig ist.
Die Verwendung von entsprechend beschalteten Operationsverstärkern als Konstantstromquellen ist an sich bekannt und kann beispielsweise der Zeitschrift »Archiv für technisches Messen«, Blatt Z 6343-9, Seite 139. sowie der DE-OS 21 58 269 entnommen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert Hierin zeigt
F i g. 1 schematisch einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer Dehnungsmeßwiderstandsanordnung zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung,
F i g. 2 in perspektivischer Darstellung vergrößert einen Teil der Dehnungsmeßwiderstandsanordnung gemäß F ig. 1,
F i g. 3 eine bevorzugte Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation und sonstigen Konditionierung der durch die Widerstandsanordnung gemäß Fig. 1 erzeugten Signale,
F i g. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Arbeitsw eise der Temperaturkorrekturschaltung in F i g. 3 und
F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der zur Linearisierung der Druckabhängigkeit dienenden Rückf jhrschaltung in F i g. 3.
Die Meßwiderstandsanordnung nach den Fig. 1 und 2 besteht aus einer dünnen runden Siliziumscheibe 12, welche als Membran ausgebildet ist. Diese Siliziumscheibe 12 ist einstückig mit runden Seitenwänden zu einer Kappe 14 ausgebildet, die eine Druckkammer 15 umschließt. Die offene Seite der Kappe 14 ist mittels einer Siliziumplatte 16 verschlossen. Ein Kanal 17 bildet den Zugang zur Druckkammer 15. Durch Einleitung eines Druckmediums in die Druckkammer 15 wird die als Träger für die Dehnungsmeßwiderstände dienende Siliziumscheibe 12 in Richtung des Pfeils P verformt. Die Dehnungsmeßwiderstände 18 und 20 sind derart in den Träger 12 eindiffundiert, daß sich bei ihrer Beanspruchung unterschiedliche Widerstandswerte ergeben. Wenn der Widerstandswert des einen Widerstandes ansteigt, fällt der des anderen Widerstandes ab. Da beide Meßwiderstände in den gleichen Träger 12 eindiffundiert sind, läßt sich eine weitgehende Übereinstimmung ihrer Temperaturkoeffizient erzielen. Eine Dehnungsmeßanordnung dieser Art kann beispielsweise in Differenzdruckmeßumformern geniüB DH-OS 20 40 786 oder DE-AS 22 61 664 Verwendung finden.
Die in F i g. 3 gezeigte Schaltungsanordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist einen ersten Operationsverstärker 24, einen zweiten Operationsverstärker 29, ein Widerstandsnetzwerk 33, ein Vorspannungsnetzwerk 37, einen Differentialkreis 47, einen durch Rückführung der Linearisierung der Druckabhängigkeit des Ausgangssignals dienenden Rückführwiderstand 60, einen Ausgangskreis 62 sowie eine Temperaturkorrekturschaltung 75 auf. Der OP-Verstärker 24 hat einen invertierenden Eingang 25, einen nichtinvertierenden Eingang 26 sowie einen Ausgang 27, während der andere OP-Verstärker 29 dementsprechend einen invertierenden Eingang 30, einen nichtinvertierenden Eingang 31 sowie einen Ausgang 32 aufweist Die Operationsverstärker sollten jeweils eine Eingangsimpedanz größer als 250 kOhm sowie eine Ausgangsimpedanz kleiner als 100 Ohm haben. Das Widerstandsnetzwerk 33 dient der Verbindung der nichtinvertierenden Eingänge der beiden OP-Vertärker 24 und 29 mit einer Stromsenke, z. B. Massepotential. Es umfaßt Widerstände 34 und 35 sowie ein Potentiometer 36. Diese Widerstände 34 bis 36 sind relativ niederohmig, so daß die invertierenden Eingänge 25 und 26 auf einem Potential von weniger als 1 V unterhalb Massepotential gehalten werden. Damit hat eine etwaige unbeabsichtigte Leckimpedanz zwischen Masse und dem Verbindungspunkt der Widerstände 40 und 18 bzw. zwischen Masse und dem Verbindungspunkt der Widerstände 42 und 20 keinen oder nur einen geringen Einfluß auf die Arbeitsweise der Schaltung. Dies trägt zur Gesamtzuverlässigkeit der Schaltungsanordnung bei. Das Vorspannungsnetzwerk dient der Einstellung des über die Dehnungsmeßwiderstände 18 und 20 fließenden Ruhegleichstroms. Es besteht aus Widerständen 38 bis 42 sowie einem Einstellpotentiometer 44 mit Schleifer 45. Aus einer handelsüblichen Stromversorgungsschaltung 46 erhält das Vorspannungsnetzwerk 37 eine Gleichspannung.
Der Differentialkreis 47 ist mit einem OP-Verstärker 49 ausgestattet, der als Differenzverstärker an die Meßwiderstände 18 und 20 angeschlossen ist. Er weist einen invertierenden Eingang 50, einen nichtinvertierenden Eingang 51 sowie einen Ausgang 52 auf, an dem eine dem Druck in der Meßkammer 15 proportionale Meßspannung auftritt. Außerdem weist der Differentialkreis 47 Eingangswiderstände 54 bis 56 sowie einen vom Ausgang zum invertierenden Eingang geschalteten Gegenkopplungswiderstand 58 auf. Ein Teil der am Ausgang 52 erscheinenden Meßspannung ist über den Rückführwiderstand 60 an das Widerstandsnetzwerk 33 zurückgeführt, was zu einer Linearisierung der Druckabhängigkeit der Meßspannung führt.
Der Ausgangskreis 62 enthält einen OP-Verstärker 64 mit einem invertierenden Eingang 65, einem nichtinvertierenden Eingang 66 und einem Ausgang 67, an welchem eine druckabhängige Meßspannung entsteht, die nicht nur druckproportional, sondern auch temperaturkompensiert ist. Ferner sind Eingangswiderstände 69 und 70 sowie ein vom Ausgang zum invertierenden Eingang geschalteter Gegenkopplungswiderstand 71 vorgesehen.
Die Temperaturkorrekturschaltung 75 weist als Fühler einen Temperaturmeßwiderstand 77 auf, der in den Träger 12 eindiffundiert sein kann. Der Temperaturmeßwiderstand 77 wird durch einen OP-Verstärker 79 gespeist, welcher einen invertierenden Eingang 80, einen nichtinvertierenden Eingang 81 sowie einen Aus-
gang 82 aufweist. Geeignete Vorspannungen werden durch Widerstände 84 und 85 erzeugt. Die mit einem + -Zeichen versehenen Anschlußklemmen sind mit einer positiven Spannungsklemme der Stromversorgungsschaltung 46 verbunden. Der Ausgang des OP-Verstärkers 79 steht über einen Widerstand 87 mit einem Einstellpotentiometer 88 in Verbindung, mit dessen Hilfe die Spannung bei einer dem Minimalbereich der am Ausgang 82 erscheinenden Meßspannung entsprechenden Temperatur auf den Wert Null eingestellt wird.
Die Temperaturkorrekturschaltung 75 ist ferner mit einem OP-Verstärker 90 mit invertierendem Eingang 91, nichtinvertierendem Eingang 92 und einem Ausgang 93 ausgestattet, der ein Korrektursignal gemäß Kurve 1 in F i g. 4 erzeugt. Dieser OP-Verstärker ist durch Widerstände 95 und 96 sowie ein Einstellpotentiometer 122 auf einen geeigneten Arbeitspunkt eingestellt. Ein weiterer OP-Verstärker 100, der ebenfalls der Temperaturkorrektur dient, weist einen invertierenden Eingang 101, einen nichtinvertierenden Eingang 102 sowie einen Ausgang 103 auf und erzeugt ein Korrektursignal gemäß Kurve 2 in Fig.4. Er ist durch Vorspannwiderstände 105 bis 107 sowie ein Potentiometer 108 eingestellt. Schließlich ist in der Temperaturkorrekturschaltung 75 noch ein OP-Verstärker 110 mit invertierendem Eingang 111, nichtipvertierendem Eingang 112 und Ausgang 113 vorgesehen, welcher ein Korrektursignal gemäß Kurve 3 in F i g. 4 erzeugt. Hier dienen Widerstände 115 bis 118 sowie ein Potentiometer 119 zur Arbeitspunkteinstellung.
Schließlich weist die Temperaturkorrekturschaltung 75 einen Widerstand 121 zur Steilheitseinstellung und einen Kompensationswiderstand 124 zur linearen Temperaturkompensation auf. Der Widerstand 121 erzeugt ein Temperaturkorrektursignal gemäß Kurve 4 in Fig.4. Ein Schaltkreis 130 läßt zu jeder bestimmten Zeit jeweils nur eines der Ausgangssignale der OP-Verstärker 90,100 und 110 wirksam werden. Er besteht aus Dioden 132 bis 136 sowie Widerständen 138 und 139. Der freie Anschluß des Widerstandes 138 ist an eine negative Stromversorgungsklemme angeschlossen. Darüber hinaus ist jeder OP-Verstärker mit einer positiven und einer negativen Versorgungsgleichspannung aus der Stromversorgungsschaltung 46 beaufschlagt Der Schaltkreis 130 steuert eine Treiberstufe 142 mit den Transistoren 144 und 145, Widerständen 147 und 148 sowie einer Diode 150. Er erzeugt auf der Leitung 152 eine Vorspannung zur Temperaturkorrektur, welche an das Vorspannungsnetzwerk 37 gelangt
Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Schaltungsan-Ordnung gemäß F i g. 3 unter zusätzlicher Bezugnahme auf die F i g. 4 und 5 im einzelnen erläutert. Zur Einstellung des Ruhegleichstroms durch die Dehnungsmeßwiderstände 18 und 20 dient der Schleifer 45 des Potentiometers 44. Der eingestellte Ruhestrom wird von den Operationsverstärkern 24 und 29 unabhängig von Änderungen des Widerstandswertes der Dehnungsmeßwiderstände 18 und 20 konstant gehalten. Hierdurch braucht die Dehnungsmeßanordnung nicht als Whe-atstonesche Brückenanordnung aufgebaut zu werden, wie dies bei bekannten Dehnungsmeßeinrichtungen der Fall ist. Nach der Einstellung des Ruhestroms wird am Potentiometer 36 das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände 60 und 36 und damit derjenige Anteil der Meßspannung eingestellt, welcher über den Rückführwiderstand 60 dem Widerstandsnetzwerk 33 zugeleitet wird. Das Potentiometer 36 wird so lange verstellt, bis die Meßspannung am Ausgang52 einer Druckänderung in der Druckkammer 15 zwischen etwa IO4 bis 1,067 · 105 Pa linear folgt. Die Kurve U in Fi g. 5 zeigt den Verlauf der unkorrigierten Meßspannung bei Auftrennung der Leitung über den Rückführwiderstand 60. Diese Messung läßt sich derart durchführen, daß die Meßspannung am Ausgang 52 bei einem Druck von 75 mm Hg und bei ungefähr 800 mm Hg gemessen wird, und zwar bei einer einzigen Temperatur. 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 erfolgt eine Spannungsmessung, und die Differenz zwischen dem Wert auf der geraden Linie und dem tatsächlichen Wert wird in Einheiten von Millivolt und Prozenten des vollen Skalenbereiches 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 damit etwa der Verlauf gemäß Kurve Cerreicht werden.
Es hat sich gezeigt, daß der Meßbereich der Spannung am Ausgang 52 bei einer bestimmten Temperatur einen Minimalwert erreicht und oberhalb und unterhalb dieses Minimalwertes größer wird. Beim Beispiel gemäß Fig.4 liegt dieser Minimalwert des Meßspannungsbereiches bei ungefähr 5O0C. In Fig.4 ist der Meßspannungsbereich als Bezugswert längs der λ'-Achse aufgetragen. Der Meßspannungsbereich ist die absolute Spannungsdifferenz am Ausgang 52 bei Änderung des Druckes zwischen etwa 75 bis 800 mm Hg bei vorgegebener Temperatur. Läßt sich der Meßspannungsbereich nicht über den gesamten interessierenden Temperatut bereich auf einem konstanten Wert halten, so bedeutet dies eine verringerte Genauigkeit der Druckmessung. Aus Fig.4 ist ersichtlich, daß sich der Meßspannungsbereich im Temperaturbereich zwischen etwa -40" C bis ungefähr +900C etwa um 7% ändern kann. Eine typische Kurve für eine solche Meßspannungsbereichsänderung ist die Kurve S in Fig.4. Man kann diese Kurve dadurch gewinnen, daß der Temperaturkorrekturkreis 75 abgetrennt und der Meßspannungsbereich bzw. die absolute Differenz der Meßspannung gemessen wird, während sich der Druck in der Druckkammer 15 stufenweise von 104 bis 1,067 · 105 Pa bei den verschiedenen dargestellten Temperaturen ändert. Zur Korrektur der Meßspannungsbereichsänderung dient die Temperaturkorrekturschaltung 75. Sie arbeitet als nichtlinearer Verstärker, bei dem der Verstärkungsgrad mehrerer Verstärkerelemente der Neigung bestimmter Teile der Kurve S angepaßt ist. Die resultierende Verstärkercharakteristik ergibt sich durch die Kurven 1 bis 4 in F i g. 4. Dabei werden die Kurven 1 bis 3 durch den Verstärkungsgrad der Operationsverstärker 90,100 und 110 bestimmt, während die Neigung der Kurve 4 vom Widerstandswert des Widerstandes 121 abhängt.
Nachdem für eine bestimmte Dehnungsmeßwiderstandsanordnung eine Kurve entsprechend der Kurve S aufgenommen ist, wird das Potentiometer 88 so eingestellt, daß die Spannung an der Leitung 152 bei der dem Minimalbereich entsprechenden Temperatur, d. h. im vorliegenden Fall bei der Temperatur von 500C = NuIl ist Oberhalb dieser Minimalbereichstemperatur ist die Spannung auf der Leitung 152 negativ und unterhalb der Minimalbereichstemperatur positiv. Um den OP-Verstärker 90 so einzustellen, daß eine Vcrstärkungskennlinie gemäß Kurve 1 in Fig.4 entsteht, wird das
Potentiometer 122 verstellt. Zur Einstellung der OP-Vcrstürkcr 100 und 110 auf die Verstärkungsgrade gemäß den Kurven 2 und 3 dienen die Potentiometer 108 und 119. Für die Erzeugung einer Verstärkungskennlinic gemäß dem Kurventeil 4 ist der Widerstand 121 entsprechend auszuwählen.
Der Schaltkreis 130 sorgt dafür, daß bei irgendeiner Ίνηιρς·ι:ιΙιιι· unterhalb von 50"C nur jeweils einer der OP-Verstürker 90,100 oder 110 über den Transistor 144 die Spannung auf der Leitung 152 ändern kann, so daß eine Vcrstärkungskennlinie gemäß einer der Kurven 1 bis 4 erzielt wird. Außerdem sorgt der Schaltkreis 130 dafür, daß bei Temperaturen oberhalb von 500C nur der Widerstand 121 über den Transistor 145 die Spannung auf der Leitung 152 beeinflußt, und zwar entsprechend dem Kurventeil 4. Die Spannung auf der Leitung 152 gelangt als Temperaturkorrekturvorspannung an das Vorspannungsnetzwerk 37 und steuert den Gleichstrom durch die Dehnungsmeßwiderstände 18 und 20 derart, daß der Meßspannungsbereich der am Ausgang 52 auftretenden Meßspannung im wesentlichen über den gesamten interessierenden Temperaturbereich gleich bleibt. Durch die erwähnte Drucklinearisierung und die geschilderte Temperaturkorrektur ist die am Ausgang 67 auftretende Ausgangsspannung linear von Änderungen des Druckes in der Druckkammer 15 abhängig, d. h. druckproportional.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
30
35
45
50
J5
co
CS

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Dehnungsmeßanordnung mit einem ersten und einem zweiten Dehnungsmeßwiderstand, die auf einem gemeinsamen Träger angeordnet und so orientiert sind, daß sie auf Formänderungen des Trägers entgegengesetzt reagieren, mit Konstantstromquellen in den Zweigen der Dehnungsmeßwiderstände sowie mit einem Differentialkreis, der mit den Dehnungsmeßwiderständen verbundene Eingänge und einen Ausgang aufweist und ein der Differenz der Spannungen an den beiden Dehnungsmeßwiderständen proportionales Meßsignal erzeugt, gekennzeichnet durch
DE2448058A 1973-11-02 1974-10-09 Dehnungsmeßanordnung Expired DE2448058C3 (de)

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 DE2448058A1 (de) 1975-05-07
DE2448058B2 DE2448058B2 (de) 1977-01-20
DE2448058C3 true 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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US4198868A (en) * 1979-02-12 1980-04-22 Rockwell International Corporation Strain gauge apparatus and means for treating temperature dependency
US4205556A (en) * 1979-02-12 1980-06-03 Rockwell International Corporation Circuitry for strain sensitive apparatus
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
DE3874884T2 (de) * 1988-04-21 1993-04-29 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
US8535308B2 (en) 2007-10-08 2013-09-17 Biosense Webster (Israel), Ltd. High-sensitivity pressure-sensing probe
US8357152B2 (en) 2007-10-08 2013-01-22 Biosense Webster (Israel), Ltd. Catheter with pressure sensing
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

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3457493A (en) * 1966-01-25 1969-07-22 Beckman Instruments Inc Multiple constant current supply
US3572109A (en) * 1968-08-09 1971-03-23 Gen Electric Integral semiconductor strain gage transducers with frequency output
DE2116432A1 (de) * 1971-04-03 1972-10-12 Siemens Ag Brückenschaltung mit Dehungsmeßstreifen
YU33059B (en) * 1971-05-15 1976-03-31 Amt Prod Sklop za linearno pretvaranje upornosti v tok

Also Published As

Publication number Publication date
GB1481459A (en) 1977-07-27
FR2250105B1 (de) 1978-11-24
FR2250105A1 (de) 1975-05-30
IT1021782B (it) 1978-02-20
JPS597928B2 (ja) 1984-02-21
CA1018797A (en) 1977-10-11
US3841150A (en) 1974-10-15
DE2448058B2 (de) 1977-01-20
JPS5080172A (de) 1975-06-30
DE2448058A1 (de) 1975-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2448058C3 (de) Dehnungsmeßanordnung
DE3007142C2 (de) Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung mit Nullpunkt-Temperaturkompensation
DE2809549A1 (de) Halbleiter-druckwandler
DE3037888A1 (de) Weg-messwertwandler
DE4307753C3 (de) Halbleitereinrichtung zur Druckerfassung
DE2916427A1 (de) Aufnehmer mit einer feder und einer darauf applizierten dehnungsmesstreifenanordnung
DE2917237A1 (de) Widerstands-fernabtastschaltung
DE10148596B4 (de) Erfassungsvorrichtung für eine physikalische Grösse
EP0101956B1 (de) Widerstandsthermometer
EP0264388B1 (de) Schaltungsanordnung zur messung einer mechanischen verformung, insbesondere unter einwirkung eines drucks
DE3233179A1 (de) Druckmessvorrichtung
DE3230405C2 (de)
DE3928038A1 (de) Differenzdruckgeber
DE3212218A1 (de) Verfahren zur temperaturkompensation eines wandlers
DE4211997A1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur elektrischen Kompensation des Temperatureinflusses auf das Meßsignal von mechanoelektrischen Meßwandlern
DE2620282B2 (de) Nichtlinearer Gleichspannungsverstärker für Meßzwecke
DE2552325A1 (de) Wandler
DE2940955C2 (de)
DE2518422A1 (de) Schaltungsanordnung zur selbsttaetigen kompensation des ohmschen widerstandes der verbindungsleitungen zwischen widerstandsgebern und messgeraeten
EP0017901B1 (de) Schaltung zum elektrischen Messen mechanischer Grössen
DE1698249B2 (de) Schaltung zur kompensation der grundlinienneigung des thermogramms bei zwei gegenpolig in reihe geschalteten thermoelementen eines differential-thermoanalysators
CH616743A5 (en) Device for measuring the density of gaseous media.
EP0667509A2 (de) Temperaturkompensation bei Massenstromsensoren nach dem Prinzip des Hitzdraht-Anemometers
EP0427794B1 (de) Vorrichtung zur messung einer mechanischen verformung
DE2503515A1 (de) Schaltungsanordnung bei widerstandsmessung

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)