DE3007142A1 - Halbleiter-druckaufnehmervorrichtung mit nullpunkt-temperaturkompensation - Google Patents

Halbleiter-druckaufnehmervorrichtung mit nullpunkt-temperaturkompensation

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DE3007142A1 DE19803007142 DE3007142A DE3007142A1 DE 3007142 A1 DE3007142 A1 DE 3007142A1 DE 19803007142 DE19803007142 DE 19803007142 DE 3007142 A DE3007142 A DE 3007142A DE 3007142 A1 DE3007142 A1 DE 3007142A1
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Description

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan
Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung mit UuIlpunkt-Temper aturkompens ation
Die Erfindung betrifft Halbleiter-Druckaufnehmer- bzw -Detektorvorrichtungen und insbesondere Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtungen mit einer Einrichtung zur ITuIlpunkt-Temperaturkompensation.
Zur Messung von Massen,'Spannungen, Flüssigkeitsdrucken udgl wurden bereits verschiedenartige Meßfühler herangezogen, wobei in den letzten Jahren hochempfindliche Dehnungsmeßstreifen, bei denen der Piezowiderstandseffekt eines Halbleiters ausgenutzt wird, breite Anwendung gefunden haben.
Auf der Ausnutzung des Piezowiderstandseffekts von Halbleitern beruhende Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen
680-(15778-H6635)-SF/tfu
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"besitzen den Vorteil, daß das Verhältnis von Widerstandsänderung zu Belastung, also der ließ faktor, hoch ist, "besitzen aber den Nachteil, daß der Widerstandswert und der
Meßfaktor solcher Fühler stark temperaturabhängig und nicht stabil sind.
Der Widerstandswert R von Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen ist durch folgende Gleichung gegeben:
R = R0(I + TtT) (i + S^Cl+ ^T)J (1),
in der R den Widerstand des Meßfühlers im spannungslosen Zustand bei einer gegebenen Temperatur, T die Temperatur des Halbleiter-Dehnungsmeßstreifens, S die Spannung, rx. den Temperaturkoeffizienten des Widerstands, β den Temperaturkoeffizienten des Meßfaktors und r den Meßfaktor bedeuten.
Wert und Vorzeichen des Meßfaktors J hängen von der Orientierung des Halbleitereinkristalls, dem durch den Strom und die mechanische Spannung innerhalb des Meßfühlers vorgegebenen Winkel und anderen Einflußgrößen ab.
Gleichung (1) läßt sich wie folgt umformen:
R = R0 (1 +OLT) +R0 (1 +OLT) (1 + β T) Sf (2) -R0 (1 + α T) + R0 {1 + (OL + β) τ) S^ (3).
Der zweite Term auf der rechten Seite von Gleichung (2) betrifft die Änderung des Fühlerwiderstands in Abhängigkeit von der angelegten Spannung. Auf der anderen Seite
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hängt der Koeffizient oL von der Verunreinigungskonzentration im Halbleiterkristall des Meßfühlers ab -und besitzt beispielsweise für Silicium-Einkristalle den Wert 3000 bis 600 ppm/°C.
Der Koeffizient β ist andererseits von der ■Verunreinigungskonzentration unabhängig und besitzt für Silicium-Einkristalle einen Wert von etwa -2000 ppm/ C.
Die Temperaturabhängigkeit der Änderung des Fühlerwiderstands kann, wie aus dem zweiten Term von Gleichung (3) hervorgeht, klein gemacht werden, da der Temperaturkoeffizient ck. des Widerstands des Halbleitermeßfühlers und der Temperaturkoeffizient β des ifeßfaktors durch geeignete Wahl der Yerunrexnigungskonzentration im Kristall zum Verschwinden gebracht werden können. Demgemäß wird die Brücke, mit der die mechanische Spannung in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, bei Verwendung von Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen in vielen Fällen mit einer Konstantstromquelle betrieben, um so lediglich die Widerstandsänderung als Ausgangssignal zu erhalten.
Es ist ferner auch bekannt, bei mit großer Genauigkeit arbeitenden Einrichtungen zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal den Betriebsstrom in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern, um so die Temperaturabhängigkeit noch weiter zu verringern.
Der Ausgang der zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal dienenden Meßbrücke ist, wenn keine mechanische Spannung anliegt, temperaturabhängig/ ändert sich also mit wechselnder Temperatur je nach der Unterschiedlichkeit der Widerstands-
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werte R und ihrer Temperaturkoeffizienten ck von mehreren Meßfühlern, die die Meßbrücke bilden. Diese Temperaturabhängigkeit wird als Nullpunkt-Temperaturabhängigkeit bezeichnet; sie wird durch die entsprechende Nullpunkt-Temperaturkompensation verringert und kompensiert.
In der US-PS 3 654 545 vom 4. April 1972 sind Halbleiter-Dehnungsmeßstreifenverstärker angegeben, die zur Durchführung einer derartigen Nullpunkt-Temperaturkompensation Temperaturfühler wie etwa Thermistoren enthalten. Solche Kompensationsschaltungen sind jedoch aufgrund ihrer Kompliziertheit nachteilig.
Auch die US-PS 3 528 022 und die GB-PS 1 340 635 betreffen das Problem der schaltungsmäßigen Kompensation von Temperatureinflüssen bzw Verbesserungen von Schaltungen zur Druckmessung nach dem Direktstromverfahren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiter-Druckaufnehmer mit einer einfachen Nullpunkt-Temperaturkompensationsschaltung anzugeben, dessen Ausgangssignal sich auch bei Änderung der Umgebungstemperatur nicht ändert.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Die Erfindung gibt eine Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung an mit
- einer Meßbrücke zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal, die mindestens einen Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen zwischen dem Mittel-
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punkt und dem Ende von zwei Zweigen aufweist, deren beide Enden miteinander verbunden sind,
- einer Einrichtung zur Einstellung der Summe der durch beide Zweige fließenden Ströme auf einen vorgegebenen Wert,
- zwei Gegenkopplungsverstärkern, deren invertierende Eingänge über einen Widerstand miteinander und deren nichtinvertierende Eingänge mit den Mittelpunkten der beiden Meßbrückenzweige verbunden sind,
und
- einem Differenzverstärker, der die Ausgangssignale der beiden Verstärker differentiell verstärkt, und ist
gekennzeichnet durch
eine mit mindestens einem der invertierenden Eingänge der Gegenkopplungsverstärker verbundene Einrichtung zur Erzeugung eines den Mittelpunktspotentialen der Meßbrückenzweige gleichen Potentials, wenn die Dehnungsmeßstreifen unter vorgegebenen Bedingungen ausgeglichen bzw abgeglichen sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1: ein Schaltbild zur Erläuterung einer bereits angegebenen Vorrichtung mit einem
030Q35708aa
Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen-Druckaufnehmer
und
Fig. 2 und 3- Schaltbilder von zwei verschiedenen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtungen.
Zunächst wird die in Fig. 1 dargestellte Dehnungsmeßstreifen-Druckaufnehmervorrichtung näher erläutert, die in der US-Patentanmeldung Ser. Nr. 971 358 vom 20. Dezember 1978 beschrieben ist.
In Fig. 1 sind mit den Bezugszahlen _2 bis _5_ Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen bezeichnet, von denen die Dehnungsmeßstreifen _2 und 3. einen Zweig und die Dehnungsmeßstreifen 4 und _5_ den anderen Zweig einer Meßbrücke zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal darstellen.
Der Strom I, der der Summe der durch die beiden Brückenzweige fließenden Ströme entspricht, fließt über einen Widerstand ΛΛ_. Der Spannungsabfall V^ am Widerstand 111· wird durch einen Verstärker Λ0_ mit exner Referenzspannung V2 aus einer Referenzspannungsschaltung verglichen, die "aus den Widerständen. 1j2 bis Jj? und Ύ]_ sowie einem Thermistor J6 besteht. Auf diese Weise wird die Spannung Vc so geregelt, daß die beiden Spannungen gleich werden. Die Summe der durch die beiden Meßbrückenzweige fließenden Ströme wird demgemäß mit Hilfe der Referenzspannungsschaltung, des Verstärkers JO und des Widerstands ΛΛ_ so geregelt, daß sie einem vorgegebenen Spannungswert
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entspricht.
Ein Verstärker Jo verstärkt die Differenz zwischen den Potentialen an den Mittelpunkten c· und d der "beiden Brückenzweige. Die Ausgangs spannung Vg des Verstärkers jo wird an einen Punkt _f gegengekoppelt"^ wobei die Ausgangsspannung Vg so geregelt wird, daß die Potentiale der Mittelpunkte"^ und d. der Meßbrücke gleich werden.
Wenn "beispielsweise angenommen wird, daß eine mechanische Spannung anliegt, durch die die Widerstandswerte der beiden Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 2 und j? erhöht und die Widerstandswerte der Dehnungsmeßstreifen 3. und 4 verringert werden, wird der im Meßbrückenzweig mit den Dehnungsmeßstreifen 2 und 3. fließende Strom verringert und das Potential Vj- an der Stelle b_ erniedrigt. Auf der anderen Seite wird der durch den Meßbrückenzweig mit den Dehnungsmeßstreifen 4 und j? fließende Strom erhöht, wodurch wiederum das Potential Vg an der Stelle _f ansteigt. Die Differenz (V1- - VTJ zwischen den Potentialen an den Punkten b_ und je wird mit einem Verstärker 22 verstärkt, dessen Ausgangssignal an den Ausgangsanschluß geführt wird.
Die Widerstände 25 bis 2_8 dienen zur Einstellung der Ausgangs-Referenzspannung des Verstärkers 22_» Der Widerstand 20 dient zur Einstellung der Änderung des einer vorgegebenen Änderung der mechanischen Spannung entsprechenden Ausgangs signal s des Verstärkers _22, wobei der Wert des Widerstands 20 je nach der Empfindlichkeit der Dehnungsmeßstreifen festgelegt ist.
Bei der Vorrichtung von Fig. 1 erfolgt die Nullpunkt-
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Temperaturkompensation in der Weise, daß eine Spannung, die im wesentlichen gleich der Spannung der Mittelpunkte _c und d. der beiden Meßbrückenzweige ist, wenn die Meßbrücke bei normaler Temperatur und unter Fehlen von mechanischem Druck ausgeglichen ist, von einer Schaltung zur Erzeugung eines Referenzpotentials erzeugt wird, die aus den Widerständen 29 bis ]51_ besteht, und diese Spannung über einen Schalter J£ an den Mittelpunkt eines der beiden Meßbrückenzweige gelegt wird. Das Vorzeichen der Kompensation wird mit dem Schalter 5>3_ gewählt; die Stärke der Kompensation wird durch die Größe des Widerstandswerts des Widerstands y\_ bestimmt. Der Widerstandswert E^x, des Widerstands J51. ergibt sich aus folgender Gleichung:
4VW R0 2
31 ÄE 4E S
in der bedeuten:
G die Verstärkung des Differenzverstärkers 22,
R den Widerstand des Halbleiter-Dehnungsmeßstreifens,
die einem vorgegebenen Temperaturbereich entsprechende Änderung der Mittelpunktsspannungen der Meßbruckenzweige,
die der mechanischen Bezugs spannung im Pail des vorgegebenen Temperaturbereichs entsprechende Änderung des Ausgangssignals,
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3057H2
R- den Anfangswert des Widerstands der Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 2 bis _5,
T die Temperatur
und
Io die Stärke des an die beiden Brückenzweige zu liefernden Stroms.
Wie aus Gleichung (4) hervorgeht, ist der Widerstandswert R^ des Widerstands 3.1 proportional zur Verstärkung G- des Differenzverstärkers 22. Die Verstärkung G des Verstärkers 22 wird allerdings durch den Widerstand 20_ bestimmt, der wiederum von der Empfindlichkeit der Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen abhängt, was zu dem Fachteil führt, daß die Verstärkung G in entsprechenden Vorrichtungen ungleich wird. Derartige Vorrichtungen haben ferner den weiteren Nachteil, daß sie von dem Widerstandswert R der Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen beeinflußt sind; der Widerstandswert R hängt auch vom Anfangswiderstand R der Dehnungsmeßstreifen sowie von dessen TemperaturkoeTfizient d- ab.
In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszahlen Λ_ bis 4 Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen, deren Widerstandswerte je nach der anliegenden mechanischen Spannung einer entsprechenden Änderung unterliegen. Die Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen Λ_ und _3_ ändern dabei ihre Widerstandswerte mit gegenüber den
beiden anderen Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 2_ und 4_ entgegengesetztem Vorzeichen.
Die Dehnungsmeßstreifen I- und 2 stellen einen Zweig und
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die Dehnungsmeßstreifen 3. "und 4 den anderen Zweig einer Meßbrücke zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal dar. Die durch die beiden Meßbrückenzweige fließenden Ströme werden am Punkt 12. addiert; der resultierende Summenstrom fließt durch einen Widerstand 7.. Der Spannungsabfall am Widerstand 7. wird durch einen Verstärker €> mit der Aus gangs spannung einer Referenzspannungsschaltung verglichen, die aus den Serienwiderständen 51 und j?2 besteht; der an die beiden Brückenzweige zu liefernde Strom wird in der Weise geregelt, daß die beiden Spannungen zusammenfallen. Im einzelnen wird der Spannungsabfall am Widerstand 2 3^ ^en invertierenden Eingang des Verstärkers €> geführt; eine durch die Serienwiderstände _52 u21^ ^. geteilte Versorgungsspannung E„ wird an den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 6_ angelegt. Demgemäß wird die Summe der durch die beiden Meßbrückenzweige fließenden Ströme auf einem vorgegebenen Wert gehalten, der durch die Referenzspannungsschaltung festgelegt ist.
Die Mittelpunkte a und b der beiden Zweige der Meßbrücke, die die mechanische Spannung in ein elektrisches Signal umwandelt, sind mit den nichtinvertierenden Eingängen der Verstärker IjB bzw 22 verbunden. Die Verstärker _1£3 bzw 22 sind über die Widerstände _19, bzw 20 gegengekoppelt; die invertierenden Eingänge der Verstärker Λ0_ und 22 sind über einenwäiderlkhaa Widerstand ΛΛ_ miteinander verbunden.
Der invertierende Eingang des Verstärkers j18_ oder der des Verstärkers j22 ist über einen Schalter 16 sowie einen veränderlichen Widerstand _21_ mit einer Referenzpotentialschaltung verbunden, die aus zwei mit der Versorgungs-
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BAD ORItt
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spannung Επ in Reihe gelegten Widerständen ΎΖ und _1j5 besteht. Die~Referenzpotentialschaltung wird durch Teilung der Versorgungsspannung E^ mit den beiden in Reihe gelegten Widerständen so eingestellt, daß sie das gleiche Potential liefert, das an den Mittelpunkten _a und b_ der beiden Meßbrückenzweige dann anliegt, wenn die Meßbrücke bei einer bestimmten, vorgegebenen Temperatur (beispielsweise einer Raumtemperatur von 18 C) sowie unter einem bestimmten vorgegebenen Druck (z£ dem Druck O) ausgeglichen ist.
Die Ausgänge der Verstärker ^8 und 22_ sind mit dem invertierenden Eingang bzw dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers _23_ über die Widerstände 251 bzw 232 verbunden. Zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers £3 und dessen invertierendem Eingang ist ferner ein Gegenkopplungswiderstand 235 eingeschaltet. Der Mittelpunkt der beiden Widerstände _14 und J-^, die mit der Versorgungsspannung E„ in Reihe liegen, ist über einen Widerstand 234- mit~~dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers TQ verbunden. Die beiden Widerstände 14 und Jj? bilden eine Nullpunkteinstellungsschaltung, die zur Einstellung des Werts des Ausgangssignals des Differenzverstärkers _23 dient, das einer vorgegebenen mechanischen Spannung entspricht. Der einstellbare Widerstand ΛΛ_ dient zur Einstellung der der vorgegebenen mechanischen Spannung entsprechenden Änderungen der Ausgangssignale der Verstärker _1j3 und 22.
Wenn daher auf die Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen ein Druck ausgeübt wird, ändern sich die Widerstandswerte der Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 1_, 2t 3. und 4 entsprechend
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der Stärke des ausgeübten Drucks, wobei eine Differenz der Potentiale an den Mittelpunkten _a und b_ der beiden Meßbrückenzweige auftritt. Die Mittelpunktpotentiale werden durch die Verstärker 1j3 und £2 verstärkt, wobei die Differenz der verstärkten Mittelpunktspotentiale durch den Differenzverstärker 2^ erzeugt wird, der das Ausgangssignal E0UT liefert.
Im folgenden wird die Nullpunkt-Temperaturkompensation näher erläutert.
Die Nullpunkt-Temperaturkompensation erfolgt in der Weise, daß das Referenzpotential von der vorher genannten Referenzpotentialschaltung, dh das Potential, das gleich dem Potential an den Mittelpunkten a. und b der beiden Meßbrückenzweige ist, wenn die Meßbrücke bei normaler Temperatur ausgeglichen ist, über den Schalter _16 und den veränderlichen Widerstand Ύ\_ an den Punkt e_ oder den Punkt _f an den invertierenden Eingängen der Verstärker 1j3 bzw 22 gelegt wird. Das Vorzeichen der Nullpunkt-Temperaturkompensation hängt von der Schaltstellung des Schalters Jj3 ab; das Ausmaß der Kompensation wird durch den Widerstandswert des veränderlichen Widerstands ΛΛ_ bestimmt.
Die Verstärker 1£3 und 22! sind Operationsverstärker mit hoher Verstärkung; ihre Ausgänge sind über die Widerstände _19, bzw .2O 111^t ihren invertierenden Eingängen verbunden. Die Potentiale an den Stellen e_ und _f sind daher im wesentlichen gleich wie die Potentiale an den Mittelpunkten a. und b der beiden Meßbrückenzweige.
Der Widerstandswert R2I des veränderlichen Widerstands 21,
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der das Ausmaß der Kompensation bestimmt, wird nach folgendem Ausdruck errechnet:
worin bedeuten:
A die Verstärkung des Differenzverstärkers
den Widerstandswert des Widerstands _19. "bzw 20
und
die einer vorgegebenen Temperatur entsprechende Spannungsänderung zwischen den Punk ten _e und _f (die im wesentlichen gleich ist).
Bei den einzelnen Einrichtungen zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal werden die einer vorgegebenen mechanischen Spannung entsprechenden Änderungen des Ausgangssignals durch Einstellung der veränderlichen Widerstände IJ. eingestellt. Wie aus Gleichung (5) hervorgeht, wird die einer vorgegebenen mechanischen Spannung entsprechende Änderung des Ausgangssignals vom Widerstandswert R^ des veränderlichen Widerstands ΛΛ_ nicht beeinflußt. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß bei dieser einer erfindungsgemäßen Ausführungsform entsprechenden Vorrichtung der Widerstandswert Rpx. des Widerstands 2Λ_ für die Nullpunkt-Temp er aturkompens ation
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durch den Widerstandswert R,,,, des veränderlichen Widerstands Ύ\_ zur Einstellung der Änderung des Ausgangs signals nicht beeinflußt wird.
Im folgenden wird die Nullpunkt-Temperaturkompensation der obigen Schaltung erläutert, wobei beispielsweise angenommen wird, daß eine Erhöhung der Umgebungstemperatur zu einer Verstimmung der Meßbrücke führte und das Potential des Mittelpunkts _a der Meßbrücke höher liegt als das Potential des Mittelpunkts b_. In diesem Fall steigen die Ausgangsspannungen der Verstärker 1j3 und 22 mit höheren Widerstandswerten der Dehnungsmeßstreifen 1_ bis 4 der Meßbrücke an, wobei jedoch das Ausgangssignal des Verstärkers _18 etxvas größer wird als das des Verstärkers 22. Wenn infolgedessen keine Nullpunkt-Temperaturkompensationsschaltung für die Verstärker vorgesehen ist, entsteht am Ausgang Eg-mn des Differenzverstärkers 23_ ein negatives Ausgangs signal. Wenn der Schalter _26 mit seinem oberen Kontakt verbunden ist, dh, wenn die Spannung der Mittelpunkte der unter normaler Temperatur und bei fehlendem mechanischem Druck ausgeglichenen Meßbrücke mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 22 verbunden wird, steigt der Strom an, der durch den Widerstand 20 zu seinem invertierenden Eingang zurückgeführt wird. Diese Folge tritt ein, da aufgrund der Differenz zwischen der Ausgangs spannung des Verstärkers _22 und der Spannung am Knotenpunkt der Widerstände J_2 und J-^ ein noch größerer Strom über den Widerstand 2A_ fließt. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 22_ steigt demzufolge an, wobei das Ausfc-siigssignal des Differenzverstärkers 25 ansteigt und schließlich gleich Null wird. Wenn die Vorzeichen der beiden Potentiale an den Mittelpunkten a. und b der
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Meßbrücke einander entgegengesetzt sind, wird der Schalter _16 in die andere Schaltstellung umgeschaltet.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform, der erfindungsgemäßen Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Uullpunkt-Temperaturkompensation in der Weise, daß der Knotenpunkt der beiden Widerstände J_2 und _13. mit den invertierenden Eingängen der Verstärker ^S> und 22 über veränderliche Widerstände 210 bzw £1_ verbunden ist. Die Richtung der Kompensation wird durch das Vorzeichen der Differenz der Widerstandswerte der Widerstände 2_1_ und 210 bestimmt; die Widerstandswerte Rp,, und Rp-iQ der Widerstände 2J_ bzw 210 werden hinsichtlich des Ausmaßes der Kompensationswirkung nach folgendem Ausdruck bestimmt:
19
T~
Der Widerstandswert R-^ ^-sxm. daher durch den Widerstandswert Roio ^ezuSlicn eines festgelegten Ausmaßes der Kompensationswirkung ersetzt werden, was zu einer entsprechend hohen Schaltungsflexibilität führt.
Die Nullpunkt-Temperaturkompensation aufgrund des erfindungsgemäßen Konzepts erfordert, wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, keinen Temperaturfühler und ist daher einfach zu realisieren und billig. Darüber hinaus wird die Einstellung der Stärke der Kompensation erleichtert, da lediglich ein einziges Bauelement eingestellt werden muß. Da die Bestimmung der Stärke der Kompensation
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nicht vom Widerstand zur Einstellung der Änderung des Ausgangssignals aufgrund einer vorgegebenen mechanischen Spannung beeinflußt wird, liegt neben leichter Bedienbarkeit auch zugleich ein einfaches Schaltungskonzept vor, das den Vorteil mit sich bringt, daß sich die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Massenproduktion eignet.
Die Erfindung betrifft zusammengefaßt Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtungen mit einer Meßbrücke zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal, die aus vier Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen besteht, und einem Verstärker, der dazu dient, die Summe der durch die Brückenzweige fließenden Ströme auf einem vorgegebenen Wert zu halten. Die Mittelpunkte der beiden die Meßbrücke darstellenden Zweige sind mit der: nichtinvertierenden Eingängen exes von zwei Gegenkopplungsverstärkern verbunden. Die Ausgänge dieser beiden Gegenkopplungsverstärker sind mit einem Differenzverstärker verbunden; ein der Differenz der Ausgangssignale der beiden Gegenkopplungsverstärker proportionales Ausgangssignal erscheint am Ausgangsanschluß des Differenzverstärkers. Durch zwei Widerstände, die in Serie mit einer Versorgungsspannung geschaltet sind, wird ein Potential erzeugt, das gleich den Potentialen ist, die an den Mittelpunkten der beiden Meßbrückenzweige auftreten, wenn die Meßbrücken bei einer vorgegebenen Temperatur und unter vorgegebenem mechanischem Druck ausgeglichen ist; das Potential wird über einen Schalter an einen der invertierenden Eingänge der beiden Gegenkopplungsverstärker gelegt, wodurch die Nullpunkt-Temperaturkompensation erfolgt.
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Claims (1)

  1. Ansprüche
    1./Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung mit
    - einer Meßbrücke zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal, die zwei Brückenzweige aufweist, deren Enden jeweils miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen zwischen den Mittelpunkten der beiden Meßbrückenzweige und dem Ende des betreffenden Zweigs eingeschaltet ist,
    und
    - einer Einrichtung, die die Summe der durch die beiden Meßbrückenzweige fließenden Ströme auf einem vorgegebenen Wert hält,
    gekennzeichnet
    durch
    (a) zwei Gegenkopplungsverstärker, deren invertierende Eingänge über einen Widerstand miteinander und deren nichtinvertierende Eingänge mit den Mittelpunkten der beiden Meßbrückenzweige verbunden sind,
    (b) einen Differenzverstärker, der die Differenz der
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    Ausgangssignale der beiden Gegenkopplungsverstärker verstärkt,
    eine
    (c)/Einrichtung zur Erzeugung eines Potentials, das gleich den Potentialen der Mittelpunkte der beiden Meßbrückenzweige ist, wenn die Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen bei einer vorgegebenen Temperatur und unter vorgegebenem mechanischem Druck ausgeglichen sind,
    und
    (d) eine Einrichtung zum Anlegen des Potentials von (c) an den invertierenden Eingang eines der Gegenkopplungsverstärker über einen Widerstand.
    Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Anlegen des Potentials von (c) an die invertierenden Eingänge der beiden Gegenkopplungsverstärker über entsprechende Widerstände.
    Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (c) aus zwei mit einer Versorgungsspannung in Reihe geschalteten Widerständen besteht.
    Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (d) aus einem Umschalter besteht.
    Ö30035/0880
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    5. Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßbrücke vier Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen aufweist.
    6. Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennz eichn e t , daß die beiden Gegenkopplungsverstarker Operationsverstärker sind.
    Q 3 0 0 3 5 / 0 8 8 0
DE3007142A 1979-02-26 1980-02-26 Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung mit Nullpunkt-Temperaturkompensation Expired DE3007142C2 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3422741A1 (de) * 1983-07-13 1985-02-14 Laboratoire Suisse de Recherches Horlogères, Neuchâtel Piezoelektrischer kontaminationsdetektor
DE3536020A1 (de) * 1985-10-09 1987-04-09 Erwin Halstrup Schaltung zur veraenderung oder linearisierung einer uebertragungskennlinie sowie danach durchgefuehrtes verfahren

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US4414853A (en) * 1981-08-10 1983-11-15 The Foxboro Company Pressure transmitter employing non-linear temperature compensation
JPS58140604A (ja) * 1982-02-17 1983-08-20 Hitachi Ltd 温度補償回路付き集積化センサ
US4444056A (en) * 1982-05-05 1984-04-24 Itt Corporation Temperature compensated circuit
JPS59184819A (ja) * 1983-04-06 1984-10-20 Hitachi Ltd 半導体圧力センサ
US4527583A (en) * 1983-07-12 1985-07-09 Dresser Industries, Inc. Electropneumatic transducer system
USRE33028E (en) * 1983-07-12 1989-08-22 Dresser Industries, Inc. Electropneumatic transducer system
GB8407192D0 (en) * 1984-03-20 1984-04-26 Lucas Ind Plc Circuit
DE3511442C2 (de) * 1985-03-29 1987-03-19 Internationale Fluggeräte und Motoren GmbH, 6940 Weinheim Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Messung statischer und dynamischer Drehmomente
US4798093A (en) * 1986-06-06 1989-01-17 Motorola, Inc. Apparatus for sensor compensation
JPH0691265B2 (ja) * 1986-08-01 1994-11-14 株式会社日立製作所 半導体圧力センサ
DE3908795A1 (de) * 1989-03-17 1990-09-20 Bosch Gmbh Robert Verfahren und vorrichtung zur messung einer mechanischen verformung
JP3071202B2 (ja) * 1989-07-19 2000-07-31 富士電機株式会社 半導体圧力センサの増巾補償回路
DE3925177A1 (de) * 1989-07-27 1991-02-07 Siemens Ag Schaltungsanordnung zur temperaturstabilen verstaerkung einer differenzspannung
US5184500A (en) * 1990-03-20 1993-02-09 J And N Associates, Inc. Gas detector
US5241850A (en) * 1991-11-01 1993-09-07 Texas Instruments Incorporated Sensor with programmable temperature compensation
DE4308433A1 (de) * 1993-03-17 1994-09-22 Leybold Ag Wärmeleitungsvakuummeter mit Meßzelle, Meßgerät und Verbindungskabel
DE4308434A1 (de) * 1993-03-17 1994-09-22 Leybold Ag Temperaturkompensation bei einem geregelten Wärmeleitungsvakuummeter
US5568815A (en) * 1994-11-21 1996-10-29 Becton Dickinson And Company Self-powered interface circuit for use with a transducer sensor
US5551301A (en) * 1995-06-19 1996-09-03 Cardiometrics, Inc. Piezoresistive pressure transducer circuitry accommodating transducer variability
US5668320A (en) * 1995-06-19 1997-09-16 Cardiometrics, Inc. Piezoresistive pressure transducer circuitry accommodating transducer variability
US10172730B2 (en) * 1999-11-19 2019-01-08 Vactronix Scientific, Llc Stents with metallic covers and methods of making same
US7075520B2 (en) * 2001-12-12 2006-07-11 Zi Technology Corporation Ltd Key press disambiguation using a keypad of multidirectional keys
US20040153975A1 (en) * 2003-02-05 2004-08-05 Williams Roland E. Text entry mechanism for small keypads
US20040153963A1 (en) * 2003-02-05 2004-08-05 Simpson Todd G. Information entry mechanism for small keypads
US7132838B2 (en) * 2004-03-11 2006-11-07 Tao Of Systems Integration, Inc. Active sensor circuit with one or more T-network pairs
US7653503B2 (en) * 2006-04-20 2010-01-26 Tao Of Systems Integration, Inc. Temperature-compensating sensor system
TW201227753A (en) * 2010-12-28 2012-07-01 British Virgin Islands Central Digital Inc Sensor temperature compensation circuit and method thereof
US8878598B2 (en) 2010-12-28 2014-11-04 British Virgin Islands Central Digital Inc. Sensing module
US9157822B2 (en) * 2011-02-01 2015-10-13 Kulite Semiconductor Products, Inc. Electronic interface for LVDT-type pressure transducers using piezoresistive sensors
RU2545089C2 (ru) * 2013-07-12 2015-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Косвенный способ настройки тензорезисторных датчиков с мостовой измерительной цепью по мультипликативной температурной погрешности с учетом отрицательной нелинейности температурной характеристики выходного сигнала датчика
JP6957367B2 (ja) * 2018-01-18 2021-11-02 株式会社東芝 半導体チップの検査装置、半導体チップの検査システム、インテリジェントパワーモジュール、半導体チップの検査方法及びプログラム

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3528022A (en) * 1965-10-14 1970-09-08 Gen Electric Temperature compensating networks
US3654545A (en) * 1970-08-11 1972-04-04 Honeywell Inc Semiconductor strain gauge amplifier
GB1340635A (en) * 1971-04-30 1973-12-12 Gen Electric Direct current pressure ratio circuit

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3568044A (en) * 1968-09-12 1971-03-02 Bell & Howell Co Linearizing circuit for high output transducers
GB1414144A (en) * 1972-03-20 1975-11-19 Welwyn Electric Ltd Strain measuring device
US3841150A (en) * 1973-11-02 1974-10-15 Honeywell Inc Strain gauge transducer signal conditioning circuitry
US4202218A (en) * 1977-09-28 1980-05-13 International Telephone And Telegraph Corporation Bridge circuit
GB2009947B (en) * 1977-09-28 1982-03-24 Itt Bridge circuit
US4233848A (en) * 1978-01-06 1980-11-18 Hitachi, Ltd. Strain gauge pressure transducer apparatus having an improved impedance bridge

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3528022A (en) * 1965-10-14 1970-09-08 Gen Electric Temperature compensating networks
US3654545A (en) * 1970-08-11 1972-04-04 Honeywell Inc Semiconductor strain gauge amplifier
GB1340635A (en) * 1971-04-30 1973-12-12 Gen Electric Direct current pressure ratio circuit

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Tietze-Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, 3. Aufl. 1974, Springer-Verlag, Berlin- Heidelberg, S. 203 - 209 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3422741A1 (de) * 1983-07-13 1985-02-14 Laboratoire Suisse de Recherches Horlogères, Neuchâtel Piezoelektrischer kontaminationsdetektor
DE3536020A1 (de) * 1985-10-09 1987-04-09 Erwin Halstrup Schaltung zur veraenderung oder linearisierung einer uebertragungskennlinie sowie danach durchgefuehrtes verfahren

Also Published As

Publication number Publication date
FR2449875A1 (fr) 1980-09-19
CA1135529A (en) 1982-11-16
DE3007142C2 (de) 1987-03-26
GB2043915B (en) 1983-04-20
FR2449875B1 (de) 1982-10-29
JPS6144242B2 (de) 1986-10-02
GB2043915A (en) 1980-10-08
JPS55113904A (en) 1980-09-02
US4337665A (en) 1982-07-06

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