DE3007142C2 - Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung mit Nullpunkt-Temperaturkompensation - Google Patents

Description

(a) zwei G^enkopplungsverstärker (18.22). deren 20 ^R " *°^{(1 +} "^{W + Sy{X +} ^¹' ⁽¹⁾ invertierende Eingänge über einen Widerstand

(11) miteinander und deren nichtinvertierende in der R₀ den Widerstand des Meßfühlers im Spannungs-Eingänge mit den Mittelpunkten (a, b) der bei- losen Zustand bei einer gegebenen Temperatur, T die den Meßbrückenzweige verbunden sind. Temperatur des Halbleiter-Dehnungsmeßstreifens, S

(b) einen Differenzverstärker (23), der die Diffe- 25 die mechanische Spannung, λ den Temperaturkoeffirenz der Ausgangssignale der beiden Gegen- zienten des Widersteads, β den Temperaturkoeffizienkopplungsverstärker (18,22) verstärkt, ten des Meßfaktors und ^den Meßfaktor bedeuten.

(c) eine Einrichtung zur Erzeugung eines Potenti- Wert und Vorzeichen des Meßfaktors γ hängen von als, das gleich den Potentialen der Mittelpunkte der Orientierung des Halbleitereinkristalls, dem durch (a, b) der beiden Meßbrückenzweige ist, wenn 30 den Strom und die mechanische Spannung innerhalb des die Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen (1, 2, 3, 4) Meßfühlers vorgegebenen Winkel und anderen Einflußbei einer vorgegebenen 'i^mperatur und unter größen ab.

vorgegebenem mechanischem Druck ausgegli- Gleichung (1) läßt sich wie folgt umformen: chen sind, und

iisjät ^J! *- *<■⁺«"⁺*<■⁺

^<1β· *'^ober "■"" - *<·⁺ °^{v +r}·' ■⁺"^{+λ ti} *· ^<3)

2. Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach 40 Der zweite Term auf der rechten Seite von Gleichung Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (2) betrifft die Änderung des Fühlerwiderstands in Abzum Anlegen des Potentials von (c) an die invertie- hängigkeit von der angelegten Spannung. Auf der anderenden Eingänge der beiden Gegenkopplungsver- ren Seite hängt der Koeffizient α von der Verunreinistärker (18, 22) über entsprechende Widerstände gungskonzentration im Halbleiterkristall des Meßfüh-(210,211). 45 lers ab und besitzt beispielsweise für Silicium-Einkristal-

3. Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach Ie den Wert 3000 bis 600 ppm/°C.

Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Der Koeffizient β ist andererseits von der Verunreini- Einrichtung (c) aus zwei mit einer Versorgungsspan- gungskonzentration unabhängig und besitzt für Silici-

nung (Ek) in Reihe geschalteten Widerständen (12, um-Einkrislalle einen Wert von etwa —2000 ppm/°C

13) besteht. 50 Die Temperaturabhängigkeit der Änderung des Füh-

4. Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach lcrwiderstands kann, wie aus dem zweiten Term von einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- Gleichung (3) hervorgeht, klein gemacht werden, da der net, daß die Einrichtung (d) aus einem Umschalter Temperaturkoeffizient « des Widerstands des Halblei-(16) besteht. lermeßfühlers und der Temperaturkoeffizient β des

5. Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach 55 Meßfaktors durch geeignete Wahl der Verunreinieinem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeich- gungskonzentration im Kristall zum Verschwinden genet, daß die Meßbrücke vier Halbleiter-Dehnungs- bracht werden können. Demgemäß wird die Brücke, mit meßstreifen (1,2,3,4) aufweist. der die mechanische Spannung in ein elektrisches Signal

6. Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung nach umgewandelt wird, bei Verwendung von Halbleitereinem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeich- t>o Dehnungsmeßstreifen in vielen Fallen mit einer Konnet, daß die beiden Gegenkopplungsvcrstärker (18, stantstromquelle betrieben, um so lediglich die Wider-22) Operationsverstärker sind. stnndsändcrung als Ausgangssignal zu erhalten.

Es ist ferner auch bekannt, bei mit großer Genauig-

keil arbeitenden Einrichtungen zur Umwandlung der

b5 mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal den Betricbsstrom in Abhängigkeit von der Temperatur zu

Die Erfindung betrifft Halblettcr-Druckuufnchmer- ändern, um so die Tcniperaturabhängigkeit noch weiter bzw. -Detektorvorrichtungen und insbesondere Halb- zu verringern.

Der Ausgang der zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal dienenden Meßjrücke ist, wenn keine mechanische Spannung anliegt, iemperaturabhängig, ändert sich also mit wechselnder Temperatur je nach der Unterschiedlichkeit der Widerstandswerte R₀ und ihrer Temperaturkoeffizienten a der Meßfühler, die die Meßbrücke bilden.

Diese Temper«uurabhängigkeit wird als Nulipankt-Temperaturabhängigkeit bezeichnet; sie wird durch die entsprechende Nullpunkt-Temperaturkompensation verringert und kompensiert.

In der US-PS 36 54 545 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 35 28 022 und die GB-PS 13 40 635 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 NuIlpunki-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 Mittelpunkt 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 differentieli verstärkt, und ist

gekennzeichnet durch eine mit mindestens einem der invertierenden Eingänge der Gegenkopplungsverstärker verbundene Einrichtung zur Erzeugung eines den Mittelpunktpotentialen 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 zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild zur Erläuterung einer bereits angegebenen Vorrichtung mit einem Halbleiter-Dchnungsmeßstreifen-Diuckaufnehmer und

F i g. 2 und 3 Schaltbilder von zwei verschiedenen Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Halbleiter- Druckauf nehmervorrichiungen.

Zunächst wird die in '^:ig. 1 dargestellte Dehnungsmeßstreifen-Druckaufnehmervorrichtung näher erläutert, die in der US-Patentanmeldung 9 71358 vom 20. Dezember 1978 beschrieben ist.

In F i g. 1 sind mit den Bezugszahlen 102 bis 105 HaIbleiter-Dehnungsmeßstreifen bezeichnet, von denen die Dehnungsmeßstreifen 102 und 103 einen Zweig und die Dehnungsmeßstreifen 104 und 105 den anderen Zweig einer Meßbrücke zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal darstellen,
ίο Der Strom Z₁, der der Summe der durch die beiden Brückenzweige fließenden Ströme entspricht, fließt über einen Widerstand 111. Der Spannungsabfall Vi am Widerstand 111 wird durch einen Verstärker 110 mit einer Referenzspannung V₂ aus einer Referenzspannungsschaltung verglichen, die aus den Widerständen 112 bis 115 und 117 sowie einem Thermistor 116 besteht Auf diese Weise wird die Spannung V₅ so geregelt, daß die beiden Spannungen Ki und Vz gleich werden. Die Summe der durch die beiden MeßbrücH?nzweige flie-2ö "enden Ströme wird demgemäß mit Hihv der Referenzspannungsschahung, des Verstärkers 110 und des Widerstands 111 so geregelt, daß sie einem vorgegebenen Spannungswert entspricht.

Ein Verstärker 106 verstärkt die Differenz zwischen den Potentialen an den Mittelpunkten y und ζ der beiden Brückenzweige. Die Ausgangsspannung V₆ des Verstärkers 106 wird an einen Punkt ν gegengekoppelt, wobei die Ausgangsspannung V_b so geregelt wird, daß die Potentiale der Mittelpunkte y und ζ der Meßbrücke gleich werden.

Wenn beispielsweise angenommen wird, daß eine mechanische Spannung anliegt, durch die die Widerstandswerte der beiden HaJbleiter-Dehnungsmeßstreifen 102 und 105 erhöht und die Widerstandswerte der DeIinungsmeßstreifen 102 und 104 verringert werden, wird der im Meßbrückenzweig mit den Dehnungsmeßstreifen 102 und 103 fließende Strom verringert und das Potential V5 an der Stelle χ erniedrigt. Auf der anderen Seite wird der durch den Meßbrückenzweig mit den Dehnungsmeßstreifen 104 und 105 fließende Strom erhöht, wodurch wiederum das Potential V₆ an der Stelle ν ansteigt. Die Differenz (V$ — V₆) zwischen din Potentialen an den Punkten χ und y wird mit einem Verstärker 122 verstärkt, dessen Ausgangssignal an den Ausgangsanschluß geführt wird.

Die Widerstände 126 bis 128 dienen zur Einstellung der Ausgangs-Referenzspannung des Verstärkers 122. Der Widerstand 120 dient zur Einstellung der Änderung des einer vorgegebenen Änderung der mechanischen Spannung entsprechenden Ausgangssignals des Verstärkers 122, wobei der Wert des Widerstands 120 je narh f.tr Empfindlichkeit der Dehnungsmeßstreifen festgelegt ist.

Bei der Vorrichtung von F i g. 1 erfolgt die i^nllpunKt Temperaturkompensation in der Weise, daß eine Spannung, die im wesentlichen gleich der Spannung der Mittelpunkte y und ζ der beiden Meßbrückenzweige ist, wenn die Meßbrücke bei normaler Temperatur und unter Fehlen von mechanischem Druck ausgeglichen ist, bo von einer Schaltung zur Erzeugung eines Refercnzpotentials erzeugt wird, die aus den Widerständen 129 bis 131 besieht, und diese Spannung über einen Schalter 133 an den Mittelpunkt eines der beiden Meßbrückenzweige gelegt wird.

bä Das Vorzeichen der Kompensation wird mit dem Schalter 133 gewählt; die Stärke der Kompensation wird durch die Größe des Widerstandswerts des Widerstands 131 bestimmt. Der Widerstandsw;rt Rn\ des V/i-

derstands 131 ergibt sich aus folgender Gleichung:

-—

AE₁

■a- T-

ovr

in der bedeuten:

G die Verstärkung des Differenzverstärkers 22,

R den Widerstand des Halbleiter-Dehnungsmeßstreifens,

die einem vorgegebenen Temperaturbereich entsprechende Änderung der Mittelpunktsspannungen der Meßbrückenzweige, die der mechanischen Bezugsspannung im Fall des vorgegebenen Temperaturbereichs entsprechende Änderung des Ausgangssignals,

Ro den Anfangswert des Widerstands der Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 102 bis 105,

T die Temperatur und

Is die Stärke des an die beiden Brückenzweige zu

liefernden Stroms.

Wie aus Gleichung (4) hervorgeht, ist der Widerstandswert /?i3i des Widerstands 131 proportional zur Verstärkung G des Differenzverstärkers 122. Die Verstärkung G des Verstärkers 122 wird allerdings durch den Widerstand 120 bestimmt, der wiederum von der Empfindlichkeit der Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen abhängt, was zu dem Nachteil führt, daß die Verstärkung Gin 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 Ro der Dehnungsmeßstreifen sowie von dessen Temperaturkoeffizient λ ab.

In F i g. 2 bezeichnen die Bezugszahlcn 1 bis 4 Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen, deren Widerstandswerte je nach der anliegenden mechanischen Spannung einer entsprechenden Änderung unterliegen. Die Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 1 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 die Dehnungsmeßstreifen 3 und 4 den anderen Zweig einer Meßbrücke zur Umwandlung der mechanischen Spannung in ein elektrisches Signal dar. Die durch die beiden Meßbnickenzweige fließenden Ströme werden am Punkt 17 addiert; der resultierende Summenstrom fließt durch einen Widerstand 7. Der Spannungsabfall am Widerstand 7 wird durch einen Verstärker 6 mit der Ausgangsspannung einer Refcrenzspannungsschaltung verglichen, die aus den Serienwiderständen 51 und 52 besteht; der an die beiden Brückenzweige zu liefernde Strom wird in der Weise geregelt, daß die beiden Spannungen gleich werden. Im einzelnen wird der Spannungsabfall am Widerstand 7 an den invertierenden Eingang des Verstärkers 6 geführt; eine durch die Serienwiderstände 51 und 52 geteilte Versorgungsspannung Er 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 elek trisches Signal umwandelt, sind mit den nichtinvertierenden Eingängen der Verstärker 18 bzw. 22 verbunden. Die Verstärker 18 bzw. 22 sind über die Widerstände 19 bzw. 20 gegcngekoppelt: die invertierenden Eingänge der Verstärker 18 und 22 sind über einen veränderlichen Widerstand 11 miteinander verbunden.

Der invertierende Eingang des Verstärkers 18 oder der des Verstärkers 22 ist über einen Schalter 16 sowie einen veränderlichen Widerstand 21 mit einer Referenz potcntialschaltung verbunden, die aus zwei mit der Ver sorgungsspannung £r in Reihe gelegten Widerständen 12 und 13 besteht. Die Rcferenzpotentialschaltung wird durch Teilung der Versorgungsspannung Er mit den beiden in Reihe gelegten Widerständen so eingestellt, daß sic 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 vor- gegebenen Druck (z. B. dem Druck 0) ausgeglichen ist.

Die Ausgänge der Verstärker 18 und 22 sind mit dem invertierenden Eingang bzw. dem nichtinvertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 23 über die Widerstände 231 bzw. 232 verbunden. Zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers 23 und dessen invertierendem Eingang ist ferner ein Gegenkopplungswiderstand 233 eingeschaltet.

Der Mittelpunkt der beiden Widerstände 14 und 15, die mit der Versorgungsspannung Er in Reihe liegen, ist

jo über einen Widerstand 234 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 23 verbunden. Die beiden Widerstände 14 und 15 bilden eine Nullpunkteinstellungsschaltung, die zur Einstellung des Werts des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 23 dient, das einer vorgegebenen mechanischen Spannung entspricht. Der einstellbare Widerstand 11 dient zur Einstellung der der vorgegebenen mechanischen Spannung entsprechenden Änderung der Ausgangssignale der Verstärker 18 und 22.

Wenn daher auf die Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen ein Druck ausgeübt wird, ändern sich die Widerstandswerte der Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen 1,2,3 und 4 entsprechend der Stärke des ausgeübten Drucks, wobei eine Differenz der Potentiale an den Mittelpunkten a und b der beiden Meßbrückenzweige auftritt. Die Mittclpunktpotentiale werden durch die Verstärker 18 und 22 verstärkt, wobei die Differenz der verstärkten Mittelpunktspotentiale durch den Differenzverstärker 23 erzeugt wird, der das Ausgangssignal £oi/rliefert.

so Im folgenden wird die Nullpunkt-Temperatur^uompensation näher erläutert.

Die Nullpunkt-Temperaturkompensation erfolgt in der Weise, daß das Referenzpotential von der vorher genannten Rcfcrenzpotentialschaltung, d. h. das Poten tial, das gleich dem Potential an den Mittelpunkten a und feder beiden Meßbnickenzweige ist, wenn die Meßbrücke bei normaler Temperatur ausgeglichen ist, über den Schalter 16 und den veränderlichen Widerstand 11 an den Punkt e oder den Punkt /an den invertierenden

Μ» Eingängen der Verstärker 18 bzw. 22 gelegt wird Das Vorzeichen der Nullpunkt-Temperaturkompensation hängt von der Schahstellung des Schalters 16 ab; das Ausmaß der Kompensation wird durch den Widerstandswert des veränderlichen Widerstands 11 be- stimmt.

Die Verstärker 18 und 22 sind Operationsverstärker mit hoher Verstärkung; ihre Ausgänge sind über die Widerstände 19 bzw. 20 mit ihren invertierenden Ein-

gangen verbunden. Die Potentiale an ilen Stellen ι· und f sind daher im wesentlichen gleich wie die Potentiale an den Mittelpunkten a und b der beiden Meßbrückenzweige.

Der Widerstandswert /?2i des veränderlichen Widerstands "■"-. der das Ausmaß der Kompensation bestimmt, wird nach folgendem Ausdruck errechnet:

Λ Eo

worin bedeuten:

A die Verstärkung des Differenzverstärkers 23,

/?i9 den Widerstandswert des Widerstands 19 bzw. 20 und

λ \/ » J* ' L. TT * ■*>*<·■

chende Spannungsänderung zwischen den Punkten e und /"(die im wesentlichen gleich Schalter 16 in die andere Schaltstellung umgeschaltet.

In F i g. J ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgcniäßen Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Nullpunkt-Temperaiurkompensation in der Weise, daß der Knotenpunkt der beiden Widerstände 12 und 13 mit den invertierenden Eingängen der Verstärker 18 und 22 über veränderliche Widerstände 210 bzw. 211 verbunden ist. Die Richtung der Kompensation wird durch das

ίο Vorzeichen der Differenz der Widerstandswerte der Widerstände 211 und 210 bestimmt; die Widerstandswerte /?2ii und /?2io der Widerstände 211 bzw. 210 werden hinsichtlich des Ausmaßes der Kompensationswirkung nach folgendem Ausdruck bestimmt:

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 ti eingestellt. Wie aus Gleichung (5) hervorgeht, wird die einer vorgegebenen mechanischen Spannung entsprechend. Änderung des Ausgangssignals vom Widerstandswert Rw des veränderlichen Widerstands 11 nicht beeinflußt Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß bei dieser einer erfindungsgemäßen Ausführungsform entsprechenden Vorrichtung der Widerstandswert Ä21 des Widerstands 21 für die Nullpunkt-Temperaturkompensation durch den Widerstandswert Rw d?s veränderlichen Widerstands 11 zur Einstellung der Änderung des Ausgangssignals 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 18 und 22 mit höheren Widerstandswerten der Dehnungsmeßstreifen 1 bis 4 der Meßbrükke an, wobei jedoch das Ausgangssignal des Verstärkers 18 etwas größer wird als das des Verstärkers 22. Wenn infolgedessen keine Nullpunkt-Temperaturkompensationsschaltung für die Verstärker vorgesehen ist, entsteht am Ausgang Eowdes Differenzverstärkers 23 ein negatives Ausgangssignal. Wenn der Schalter 16 mit seinem oberen Kontakt verbunden ist, d. h. 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 Ausgangsspannung des Verstärkers 22 und der Spannung am Knotenpunkt der Widerstände 12 und 13 ein noch größerer Strom über den Widerstand 21 fließt Die Ausgangsspannung des Verstärkers 22 steigt demzufolge an, wobei das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 23 ansteigt und schließlich gleich Null wird. Wenn die Vorzeichen der beiden Potentiale an den Mittelpunkten a und b der Meßbrücke einander entgegengesetzt sind, wird der ΔΕ,

κ..

our'

Der Widerstandswert Riw kann daher durch den Widerstandswert K210 bezüglich 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 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 den nichtmverticrenden Eingängen eines 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 Meßbrücke 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

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 leiter-Druckaufnehmervorrichtungen mit einer Einrich- Patentansprüche: tung zur Nullpunkt-Temperaturkompensation. Zur Messung von Massen, Spannungen, Flüssigkeits-

1. Halbleiter-Druckaufnehmervorrichtung mit drucken u.dgl. wurden bereits verschiedenartige MeB-

5 fühler herangezogen, wobei in den letzten Jahren hoch-

— einer Meßbrücke zur Umwandlung der mecha- empfindliche Dehnungsmeßstreifen, bei denen der Pienischen Spannung in ein elektrisches Signal, die zowiderstandseffekt eines Halbleiters ausgenutzt wird, zwei Brückenzweige aufweist, deren Enden je- breite Anwendung gefunden haben.

weils miteinander verbunden sind, wobei min- Auf der Ausnutzung des Piezowiderstandseffekts von destens ein Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen io Halbleitern beruhende Halbleiter-Dehnungsmeßstreizwischen den Mittelpunkten der beiden Meß- fen besitzen den Vorteil, daß das Verhältnis von Widerbrückenzweige und dem Ende des betreffenden Standsänderung zu Belastung, also der Meßfaktor, hoch Zweigs eingeschaltet ist, und ist, besitzen aber den Nachteil, daß der Widerstands-

— einer Einrichtung, die die Summe der durch die *en und der Meßfaktor solcher Fühler stark temperabeiden Meßbrückenzweige fließenden Ströme is turabhängig und nicht stabil sind.

auf einem vorgegebenen Wert hält, Der Widerstandswert R von Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen ist durch folgende Gleichung gegeben: gekennzeichnet durch