RU2502970C1 - Преобразователь давления - Google Patents

Преобразователь давления Download PDF

Info

Publication number
RU2502970C1
RU2502970C1 RU2012140612/28A RU2012140612A RU2502970C1 RU 2502970 C1 RU2502970 C1 RU 2502970C1 RU 2012140612/28 A RU2012140612/28 A RU 2012140612/28A RU 2012140612 A RU2012140612 A RU 2012140612A RU 2502970 C1 RU2502970 C1 RU 2502970C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bridge
input
temperature
amplifier
adder
Prior art date
Application number
RU2012140612/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2502970C9 (ru
Inventor
Владимир Кириллович Куролес
Original Assignee
Владимир Кириллович Куролес
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 Владимир Кириллович Куролес filed Critical Владимир Кириллович Куролес
Priority to RU2012140612/28A priority Critical patent/RU2502970C9/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2502970C1 publication Critical patent/RU2502970C1/ru
Publication of RU2502970C9 publication Critical patent/RU2502970C9/ru

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при разработке полупроводниковых датчиков давления, выполненных по технологии МЭМС (микроэлектромеханические системы). Преобразователь давления содержит кремниевую мембрану с тензоизмерительным мостом, последовательно соединенным с транзистором, подключенными к источнику постоянного напряжения. Выходная диагональ тензомоста соединена с входом инструментального усилителя, выход которого подключен к первому входу усилителя коррекции температурной погрешности. Ко второму входу усилителя коррекции подключен сумматор, первые два входа которого соединены через резистор и диод со средними точками измерительного тензомоста. Третий вход через резистор подключен к источнику смещения напряжения сумматора. Техническим результатом является устранение температурной погрешности в преобразователе. 1 ил.

Description

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано при разработке полупроводниковых датчиков давления, выполненных по технологии МЭМС (микроэлектромеханические системы).
Известен преобразователь давления, который содержит мембрану из монокристаллического кремния, на которой сформированы 4 тензорезистора, которые включены в измерительный мост. Измерительный мост последовательно соединен с опорным резистором, и они подключены к источнику питания, управляемый вход которого подключен к дифференциальному усилителю. Вход этого усилителя соединен с выходом дополнительного моста, образованного последовательной цепочкой тензомоста с указанным резистором и делителем напряжения из двух дополнительных резисторов. В этом преобразователе тензорезисторы выполняют функции и измерителя давления, и измерителя температуры и нагревательного элемента. Последняя функция обеспечена регулировкой тока через измерительный мост такой, чтобы выходное напряжение дополнительного моста оставалось стабильным. При этом температура кристаллической мембраны также стабилизируется.
Такой преобразователь описан в журнале «Измерительная техника» №11 за 1982 г., стр.35. Недостатком преобразователя является невозможность обеспечения термостабилизации в широком диапазоне температур.
Этот недостаток устранен в преобразователе по патенту RU №2036445, который и принят за прототип. В этом преобразователе также измерительный мост включен в плечо дополнительного моста, вход которого соединен с выходом регулируемого источника питания. Отличие схемы от вышеописанной заключено в том, что кристаллическая мембрана не термостатируется, а напряжение питания измерительного моста регулируется так, что коэффициент термочувствительности коэффициента чувствительности (ТКЧ) по давлению уменьшается до 0. Это обеспечено положительной обратной связью с выхода дополнительного моста. При этом измерительный мост также несет информацию о температуре, кроме информации о давлении. Причем входное напряжение тензомоста слабо зависит от давления и сильно зависит от температуры. Это и используется для компенсации ухода 0.
Недостатком преобразователя-прототипа является необходимость определения ТКЧ каждого кристалла и настройка источника питания в соответствии с этим ТКЧ и температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) тензорезисторов.
Предлагаемое изобретение и направлено на устранение этого недостатка.
Частично этот недостаток устранен в преобразователе на базе кристалла, в котором на мембране, кроме тензомоста, выполнен транзистор, последовательно соединенный с тензомостом. Включение этой схемы на выход стабилизатора напряжения обеспечивает стабильный ток через тензомост. За счет этого исключается влияние на коэффициент передачи температуры (ТКЧ→0). Однако при этом увеличивается погрешность от температуры ухода начального напряжения (уменьшили мультипликативную погрешность - увеличилась аддитивная и, наоборот, при смене источника напряжения на источник тока моста).
Целью предложенной схемы преобразователя давления является устранение температурной погрешности в преобразователе, выполненном на кристалле с тензомостом и стабилизатором тока.
Указанная цель достигается подключением к выходной диагонали измерительного тензомоста, кроме инструментального усилителя, который вычитает потенциалы выходной диагонали, также и сумматора этих потенциалов. Последний выполнен с помощью двух диодов, каждый из которых анодом соединен с соответствующим узлом выходной диагонали измерительного тензомоста, а катодами они подключены к резисторам сумматора так, что на выходе сумматора обеспечивается сумма потенциалов выходной диагонали моста. Кроме этого организован третий вход сумматора для начального смещения сумматора, и коэффициент передачи сумматора выполнен настраиваемым.
Компенсация температурного ухода «0» (начального смещения) обеспечивается вычитанием выходных напряжений инструментального усилителя и описанного сумматора, реализованным на операционном усилителе, входами подключенным к выходам инструментального усилителя и сумматора. Настройка коэффициента передачи сумматора производится из условия: K Σ = K t ' K t
Figure 00000001
, при которой давление определяется формулой:
P = u 1 u 2 K t K t ' K p ( 1 K t K p ' K t ' K p )
Figure 00000002
где
u1 - выходное напряжение инструментального усилителя,
Kp - коэффициент его передачи по давлению, а
Kt - коэффициент температурной зависимости u1.
u2 - выходное напряжение сумматора,
K p '
Figure 00000003
- его коэффициент передачи по давлению, а
K t '
Figure 00000004
- его коэффициент температурной зависимости.
Для предложенной схемы характерна нижеследующая зависимость:
u 1 = K p P + K t Δ t
Figure 00000005
u 2 = K p ' P + K t ' Δ t
Figure 00000006
Причем K p > > K p '
Figure 00000007
, а K t ' > > K t
Figure 00000008
, откуда следует
K t K p ' K t ' K p < < < 1
Figure 00000009
Из этих уравнений и следует формула для вычисления давления. Коэффициенты K t '
Figure 00000010
, K p '
Figure 00000011
определяются при единичном коэффициенте передачи сумматора, а затем он устанавливается равным K t ' K t
Figure 00000012
.
На рисунке 1 обозначено:
1 - тензометрированный кристалл с транзистором, который обеспечивает существенное уменьшение ТКЧ,
2 - инструментальный усилитель,
3 - сумматор потенциалов φ1 и φ2,
4 - операционный усилитель.
Преобразователь реализует функцию уменьшения температурной погрешности ухода «0» за счет применения сумматора потенциалов φ1 и φ2. При воздействии на кристалл давления, потенциал φ1 уменьшается, а φ2 - увеличивается. Инструментальный усилитель вычисляет разность этих потенциалов и усиливает ее. Поэтому этот канал является чувствительным к давлению. При воздействии температуры все резисторы тензомоста увеличиваются и поэтому потенциалы φ1 и φ2 изменяются почти одинаково. Поэтому этот канал от температуры зависит слабо. Его температурная зависимость определяется только начальным смещением и входным напряжением моста, которое изменяется с температурой так, что ток через мост остается постоянным. Однако будучи усиленным инструментальным усилителем, разность потенциалов φ1 и φ2 становится существенной.
Канал сумматора, наоборот, при воздействии на кристалл давлением, сумма потенциалов φ1 и φ2 не изменяется или изменяется очень слабо. При воздействии же температуры сумма потенциалов φ1 и φ2 удваивается и является существенно зависимой от температуры, поскольку при этом изменяется напряжение моста.
Можно считать, что этот канал несет информацию о температуре тензомоста, его сигнал и компенсирует уход «0» на выходе инструментального усилителя. Так, для ЧЭД5, выпускаемых. Технологическим центром МИЭТ (Зеленоград), соотношение K p ' K p = 0,012
Figure 00000013
, а соотношение K t ' K t 2
Figure 00000014
, что и позволяет применить эту схему, не уменьшая чувствительности по давлению.
Если сравнивать предложенную схему со схемами коррекции, основанными на измерении температуры кристалла с помощью размещаемых на кристалле тензорезисторов (как это делается в НИИФИ г.Пенза), то можно отметить следующее: терморезистор несет информацию о температуре мембраны, однако тензорезисторы имеют температуру, отличную от температуры терморезистора. Тогда как в предложенной схеме измеряется средняя температура всех четырех тензорезисторов с помощью суммирования потенциалов φ1 и φ2. В схемах НИИФИ достигается термокоррекция в узком диапазоне температур, в предложенной схеме - в более широком диапазоне температур. Причем термокоррекция предложенная не требует применения контроллеров, а реализуется на операционных усилителях (смотри, например, статью Е. Слива «Коррекция по температуре измерительных преобразователей физических величин на базе микроконтроллера MSP 430 F149 фирмы Texas Instrument», в Интернете catalog.qaw.ru).
Влияние сумматора на потенциалы моста в данной схеме исключено за счет применения диодов и существенно меньших сопротивлений моста, чем входные сопротивления сумматора. Следует также отметить, что предложенная схема термокоррекции выполнит свою функцию при ее применении для коррекции температуры преобразователей полупроводниковых, у которых на мембране размещен только тензомост без транзистора. При этом необходимо только тензомост питать стабильным током, подключая его к стабилизатору тока. Тогда его ТКЧ стремится к 0, а увеличение смещения «0» компенсирует предложенная схема на основе сумматора потенциалов средних точек тензомоста.
Тем самым показано ее широкое применение, а новизна заключена в измерении изменения суммы потенциалов средних точек тензорезисторного моста, реализованное сумматором и двумя диодами.

Claims (1)

  1. Преобразователь давления, содержащий кремниевую мембрану с тензоизмерительным мостом, последовательно соединенным с транзистором, подключенными к источнику постоянного напряжения, причем выходная диагональ тензомоста соединена с входом инструментального усилителя, выход которого подключен к первому входу усилителя коррекции температурной погрешности, отличающийся тем, что ко второму входу усилителя коррекции подключен сумматор, первые два входа которого соединены через резистор и диод со средними точками измерительного тензомоста, а третий вход через резистор - с источником смещения напряжения сумматора.
RU2012140612/28A 2012-09-21 2012-09-21 Преобразователь давления RU2502970C9 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012140612/28A RU2502970C9 (ru) 2012-09-21 2012-09-21 Преобразователь давления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012140612/28A RU2502970C9 (ru) 2012-09-21 2012-09-21 Преобразователь давления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2502970C1 true RU2502970C1 (ru) 2013-12-27
RU2502970C9 RU2502970C9 (ru) 2014-02-27

Family

ID=49817776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012140612/28A RU2502970C9 (ru) 2012-09-21 2012-09-21 Преобразователь давления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2502970C9 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696945C1 (ru) * 2018-11-20 2019-08-07 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ФГУП "ЦАГИ") Преобразователь давления многоканальный

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2731033C1 (ru) * 2019-06-07 2020-08-28 Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" Тензопреобразователь давления мостового типа

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2036445C1 (ru) * 1988-05-31 1995-05-27 Машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" Преобразователь давления
RU2084846C1 (ru) * 1992-05-14 1997-07-20 Александр Викторович Цивинский Полупроводниковый преобразователь давления со схемой термокомпенсации
RU2086940C1 (ru) * 1995-08-10 1997-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "МикроТехнология" Полупроводниковый датчик давления
RU2088942C1 (ru) * 1995-06-05 1997-08-27 Уфимский государственный нефтяной технический университет Преобразователь давления и температуры

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2036445C1 (ru) * 1988-05-31 1995-05-27 Машиностроительное конструкторское бюро "Радуга" Преобразователь давления
RU2084846C1 (ru) * 1992-05-14 1997-07-20 Александр Викторович Цивинский Полупроводниковый преобразователь давления со схемой термокомпенсации
RU2088942C1 (ru) * 1995-06-05 1997-08-27 Уфимский государственный нефтяной технический университет Преобразователь давления и температуры
RU2086940C1 (ru) * 1995-08-10 1997-08-10 Общество с ограниченной ответственностью "МикроТехнология" Полупроводниковый датчик давления

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2696945C1 (ru) * 2018-11-20 2019-08-07 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ФГУП "ЦАГИ") Преобразователь давления многоканальный

Also Published As

Publication number Publication date
RU2502970C9 (ru) 2014-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2954406B2 (ja) カテーテル先端圧力トランスジューサの温度補償装置および方法
US7651263B2 (en) Method and apparatus for measuring the temperature of a gas in a mass flow controller
JPH02177566A (ja) 半導体歪み検出装置
KR20200033190A (ko) 공통 모드 검출을 갖춘 증폭기
RU2502970C1 (ru) Преобразователь давления
JP2017134048A (ja) 温度検出回路
EP1431717A1 (en) Flow rate measuring instrument
US3510696A (en) Transducer output correction circuitry
US7146860B2 (en) Method for temperature compensation of a digital pressure meter
RU2408857C1 (ru) Датчик давления на основе нано- и микроэлектромеханической системы с частотным выходным сигналом
RU2082129C1 (ru) Преобразователь давления в электрический сигнал
van Putten et al. Full additive drift elimination in vector sensors using the alternating direction method (ADM)
RU2585486C1 (ru) Способ измерения давления и калибровки на основе тензомостового интегрального преобразователя давления
JPS6248280B2 (ru)
RU2434233C1 (ru) Акселерометр компенсационного типа
RU132539U1 (ru) Тензопреобразователь давления мостового типа
JPH0814521B2 (ja) 半導体圧力センサの温度補償方法
JPH03220402A (ja) 半導体歪検出回路
JPH064307Y2 (ja) 圧力計測器の温度補正回路
SU1677650A1 (ru) Термокомпенсированный параметрический преобразователь
Kuznetsov AUTOMATIC CORRECTION OF ERRORS OF THE TEMPERATURE MEASUREMENT CHANNEL
RU14080U1 (ru) Электронный блок измерительного преобразователя давления
JP2010011294A (ja) 増幅器および荷重信号増幅装置
KR19980084452A (ko) 압력센서의 온도 보상 회로
CN115077573A (zh) 电阻传感器的主动测量校正

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140922