SU1648897A1 - Интегральный тензочувствительный элемент - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в системах измерени  давлени , вибраций и деформаций. Целью изобретени   вл етс  повышение точности за счет уменьшени  начального разбаланса и температурной зависимости выходного сигнала. Дл  этого чувствительный элемент содержит два резистора 7 и 8, включенные между затворами всех МДП-транзисторов 3-6 и выходами инверторов 1 и 2, которыми  вл ютс  общие точки МДП-транзисторов 3-6. а величины сопротивлений выбираютс  также определенным образом.3 ил

Description

Ё

ON N 00 00 Ю VI

Фиг. 2

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в системах измерени  давлени , вибраций и деформаций,

Цель изобретени  - повышение точности за счет уменьшени  начального разбаланса и температурной зависимости выходного сигнала.

На фиг,1 представлена упрощенна  передаточна  характеристика инвертора; на фиг.2 - принципиальна  электрическа  схема интегрального тензочувствительного элемента; на фиг.З - графики, по сн ющие его работу.

Интегральный тензочувствительный элемент (фиг.2) содержит инверторы 1 и 2 на дополн ющих МДП-транзисторах 3-6, образующих мостовую схему. Общие точки МДП-транзисторов 3 и 4, 5 и 6  вл ютс  выходами инверторов 1 и 2 и одновременно выводами измерительной диагонали моста, а МДП-транзисторов 3 и 5,4 и 6 -  вл ютс  диагонали питани  моста. Затворы всех МДП-транзисторов соединены между собой, а также с выходами инвертора 1 через резистор Тис выходом инвертора 2 через резистор 8.

Точность измерений мостовыми схемами определ етс  р дом параметров, в том числе величиной сигнала начального разбаланса . Дл  определени  этого сигнала рассмотрим упрощенную передаточную характеристику инвертора, приведенную на фиг.1, где прин ты обозначени : U - напр жение на выходе инвертора, UBX - напр жение на выходе инвертора, Е - напр жение источника питани , U1 - пороговое напр жение на входе, W - ширина переходной области характеристики.

Очевидно, что коэффициент усилени  инвертора в переходной области характеристики

и

U K(U1 - UBX)

При 100% обратной отрицательной св зи первого инвертора U1 UBX.

Тогда Ue

Ki

-Ui Ui

1 4-Ki Это же напр жение  вл етс  входным дл  второго инвертора. Тогда U2 K20J2Ki

-и})

1 +Ki

и начальный разбаланс на выходе известного прототипа чувствительного элемента, обусловленный неидентичностью значений параметров инверторов, равен

ДЦ,Р Ui-U2 y j KiUi-K2U2, (1) причем Ki «2.

Анализ приведенных выражений показывает , что в известном тензочувствитель- ном элементе снижена точность измерений за счет сигнала начального разбаланса Д Unp.

величина которого обусловлена напр жением на затворах всех МДП-транзисторов, определ емым параметрами МДП-транзисторов только одной ветви мостовой схемы.

Интегральный тензочувствительный

0 элемент работает следующим образом.

Напр жение на затворах всех МДП- транзисторов, как следует из фиг.2, определ етс  напр жени ми Ui и U2 на выходах инверторов 1 и 2 соответственно и делите5 лем разности этих напр жений, образуемым резисторами 7 и 8. В результате напр жение на измерительной диагонали моста определ етс  параметрами МДП- транзисторов 3-6 и отношением сопротив0 лений резисторов 7 и 8. Это напр жение при отсутствии деформации  вл етс  начальным разбалансом на выходе тензочувствительного элемента. Использу  прин тые обозначени , можно получить выражение

5 дл  сигнала начального разбаланса тензочувствительного элемента.

ди, Л+Л i г 1 + KI

0 где а Ri/R2 и/Unp описываетс  формулой

(1).

Следовательно, поскольку Ki «2

± -.Р

5

1 1 1 + а

1 i и о

1 +Ki

Таким образом, интегральный тензочувствительный элемент имеет меньший по сравнению с известным сигнал начального разбаланса.

0 При синфазном изменении выходных напр жений Ui и U. например уменьшении с ростом температуры, соответственно уменьшаетс  напр жение на затворах всех МДП-транзисторов. что вызывав г соответ5 ствующее увеличение напр жений Ui и U2. Из формулы (2) следует, что интегральный тензочувствительный элемент имеет меньшую по сравнению с известным температурную зависимость выходного сигнала.

Под воздействием, например, деформации раст жени  сопротивлени  каналов МДП-транзисторов 3 и 6 уменьшаютс , а МДП-транзисторов 4 и 5 - увеличиваютс , Это приводит к увеличению напр жени  Ui

5 и уменьшению напр жени  U2, т.е. к дифференциальному изменению их. При таком характере изменений выходных напр жений инверторов 1 и 2 напр жение на затворах всех МДП-транзисторов почти не измен ет0

Claims (1)

1. с  и полезный сигнал на выходе мостовой схемы пропорциональный деформации, практически не ослабл етс  обратной св зью, создаваемой резисторами 7 и 8. На фиг.З приведены безмасштабные графики, причем график 1 соответствует исходному состо нию элемента, график 2 - изменению напр жений при увеличении температур, но без учета обратной св зи, график 3 - то же. но с учетом обратной св зи, график 4 - при воздействии деформации раст жени . Формула изобретени  Интегральный тензочувствительный элемент, содержащий два инвертора на дополн ющих МДП-транзисторах, собранных по мостовой схеме,в которой выходы инверторов подключены к измерительной диагонали моста, а затворы всех

   0

   5

   МДП-транзисторов соединены между собой , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности за счет уменьшени  начального разбаланса и температурной зависимости выходного сигнала, в него введены два резистора, включенные между затворами всех МДП-транзисторов и выходами инверторов, а величины сопротивлений резисторов выбраны из соотношени  1 + Ki Ri 1 +К2

   TTR -lfc-ТТКГ где KI и К2 - коэффициенты усилени  первого и второго инверторов без обратной св зи, Кк К2;

   Ri,R2 - сопротивлени  резисторов, соедин ющих затворы всех МДП-транзисторов с выходами первого и второго инверторов.

   Z/5X