ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

подключенный одним плечом к плюсовой шине питания, другим плечом - к минусовой шине питания, операционный усилитель с инвертирующим и неинвертирующим входами, подключенный неинвертирующим входом к среднему отводу резистивного делителя напряжения, термоэлемент, включенный между выходом и инвертирующем входом операционного усилителя, тензометрический мост, включенный одной диагональю между первым и вторым выходами устройства, другой диагональю - между выходом операционного усилителя и минусовой шиной питания, с которой через резистор связан инвертирующий вход операционного усилителя.
Известный интегральный тензопреобразователь давления имеет недостаток, состоящий в следующем.
Из опыта производства интегральных тензопреобразователей давления известно, что схема прототипа технологична, если в цепи обратной связи операционного усилителя используется термоэлемент, например платиновый терморезистор, с температурной характеристикой близкой к линейной.
В этом случае при температурном изменении чувствительности S тензометрического моста по закону (фиг. 1, а) его напряжение питания изменяется по закону (фиг. 1, б) близкому к линейному, а температурный дрейф  коэффициента передачи интегрального тензопреобразователя давления (фиг. 1, в) находится в пределах 1%.
Все сказанное в отношении температурного дрейфа справедливо, если:
Коэффициент передачи К(Т) интегрального тензопреобразователя давления определяется по формуле
(Г)
где: Аивых.(Т) - изменение выходного напряжения интегрального тензопреобразователя при изменении приложенного к мембране давления в рабочем диапазоне температур,
АР - заданное приращение давления на мембрану тензометрического моста,
Т - температура окружающей среды;
Температурный дрейф  коэффициента передачи интегрального преобразователя давления характеризуется выражением
(1)х100(%) Кн.т.
где: АК(Т) - дрейф коэффициента передачи К(Т) интегрального тензопреобразователя давления в рабочем диапазоне температур,
Однако температурное отклонение коэффициента передачи интегрального тензопреобразователя давления в пределах ± 1 % не удовлетворяет современным требованиям, по которым указанный дрейф при применении интегрального тензопреобразователя давления в системе управления двигателем внутреннего сгорания не должен выходить за пределы ± 0.3 %.
Попытка применить в цепи обратной связи операционного усилителя термоэлемент с нелинейной характеристикой с целью уменьшения температурного дрейфа коэффициента передачи интегрального тензопреобразователя давления приводит к существенному ухудшению технологичности и увеличению стоимости устройства. Отмеченные в отношении интегрального тензопреобразователя давления недостатки, характерны и для интегрального тензопреобразователя силы.
Данное обстоятельство сужает область применения известного интегрального тензопреобразователя и препятствует его использованию в системах управления техническими объектами.
Заявляемая полезная модель направлена на повышение технологичности интегрального тензопреобразователя и расширение его области применения.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном интегральном тензопреобразователе, содержащем резистивный делитель напряжения со средним отводом, подключенный одним плечом к плюсовой шине питания, другим плечом - к минусовой шине питания, операционный усилитель с неинвертирующим и инвертирующим входами, подключенный неинвертирующим входом к среднему отводу резистивного делителя напряжения, тензометрический мост, включенный одной диагональю между первым и вторым выходными выводами устройства, другой диагональю между выходом операционного усилителя и «минусовой шиной питания, первый резистор, включенный между инвертирующим входом операционного усилителя и «минусовой шиной питания, термоэлемент, дополнительно
i JlfC32,&
введенный второй резистор включен между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом, а термоэлемент включен последовательно в цепь другого плеча резистивного делителя напряжения.
На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства.
В состав устройства входят следующие элементы. Резистивный делитель напряжения 1 со средним отводом, подключенный плечом 2 к плюсовой шине 3 питания, плечом 4 - к минусовой шине 5 питания. Операционный усилитель
6с неинвертирзтощим и инвертирующим входами, подключенный неинвертирующим входом к среднему отводу резистивного делителя напряжения 1. Тензометрический мост 7, включенный одной диагональю между первым 8 и вторым 9 выходными выводами устройства, другой диагональю - между выходом операционного усилителя 6 и минусовой шиной 5 питания. Первый резистор 10, включенный между инвертирующим входом операционного усилителя 6 и минусовой шиной 5 питания. Термоэлемент 11, включенный последовательно в цепь плеча 4 резистивного делителя напряжения 1. Второй резистор 12, включенный между выходом операционного усилителя 6 и его инвертирующим входом.
Устройство работает следующим образом.
Изменяющееся во времени давление Р (сила F), прикладываемое к мембране (балке) интегрального тензопреобразователя, вызывает изменение значений сопротивлений расположенных на ней тензорезисторов, соединенных по схеме тензометрического моста 7. В результате при поданном с выхода операционного усилителя 6 напряжении питания наблюдается разбаланс моста
7и изменение напряжения, формируемого между выходными выводами 8,9 устройства.
При работе интегрального тензопреобразователя в диапазоне рабочих температур происходит изменение чувствительности S тензометрического моста 7 по закону, представленному на фиг. 3, а. Для температурной компенсации изменения чувствительности тензометрического моста 7
выходное напряжение операционного усилителя 6 изменяется по нелинейному закону, представленному на фиг. 3, б. Данный закон изменения напряжения питания тензометрического моста 7 обеспечивается благодаря последовательному включению в нижнее плечо 4 резистивного делителя напряжения 1 платинового терморезистора 11 с температурной характеристикой близкой к линейной. Если напряжение питания, прикладываемое к плюсовой 3 и минусовой 5 шинам питания, инвариантно к температуре окружающей среды, то напряжение по неинвертирующему входу операционного усилителя 6 будет зависеть только от коэффициента деления резистивного делителя напряжения, определяемого соотношением сопротивлений его верхнего 2 и нижнего 4 плеч. Учитывая, что терморезистор 11 включен в нижнее плечо 4, изменение выходного напряжения резистивного делителя напряжения 1 от температуры окружающей среды осуществляется по закону близкому к гиперболическому. В результате сформированное, с применением указанной нелинейной температурной зависимости, напряжения питания тензометрического моста 7 Ипит.м. (фиг. 3, б) практически полностью компенсирует изменение чувствительности тензометрического моста 7, а влияние температуры окружающей среды на коэффициент передачи устройства резко ослабляется (фиг. 3, в).
Формирование составляющей уровня выходного напряжения операционного усилителя 6, не зависящей от температуры окружающей среды, осуществляется с помощью первого резистора 10 и второго резистора 12.
Таким образом, введение второго резистора, включенного между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом, и включение термоэлемента последовательно в цепь другого плеча резистивного делителя напряжения,выгодноотличаетзаявляемыйинтегральный
тензопреобразователь от прототипа, так как позволяет снизить температурный дрейф коэффициента передачи до 0.2 ... 0.3 % и существенно повысить технологичность устройства.
l,-02fo 2-i
Лабораторные и эксплутационные испытания, проводимые ОАО Автоэлектроника совместно с ОАОТАЗ, показали улучшенные эксплутационные характеристики интегрального тензопреобразователя, а так же подтвердили приемлемость его применения как в качестве датчика давления для электронных системах управления двигателем внутреннего сгорания, так и в качестве датчика неровной дороги.
Источники информации:
1.Ваганов В.И. Интегральные преобразователи. М.: Энергия, 1983, стр.93 рис.4.13,6
2.US Патент №2 238 132 А, кл. G 01 L 19/04, 1991, фиг. 8