Zapojení převodníku signálu s tenzometrickým mostem

(51) ü (23) Výstavní priorita (Sl) m Cl,(22) Přlhlášeno os zo ao c 61 L 9/06(75) Autor vynálezu KOVÄČIK PETER ing. CSc., STARÁ TURÄ, rvAnůzEK STANISLAV, nzzucn nad Javorinou,ČERNÄK 12115014111, vnsovcz(50 zapojení převodníku signálu s tenzometrickým mostenVynález se týká oboru zdravotnické techniky a elektrotechniky. Podstatou vynálezu, jehož základem je převodnik signálu s tenzometrickým mostem, je skutečnost, že renzometrický most má svůj první napájecí bod spojený s výstupem prvního diferenčního zesilovače, který má invertujíci vstup připojen současně na druhý napájecí bod tenzometrického mostu, přes odpor na vstup druhého diferenčního zesilovače a ueinvertu~jící vstup prvního díferenčniho zesilovačeje připojan na druhou svorku zdroje refeá enčního napětí spojeného svou první svorkou s výstupom druhého diferenčníhoozesilovače, který má neinvertující vstup płípojen na refetenčni bod a invertujicí vstup spojen s prvním výutupním budem tenzomettlcké ho mostu.Vynález se týká zapojení převodniku signálu s tenzometrickým mostem, který je vhodný zejména pro polovodičové piezorezistenčni snímače tlaku. Umožňuje jednoduchým.způsohem zabezpečit napájení tenzometrického mostu konstantním proudem, přičemž nepotřebuje na zesileni signálu z tenzomatríekého mostu diferenční zesilovač s velkým součtovým odporem. Zabezpečuje též minimálni teplocní drift nulová výchylky polovodičového piezorezístenčniho snímače tlaku.Dosavadní způsoby řešení používaly na zabezpečení nnpâjeoího praudu zdroje konatantního proudu, přičemž obě dvě výstupní svorky tenzometrického mostu měly nezaručenuu hodnotu napětí vůči referenčnimu. Proto se musel používat na zesilení signálu z tenzometriokého mostu diferenčni zesilovač s velkým součtovým vstupnim odporom. Na kompenzátoru teplotniho dtiftu nulové výchylky se používajíirůzná zapojení pasívnich, případně aktivních součástek, které různě zmenšují teplotni drift samotného tenzometriokého mostu, popřípadě tenzometrického mostu 3 vyhodnocovacími elektronickými obvody.Tyto kompenzsce jsou však vyhovující jen tehdy, když nemáme přísné požadavky na drift nulová výchylky.Uvedené nedostatky odstraňuje zapojení převodníku signálu s tenzometrickým mostem podle vynálezu, jehož podstata spočivá v tom, že tenzometrický most má svůj první napájecí bod spojený s výstupem prvního diferenčního zesilovače, který má invertujicí vstup připojen současně na druhý napájecí bod tenzomstrického mostu a přes odpor na výstup druhého díferenčního zesilovače s neinvertující vstup prvního diferenčního zesilovače je připojen na druhou svorku zdroje referenčniho napětí, spojeného svou první svorkou s výstupem druhého diferenčniho zesilovače, který má neinvertující vstup připojen na reíerenční bod s invettujioí vstup spojen s prvním výstupnim bodem tenzometríckého mostu, který má druhý vstupní bod připojen na vstup stejnosměrného zesilovače, jehož výstup je připojen na výstupní bod a společný bod stejnosměrného zesilovače je spojen s referenčním bodem /přičemž převodnik signálu je spolu s tenzometriokým mostem integrován s termoststem v jeden vzájemné vázaný konstrukčni eelek/.Výhody převodníku signálu s tenzomettickým mostem spočívaji V tom, že zdroj konstantního nspájecího proudu pro tenzometrioký most, tvořený jedním diferenčnim zeailovačem a zdrojem referenčního napětí, modifikujeme použitím jednoho diferenčního zesilovače tak, že jeden vstupní bod tenzometriekého mostu spojíme pomocí něho s teferenčnim bodem, čímž celkový užítečný signál v diagonále tenzometrického mostu má pevně definovaný potenciál jednoho polu a z druhého polu můžeme tento signál odebirat vůči referenčnímu bodu. Z tohoto důvodu nemusime používat na zeailení signálu z diagonály tenzometrickêho mostu složitý stejnosměrný diferenčni zesilovač s velkým součtovým odpcrem, protože postačuje jednoduchý nesymecrický stejnosměrný zeailovač, ispojením převodníku signálu s tenzometrickým mostem, tenzometrického mostu s termostatem, popřipadě i stejnosměrným zesilovačem, v jeden vzájemné tepelně vázsný konatrukčni celok dosáhneme malý vliv změn teploty okolniho prostředí na změnu výstupního signálu při nulovém vstupním signálu tenzometrického mostu v závislosti na teplotěu Jakmile použijeme polovodičový piezoreziatenčni tenzometrícký most, udržovánim jeho teploty na konatantni hodnotě odstranime problémy změny citlivosti polovodičového piezorezistentního tenzometrického mostu v závislosti na teplotě. VNa připojeném výkresu je znázorněno zapojení převodníku signálu s tenzometrickým mostem.Převodnik signálu 5 tenzometrickým mostem se skládá z tenzometrického mostu 1, který má prvni napájecí bod § spojený s výstupem gg prvního diferenčniho zesilovače 3, jehož invertujicí vstup lg je spojen s druhým bodem 9 tenzometriokého mostu 1 a současně s jedním konoemodporu 1, ktorý má svůj druhý konec připojen k výstupu li druhého diferenčniho zesilovače 3, jehož invertujici vstup lg je spojen s prvním výstupním bodem lg tenzometrického mostu 1 sneinvertujicí vstup lg druhého diferenčního zesilovače 3 je spojen s referenčnim bodem 23,přičemž prvni svorka li zdroje iąreferenčniho napětí je spojene s výstupom 1 jdruhého diterenčniho zesilovače 3 a druhá svorka 11 zdroje 4 referenčniho napětí je spojene s neinvertu jícím vstupem 12 prvního diferončniho zesilovače 3. Druhý výstupní bod ll tenzometrického mostu 1 je spojen se vstupem zl stejnosměrného zesilovače 3 a výstup 3 stejnosměrného zesilovače Ž je připojen k výstupní svorce zá a společný bod ga stejnosměrného zesilovače 1 je spojen s reťsrenčním budem 32. Přitam převodník signálu s tenzometríckjm mostom ląje spolu 3 termostatem É, případně i se stejnosmětným zesilovačem 3, integrovân v jeden vzájemné vázaný konstrukěni celok 1. Funkce převodníku signálus tenzometrickým moscem je následující zdroj A referenčniho napětí, prvni diferenčni zesilo 215192 2vač 3 a odpor li tvoří zdroj konstsntníhonapájacího proudu pro tenzometrický most 1. Napájecí proud, tekoucí 2 výstupu 32 prvního diferenčniho zesilovače 3 přes první napájecí bod 8tenzometrického mostu 1 a druhý napájecí bod g tenzometrického mostu L, vytváří průtokem přes odpor 1 na něm napětí. které je přivedeno do neinvertujicího vstupu lg díferenčního zesilovače 3. Toto napětí se porovnává s napätím mezi první avorkou lg a druhou svorkou ll zdroje 3 referenčního napětí, které je přivedeuu na neínvertující vstup lg prvního díferenčního zesilovače 3.První diferenční zesílovsč 3 udržuje napětí na odporu li totožné s napätím zdroje 5 referenčního napětí, a tím i konstsntní proud protékajíeí přes tenzometrícký most L. Druhý diferenční zeailovač 2 porovněvá napětí prvního výstupního bodu 12 tenzometrického mostu 1, kte~ ré je přlvedeno na jeho invettující vstup 13 s napětím teferenčního bodu zá. ktoré je přivedeno na jeho neinvertujíoí vstup lâ s řídí napětí výstupu li, na který je přípojen odpor li a první výstup lg zdroje Q referenčního napětí tak, aby napětí prvního výstupního bodu lgteneometrickěho mostu l bylo totožné s napětím referenčního bodu gí. Užitečný signál z tenzo metríckého mostu I můžeme potom anímat mezi druhým výstupním bodom ll tenzometrického mostu 1a refenenčním bodem gi. S výhodou můžeme použít na zesílení tohoto signálu jednoduchý nesymetrický stejnosměrný zesilovoč Q, jehož vstup 21 je připojený na druhý výstup ll teneometríckého mostu 1 a zeaílený signál z jeho výstupu až je přiveden na výstupní bod 33. Spoločný bod gg stejnosměrněho zesilovače Q je spojený s referenčním bodem gg. Aby se neometil Vliv změn teploty vnějšího prostředí, můžeme s výhodou umístit celý převodník signálu, tenzometrickýmost 1, termostat É, případně i stejnosměrný zesilovsč Ä, do jednoho vzájemné tepelné vázané ho konstrukčního celku 1, který je termostatemčvyhřívaný na konstantní teplotu.1. Zepojeni převodníku signálu s tenzometríckým mostem,vyznsčujíeí se tím, že tenzometríoký most /I/ je svým prvním napájecím boden /8/ spojený s výstupem /20/ prvního diferenčního zesilovače 2/, který je svým ínvertujicím vstupam /18/ přípojen současně na druhý napájecí bod /9/ tenzometrickěho mostu /I/ a přes odpor /15/ na výstup /14/ druhého difetenčniho zesilovače /3/. neinvertujlei vstup /19/ prvního diferenčního zesilovače /2/ je přípojen na druhou svorku /17/ zdroje /h/ referenčního napětí spojeného svou první svorkou /16/ s výstupem /14/ druhého díferenčního zesilovače /3/, ktorý má neínvettující vstup /13/ připojen na referenčnl bod /25/ a invertujicí vstup /12/ spojen s prvním výstupním bodem /10/ tenzometrického mostu /1/.2. zapojení podle bodu 1. vyznačující se tím, že tenzometrický most /1/ má svůj druhý výstupní bud /11/ přípojen na vstup /21/ stejnosměrného zesilovače /5/, jehož výstup I 23/ je připojeu na výstupní bod /Z 4/ e společný bod I 22/ stejnosměrného zesilovače /5/ je spojen s referenčnim budem /25/.3. zapojení podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím. že převodník signálu je spolu s teuzometríckým mostem /|/ integrován s termostatem /6/ v jeden vzájemně tepelně väzený konstrukčni celek /7/.